无铬耐指纹电镀锌钢板的性能研究

蔡 捷 涂元强 周小舟 冯冠文 黄春燕

(1.武钢研究院 湖北 武汉:430080;2.武钢冷轧薄板总厂 湖北 武汉:430080)

0 引言

耐指纹电镀锌钢板是在电镀锌钢板表面涂覆功能性和导电性有机薄膜而成的高附加值产品[1-3]。耐指纹电镀锌钢板以其优良的耐指纹性、导电性和耐蚀性广泛应用于家电及电子行业领域,如LCD、LED液晶模组、电子机箱、机柜等。

传统的耐指纹钢板基本结构为以电镀锌钢板为基板,先经铬酸盐钝化处理,再在板面上涂覆1～3μm厚的含SiO2的有机复合树脂经烘烤固化形成耐指纹皮膜。其中钝化处理可在镀锌钢板表面形成一层含有Cr3+、Cr6+的双氧化态耐蚀且具有自修复效应的钝化膜层,表面有机膜层可有效隔绝环境中的水合氧,所以具有非常出色的耐蚀性能。但皮膜中含有Cr6+,是有剧毒的致癌性物质,已不适合现有的环境法规。

为实现绿色清洁生产及向社会提供环保型产品,武钢研制开发了环保型无铬耐指纹电镀锌钢板产品,标志着环保耐指纹产品的开发迈上新的台阶。

分析比较武钢电镀锌无铬耐指纹钢板与国内钢厂B、C生产的电镀锌无铬耐指纹板的各项性能,为家电及电子行业用户选用武钢耐指纹电镀锌产品提供相关技术参考。

1 实验方法

1.1 试验材料

实验所用的电镀锌耐指纹钢板由武钢电镀锌机组生产,锌层厚度为20/20g/m2(基板厚度0.8mm)。将样板剪成75×150mm的小样备用,在剪切过程中保持样板表面清洁无污染和擦伤。对比样本为国内钢厂B、C生产的同牌号产品。

1.2 试验方法

膜层的导电性测量使用三菱公司的Loresta-GP型测定仪。

耐蚀性评价方法为盐雾试验,按J IS Z2371进行72h,观察表面锈蚀情况。

耐指纹性能测试以凡士林为人体汗液模拟介质,用无纺布均匀涂抹于试片表面,用Labscan-Xe色差仪测定前后的色差值。

耐黄变性能测试条件为将75mm×150mm试片在200℃下加热20min,循环2次后用Labscan-Xe色差仪测量试验前后的色差值。

耐黑变性模拟测试条件为湿热实验,实验方法为将75mm×150mm的试样放于45℃,相对湿度RH95%的湿热箱中72h,用Labscan-Xe色差仪测量实验前后的色差值。

涂装适应性试验所用油漆为阿克苏提供的海蓝聚酯面漆,固化温度为220～235℃,将涂漆后的试样进行划格附着力(100格/cm2)、杯突试验(8mm)及球冲试验(冲击功9J),用粘结力为(11±1)N/ 25mm的标准胶带黏贴后用力撕拉,观察表面漆膜是否剥落。

耐指纹皮膜的附着性测试方法为 T折弯试验、杯突(8mm)及球冲试验(冲击功9J),观察上述实验条件下皮膜是否剥落。

耐溶剂性检测方法为使用DJ H摩擦试验机在标准压力 1kg下往复摩擦 10次,每次距离为100mm,目测涂层破损状况,使用的介质为丁酮和乙醇。

2 实验结果与讨论

2.1 导电性

良好的导电性是保证电子电器外壳、液晶模组等具有良好耐静电性(接地性)的前提条件。表1列出了武钢无铬耐指纹电镀锌钢板(以A样本表示,下同)与国内B、C钢厂生产的无铬耐指纹电镀锌产品的表面电阻结果及表面粗糙度Ra的数值。

表1 表面电阻与表面粗糙度比较

从结果可以看出,A样本与B钢厂样本的导电性优良,均低于0.1mΩ,而C钢厂样本的导电性较差,不能满足高端电子行业需求。表面粗糙度是样板表面的一个重要参数,与皮膜厚度一起协同影响产品的耐蚀性能和导电性能。

2.2 耐蚀性

电镀锌耐指纹钢板的耐蚀性能受表面皮膜的厚度和缓蚀性能影响很大。皮膜越致密、膜厚越高,隔绝空气中的水分、氧气和其他腐蚀介质的能力越强,耐蚀性能就越好[4]。表2列出了武钢无铬耐指纹电镀锌钢板与国内B、C钢厂生产的样本的盐雾试验结果对比。

