热镀锌产线无铬耐指纹钝化工艺开发与研究

高 凯

（山东钢铁集团日照有限公司，山东 日照 276800）

0 引言

我国现已成为全球最大的家用电器制造基地，各类家电产品远销全球[1]。热镀锌耐指纹钢板因其具有优良的耐指纹特性以及良好的耐蚀性、耐黄变、涂装性、导电性能等，在家电行业得到广泛应用，已经成为一种顺应我国绿色、健康、无公害家电发展要求的升级换代产品，符合节能降耗的发展趋势[2-3]。

国内目前生产环保型钝化产品的主要有宝钢、马钢、鞍钢、首钢和马钢等先进钢企，宝钢基于“绿色制造、制造绿色””的理念，已向市场推出了无铬、无铅处理的环保镀涂层钢板，品种涉及家电用钢中的钝化钢板、热镀（铝）锌钝化和耐指纹钢板[4]。马钢成功开发了高质量无铬钝化环保热镀锌产品，解决了热镀锌钢板的工艺性能与环保要求相结合的工业化生产的技术难题，产品具备优异的耐蚀性、耐高温性、耐碱性、焊接性和润滑性等综合工艺性能[5]。

某公司热镀锌机组产线投产于2018 年，产品定位高档次、高强度、高深冲性能、高附加值品种的汽车、家电用热镀锌板，为弥补与先进企业的差距，通过对无铬耐指纹钝化现场工艺进行研究摸索，成功开发高表面无铬耐指纹产品。

1 无铬耐指纹钝化膜成膜机理

耐指纹膜是指在热浸镀锌钢板生产工艺条件下耐指纹膜迅速在镀锌层表面发生化学反应，生成一种致密的稀土杂化的类陶瓷体，这种陶瓷体又和有机硅材料反应，形成一层致密的有机无机复合膜[6]。耐指纹膜分为反应层，浓缩层和润滑层，分别赋予耐指纹膜耐蚀性、润滑性、耐指纹性、附着性等性能。无铬耐指纹钝化液的主要成分及作用见表1。

表1 现代无铬耐指纹液的主要成分及作用

耐指纹钝化液涂敷在镀锌板表面后，经过烘干时，成膜过程分为4 个阶段：阶段I：湿膜涂敷：有效成分均匀地分散在水介质中；阶段II：湿膜中非结合水的挥发；阶段III：树脂乳胶微粒表面分散剂的脱离→各微粒间的融合；阶段IV：理想的成膜状态，结合水/分散剂完全脱离、微粒充分交联完全融合，成膜过程如图1 所示。

图1 耐指纹钝化膜成膜过程

2 耐指纹膜性能提升研究

某公司热镀锌机组采用外购无铬耐指纹钝化液，基于DX51D+Z、DX53D+Z 等热浸镀锌板上试验生产无铬耐指纹钝化产品，对影响无铬耐指纹膜耐蚀性、导电性等性能影响因素进行分析。

2.1 耐指纹膜表面缺陷影响

通过对盐雾试验不合格的耐指纹样品，如图2 所示，进行SEM扫描能谱分析，见图3，钝化膜成分如表2 所示，在异常部位腐蚀点1 和2 处存在Al，Fe 等非钝化膜成分杂质，正常部位3 点不存在，说明耐指纹膜表面缺陷是影响耐腐蚀性能的重要因素之一，因此提升钝化膜表面质量，能够提升耐指纹膜耐腐蚀性能。

图2 72 h 盐雾试验样

图3 局部SEM 扫描

表2 试样能谱分析表

2.2 表面粗糙度影响

带钢表面粗糙度较高时，耐指纹产品盐雾试验合格率相对低粗糙度产品较低，耐腐蚀性能较差。如图4 所示，镀锌层表面结构较为粗大、不均匀时，由于耐指纹药液的表面张力等原因，在尖角处等会出现大面积涂膜不能完全覆盖的现象。在这些部位腐蚀一旦发生，很容易大面积扩展，耐指纹皮膜无法起到有效的保护作用。因此，优化带钢表面粗糙度是提高钝化膜耐腐蚀性能的重要手段之一。

图4 耐指纹膜涂膜示意图

2.3 耐指纹膜质量影响

耐指纹膜的厚度影响着钝化膜的耐腐蚀性能和导电性，而高端家电对原材料的电磁屏蔽和耐腐蚀性能要求非常高，为了得到导电性能、耐腐蚀性能优异的耐指纹产品。项目组通过分析得到耐指纹膜厚度与导电性、耐蚀性的变化关系，如图5 所示，当耐指纹膜厚控制在1.0～1.5 g/m2时，耐指纹板能够获得良好的耐腐蚀性和导电性。

图5 耐指纹膜厚度与导电性、耐蚀性的变化关系

2.4 膜重对耐指纹性能的影响

如图6 所示，随着钝化膜质量的增加，目视指纹愈难以辨认，当钝化膜质量达到0.8～1.4 g/m2范围时，带钢表面指纹附着部分与无指纹部分的光反射强度差异不大，手指接触后难用肉眼看到指纹，表面光洁度高，能得到较好的耐指纹性能。

图6 耐指纹性能与膜重关系

3 无铬耐指纹辊涂工艺试制

结合对耐指纹膜性能影响因素的分析，通过在热镀锌产线开展线试、钝化膜性能表征，合理设计钝化辊涂辊间压力、速比、插入量及烘干温度等参数，现场能稳定生产无铬耐指纹钝化产品，辊涂工艺参数控制表见表3。

表3 钝化工艺参数

当机组速度变化波动时，为保证膜厚，可以调节速比（涂覆辊、提料辊与线速的百分比）。提高速比可使辊转动更快，在单位时间内，使更多的药剂与带钢接触，可提高膜厚，同理降低速比会降低膜厚。根据现场实际情况，总结制定不同线速度和膜重要求的速比设定见表4。

表4 不同线速度和膜重要求的速比设定

如表5 所示，通过对生产的耐指纹板进行取样检测，耐指纹膜各项性能指标均优于评价标准，72 h 盐雾试验合格率＞99.9%，耐黄变性能ΔE≤3，耐指纹性能ΔE≤2 能完全满足高端家电板的使用要求。

表5 耐指纹试样总体性能表

4 结论

1）通过在热镀锌产线开展无铬耐指纹钝化工艺试制，设计合理的辊间压力、速比、烘干温度、咬合量等关键辊涂工艺参数，能稳定生产无铬耐指纹钝化产品。

2）无铬耐指纹膜的性能与表面缺陷、膜重、粗糙度等因素相关。

3）无铬耐指纹产品耐蚀性、耐黄变性等性能满足技术要求，72 h 盐雾试验合格率＞99.9%，使产线具备高表面耐指纹钝化产品稳定生产及供货能力。