自润滑合金化板的表面特性研究

杜 蓉 涂元强 雷泽红 白会平 杨宏武

(武钢研究院 湖北 武汉：430080)

自润滑合金化板的表面特性研究

杜 蓉 涂元强 雷泽红 白会平 杨宏武

(武钢研究院 湖北 武汉：430080)

对自润滑合金化板及普通合金化板的润滑性能、抗粉化性能、涂装性能、耐蚀性能等表面特性进行了分析和研究。结果表明，自润滑处理可以有效改善合金化板的摩擦特性，提高其润滑性能，从而显著提升合金化板的抗粉化性能。自润滑合金化板的耐蚀性能相比普通合金化板更加优良，两者的磷化性能无差异，经电泳后的耐腐蚀性能也在同等水平。

自润滑合金化板；摩擦；润滑；粉化；涂装

合金化热镀锌钢板(简称合金化板/GA板)，具有优良的耐蚀性能、焊接性能、涂装性能，因此广泛应用于汽车制造领域[1-2]。然而，GA 板合金化镀层的组成相主要是Zn-Fe合金， Zn-Fe合金在室温下基本是脆性的，因此钢板在成形时易发生镀层的粉化和剥落[3-5]。这不仅影响钢板的冲压成形，而且会降低镀层的耐蚀性，产生表面缺陷，从而影响钢板涂装后的外观，这在很大程度上限制了合金化热镀锌板的应用。随着新的科学技术的推动以及新的科学手段的出现，科研机构考虑对合金化热镀锌板进行表面处理来改善其在应用中的缺陷。其中，自润滑合金化产品能提高合金化钢板的润滑性，从而显著改善合金化热镀锌钢板的粉化和剥落问题[6-8]。本文对自润滑合金化产品的表面特性进行了研究，并与同类普通合金化板的性能进行了对比，以期为自润滑合金化产品的进一步推广及应用提供科学依据和参考。

1 试验材料与方法

试验所用材料为某钢厂生产的自润滑合金化板DX53D+ZF-L(试样编号为1#)，对比样为同牌号普通合金化板DX53D+ZF(试样编号为0#)，基板厚度均为0.65mm，锌层厚度为50/50g/m2。取两种成品钢板若干，按照相关试验要求剪成小样备用。

采用HEIDON Type 14表面滑动试验机对两种试样的摩擦系数进行测试，其中，载荷重量为1kg，滑动速度为150mm/min，滑动距离为100mm；采用拉伸试验机对两种试样的平面滑动性能进行测试，其中压具荷重为5kN，拉伸速度为360mm/min，滑动距离为100mm；同样采用拉伸试验机对两种试样进行拉拔试验，其中，拉伸速度为200 mm/min，滑动距离为100mm，压具荷重为1kN，2kN，3kN，5kN。拉拔试验后，采用胶带剥离的方法对滑动部外观的粉化程度进行评价；采用车企的前处理体系对两种试样进行脱脂、磷化、电泳，对磷化膜的重量进行计算，利用扫描电镜(QUANTA400)对钢板磷化后的微观形貌进行观察。其中，脱脂剂为日本帕卡FC-E2011，处理温度45℃，处理时间120s；磷化药剂为日本帕卡PB-WL35MY，处理温度为40℃，处理时间为120s；采用ST-ISO-30型盐雾试验箱对两种钢板及电泳后钢板的耐蚀性能进行测试，其中，试验温度为35±2℃，NaCl溶液的浓度为50±5g/L，降雾量为1.2mL/80cm2·h。

2 结果与讨论

2.1 润滑性能

对0#试样及1#试样的动摩擦系数进行测试，并对往复摩擦次数进行考察，分1次、10次、30次、50次进行测试，测试结果如下表1所示。通过试验结果可以发现，普通合金化板的动摩擦系数在0.16左右；自润滑合金化板的动摩擦系数在0.12左右，相比普通合金化板得到明显降低。普通合金化板的动摩擦系数在经过10次往复摩擦之后，即呈现剧烈增长趋势；而自润滑合金化板的动摩擦系数在经过200次往复摩擦之后，仍保持在0.12的水平。试验结果表明自润滑合金化板的润滑性能相比普通合金化板得到明显提高，且在反复摩擦工况条件，特别是连续冲压零件时，更能体现出自润滑合金化板的优良摩擦特性。

表1 动摩擦系数测试结果

采用拉伸试验机对两种钢板的平面滑动性能进行测试，测试结果如下图1所示。通过试验结果可以发现，普通合金化板在钢板拉伸时，随着拉伸距离的增大，出现了明显的载荷振动。自润滑合金化板在拉伸时，随着拉伸距离的增大，拉伸载荷变化平稳，基本无波动，表明其具有良好的润滑性能。

图1 两种试样的平面滑动性能

2.2 抗粉化性能

分别对进行拉拔试验后两种试样的褶动部、凹部以及模具接触面3个部位进行胶带剥离，并且保证胶带剥离的面积相同，对3个部位的粉化程度进行判断，如下表2及表3所示。通过试验结果可以发现，普通合金化板3个部位均沾有大量粉末状附着物，自润滑合金化板3个部位的粉末状附着物相比普通合金化板大大减少，粉化程度比普通合金化板严重，粉化面积比普通合金化板大，说明其抗粉化性能得到显著提高。