表2 耐蚀性能对比

从结果可以看出,A样本与B钢厂样本的耐蚀性能较好,而C钢厂样本的耐蚀性能相对较差。

2.3 耐指纹性、耐黄变性及耐黑变性能对比

表3列出了武钢耐指纹电镀锌钢板与B、C钢厂样本的耐指纹性、耐黄变性及耐黑变性能比较。

表3 耐指纹性、耐黄变性和耐黑变性能对比

对耐指纹性能的评估通常以手接触后目视无可见指纹判定,目前武钢内部根据热镀锌耐指纹板的经验以ΔE<3为判定标准。表3显示三个样本的耐指纹性能良好。有文献指出降低钢板的表面粗糙度能提高钢板表面反射率,从而在一定程度上提高钢板的耐指纹性能[5]。

耐黄变实验是模拟耐指纹板在烤漆过程中的色差变化情况。如树脂固化不彻底未能完全交联成网状结构,在加热时易发生黄变。实验表明,武钢电镀锌耐指纹板的耐黄变性能优良,满足用户要求。

耐黑变实验是模拟在高温高湿环境下耐指纹电镀锌板表面颜色变暗,发黑的现象。有文献指出,耐指纹电镀锌板表面发黑的原因是镀层中微量铅元素引发的轻微腐蚀和有机膜层下锌的轻微腐蚀溶解于有机膜层产生的光的干涉作用[7-8]。

在模拟试验条件下,武钢耐指纹电镀锌钢板的耐黑变性能优良,目视无明显变化,满足用户要求。

2.4 皮膜附着力和涂装适应性对比

耐指纹电镀锌板在冲压成形过程中皮膜会发生加工变形,其附着力是衡量其使用性能的重要指标。表4列出了武钢耐指纹电镀锌钢板与B、C钢厂样本的皮膜附着力实验结果对比。

表4 皮膜附着力对比

实验结果表面,A样本和B钢厂样本具有良好的抗折弯、杯突和球冲性能,表明其耐指纹皮膜具有良好的可加工性能。

耐指纹板在加工成形后表面一般要进行涂装处理,采用海蓝聚酯面漆进行涂装适应性对比试验结果见表5。

实验结果表明武钢生产的电镀锌耐指纹板具有良好的涂装适应性。

2.5 耐溶剂性

使用DJ H摩擦试验机采用标准配重滑块进行测试,实验结果见下表6。

表5 涂装适应性对比

表6 耐溶剂性能对比

实验结果表明武钢生产的电镀锌耐指纹板有良好的耐溶剂擦拭性能,能够满足用户的需求。

2.6 表面形貌

三个无铬耐指纹电镀锌板的SEM形貌如图1所示。可见表面存在一定数量的微孔,这些微孔源于耐指纹钢板生产的辊涂、烘干固化过程中涂料树脂的交联和水分的挥发,对于表面耐蚀性有不良影响[7-8]。武钢生产的耐指纹电镀锌板的形貌(A产品)与B钢厂生产的样本相似,镀层结构均为细小致密的片层状晶体,晶粒尺寸约10μm。能谱分析表明耐指纹皮膜表面含硅元素。

图1 样品表面形貌和成分分析对比

C钢厂样本的形貌有显著不同,具有典型的锌层磷化针状晶体形貌特征,对其进行表面能谱分析,发现表面针状晶体含有磷、氧元素,推断为磷酸锌针状晶体结构。可以推断C钢厂样本为先磷化后辊涂有机复合涂层的产品,由于磷化层导电性能不好,因此其抗静电性能远远弱于武钢电镀锌耐指纹产品,不能满足高端家电及OA器材的应用要求。

3 结论

(1)武钢电镀锌机组成功实现了无铬耐指纹电镀锌产品的生产,所生产的产品的耐蚀性能、耐指纹性能、耐黑变性、耐高温黄变性、耐溶剂等性能指标均能满足高端家电用户的要求。该产品的成功开发填补了武钢的产品空白,实现了短波红外烘烤技术在武钢高端涂镀产品的首次成功应用。

(2)武钢无铬电镀锌产品在与国内B、C钢厂生产的同类产品的性能对比中处于优势地位。

(3)无铬耐指纹电镀锌产品的成功开发标志着武钢具备了生产环保耐指纹钢板的能力,武钢电镀锌机组的生产步入新的阶段。

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