在此基础上，对粉化试验中，也就是拉拔试验过程中拉伸荷重的变化情况进行测试，试验结果如下图2所示。通过试验结果可以发现，在相同压具荷重作用下，自润滑板的拉伸荷重相比无处理普通合金化板的拉伸荷重大大降低。进一步说明自润滑板的润滑性能优良，能有效提高普通合金化板的抗粉化性能。

相比普通合金化板，自润滑合金化板的动摩擦系数显著降低，润滑性能得到明显提高。优良的润滑性能可以有效减少钢板与模具之间的摩擦，改善模具的损坏情况，减少生产厂家清理及更换模具的次数，大大提高生产节奏。

表2 0#试样粉化性能测试结果

表3 1#试样的粉化性能测试结果

图2 粉化测试中拉伸荷重变化结果

2.3 涂装性能

对经脱脂清洗后的0#试样及1#试样进行磷化处理，对两种钢板磷化后的表面形貌进行扫描电镜测试，如图3所示。其中，图3(a)、(b)分别是0#试样磷化后正、反表面的形貌图，图3(c)、(d)分别是1#试样磷化后正、反表面的形貌图。通过实验结果可以发现，对于自润滑合金化板及其无处理普通合金化板，钢板正、反两面均形成了灰色、致密的磷化结晶，且磷化晶粒尺寸均在10μm左右，两者并无明显差别。

图3 磷化表面形貌图

进一步地，利用如下公式对两种试样的磷化膜重进行测算。其中，P1是钢板没有磷化时的重量，P2是磷化后钢板的重量，S是钢板的表面积，测试结果如下表4所示。通过试验结果可以发现，对于0#试样，其磷化膜重平均值为3.5g/m2，1#试样的磷化膜重平均值为3.4g/m2，两者基本也在同一水平。

W=×10

综上所述，自润滑合金化板表面的自润滑涂膜在脱脂液中得到完全清除，且钢板正、反两面的磷化形貌与普通合金化板相同，钢板表面均形成了均匀、致密的磷化结晶，结晶粒度和磷化膜重均在同等水平，两者的涂装性能无明显差异。

2.4 耐蚀性能

对两种钢板平板部及电泳后钢板平板部的耐蚀性能进行测试，试验结果如下表5所示。通过试验结果可以发现，普通合金化板48h即出现5%的白锈，而自润滑合金化板在120h才出现3%的白锈。自润滑合金化板出现白锈的时间显著晚于普通合金化板，表明自润滑合金化板的耐蚀性能优于普通合金化板。经电泳后，两种钢板盐雾循环均可耐受1000h，没有明显差异，进一步表明自润滑涂层在脱脂剂中得到了100%清除。

3 结论

(1)与普通合金化板相比，自润滑合金化板的摩擦系数显著降低，达到0.12的水平，且在往复摩擦200次之后仍能保持这个水平，润滑性能优良，抗粉化性能得到明显提高；

(2)自润滑合金化板的耐腐蚀性能相比普通合金化板更加优良，耐蚀性能得到进一步提高；

(3)自润滑合金化板的磷化性能与普通合金化板无差异，两者经电泳后的耐腐蚀性能也在同等水平。

[1] 徐秀清,王顺兴.连续热镀锌工艺进展与展望[J].表面技术,2007,36:71-74.

[2] 张理扬,李俊,左良.汽车用合金化热镀锌钢板的发展趋向[J].钢铁钒钛,2004，(25):15-18.

[3] 程东妹,郝晓东,愈钢强.合金化热镀锌钢板抗粉化性能的研究进展[J].腐蚀与防护,2007，(28):83-86.

[4] 郭太雄,金永清,张勇.热镀锌板镀层耐剥离性研究[J].钢铁钒钛,2010，(31):30-33.

[5] 徐春.汽车用合金化热镀锌板镀层剥离行为的分析[J].材料保护,2009,42:15-17.

[6] 崔磊,赵云龙,任猛等.自润滑镀锌钢板的研究进展[J].钢铁研究,2010,38(1):268-272.

[7] 汽车用合金化热镀锌钢的表面处理及摩擦特性分析[J].铸造技术,2015,36(3):619-621.

[8] 刘昕,江社明,张启富.自润滑镀锌板的主要性能[J].腐蚀与防护,2014,35(2):124-27.

SurfaceCharacteristicsofSelf-lubricatedGalvannealedSteelSheet

Du Rong Tu Yuanqiang Lei Zehong Bai Huiping Yang Hongwu

(Research and Development Center of WISCO, Wuhan 430080, Hubei)

The lubricating property, powdering resisting property, coating performance and corrosion resistance between the self-lubricated galvannealed (GA) steel sheet and the traditional GA steel sheet were evaluated and studied. The results show that the self-lubrication treatment can effectively improve the surface lubrication performance of the traditional GA steel sheet and then remarkably enhance its powdering resisting property. The self-lubricated GA steel sheet has better corrosion resistance than the traditional GA steel sheet. The phosphating property and the corrosion resistance after electrophoresis coating are both at the same level as that of the traditional GA steel sheet.

self-lubricated galvannealed steel sheet; friction; lubricate; powdering; coating

游 涛)

2017-11-10

2017-11-20

杜 蓉(1987～)，女，硕士，工程师.E-mail：lovely429@126.com.

TQ153.1+2

A

1671-3524(2017)04-0009-03