無鉻功能性涂層鍍鋅板的開發(fā)與應用

　　無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板是在熱鍍鋅鋼板或電鍍鋅鋼板表面上涂敷一層符合環(huán)保要求的有機涂層而成的高技術含量、高附加值產(chǎn)品，廣泛應用于電子電器制造行業(yè)，特別是電腦、影視和音響設備等，其開發(fā)與應用受到業(yè)界關注。

　　滿足用戶與環(huán)保要求開發(fā)新品

　　傳統(tǒng)的耐指紋鋼板基本結構為基板、鍍鋅層、六價鉻鈍化層和有機涂層。六價鉻鈍化層和有機涂層協(xié)同賦予耐指紋鋼板良好的耐腐蝕性和耐指紋性。但是六價鉻是RoHS指令中限制的有害元素。而無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板是在鍍鋅板上直接涂敷一層不含鉻的有機涂層，這層有機涂層不僅要滿足耐腐蝕性和耐指紋性要求，還要滿足用戶加工、使用所需多項性能，包括可加工性、導電性、可涂裝性、耐堿性、耐溶劑性、耐高溫黃變性、符合環(huán)保要求等。

　　作為電腦機箱用材，傳統(tǒng)的首選材料是電鍍鋅鋼板。隨著近年來熱鍍鋅生產(chǎn)技術的快速發(fā)展，無鋅花熱鍍鋅板具有近似于電鍍鋅板的表面質(zhì)量，能夠滿足電腦機箱所需的外觀質(zhì)量和涂裝質(zhì)量要求。相比電鍍鋅板，熱鍍鋅板的制造成本和能耗更低，符合節(jié)能降耗的發(fā)展趨勢。因而，鋼鐵企業(yè)針對性地開發(fā)了滿足用戶需求的無鉻功能性涂層熱鍍鋅鋼板。但是，作為中高檔液晶背板用材，用戶還是習慣于使用無鉻功能性涂層電鍍鋅鋼板。因而，針對性地開發(fā)滿足用戶需求的無鉻功能性涂層電鍍鋅鋼板提上日程。

　　功能性涂層的涂層性能與涂層處理劑本身性能和鍍鋅鋼板生產(chǎn)技術密切相關。由于涂層厚度僅有0.5μm～2.0μm，因此對涂層涂敷工藝提出了較高的要求。此外，涂層的烘干和冷卻工藝對涂層性能也起著重要作用。涂層性能還與表面質(zhì)量、表面粗糙度、涂層厚度、涂層均勻性、烘干溫度等密切相關。

　　優(yōu)化涂層工藝工業(yè)試制成功

　　涂層處理劑。有鉻涂層的防腐蝕作用主要基于Cr3+的阻擋作用和Cr6+的緩蝕作用，因此開發(fā)的無鉻功能性涂層應具有形成致密的阻擋層和對損傷部位自我修復的功效。

　　涂層處理劑主要由水溶性有機/無機復合樹脂（丙烯酸樹脂）、水溶性防銹劑（SiO2）和成膜助劑所組成。涂層成膜機理是高分子水性樹脂經(jīng)烘烤揮發(fā)，樹脂乳膠在SiO2微粒之間起到架橋作用固定SiO2，形成連續(xù)致密的皮膜，成為阻礙侵蝕性粒子腐蝕鋅層的壁壘，當腐蝕發(fā)生后，可穩(wěn)定腐蝕產(chǎn)物，阻止反應進一步發(fā)生。

　　表面質(zhì)量控制技術。無鋅花熱鍍鋅鋼板表面形貌控制技術主要包括：采用鋅—鋁二元合金，嚴格控制鉛、銻等雜質(zhì)元素含量，消除表面的明顯鋅花；采用優(yōu)化的光整工藝，獲得所需的均勻的表面粗糙度。

　　電鍍鋅板表面形貌控制技術主要包括：采用合適的光整工藝，使鍍前原板具有所需的均勻的表面粗糙度；采用優(yōu)化的電鍍工藝，以獲得均勻致密的鋅層；減少帶鋼表面污物殘留、減少各類腐蝕性生產(chǎn)介質(zhì)對帶鋼的不均勻腐蝕，以消除電鍍鋅板表面的色差缺陷；完善機組輥子管理，以減輕電鍍鋅板表面的亮點缺陷。

　　鍍鋅板表面涂敷的無色透明的涂層，就如同一面凸透鏡，將鋼板表面上細小的缺陷顯現(xiàn)出來，因此，用戶對無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板的表面質(zhì)量有嚴格要求。鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中要采取措施，避免鋅渣、色差、亮點、輥痕、壓印、劃傷等缺陷的產(chǎn)生。另外，帶鋼表面附著的鋅渣等凸起缺陷會成為腐蝕發(fā)生的源點。

　　光整工藝對無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板的綜合性能也有很大影響，主要體現(xiàn)在3個方面：①改善力學性能，起到消除低碳鋼屈服平臺的作用，即沖壓時不產(chǎn)生滑移線缺陷；②改善帶鋼板形質(zhì)量，保證涂層的均勻性；③賦予鋼板表面合適的、均勻的粗糙度，使涂層的耐腐蝕性和導電性都能符合要求。帶鋼表面粗糙度受光整機工作輥粗糙度和軋制力等影響。

　　涂層質(zhì)量控制技術。涂層性能與生產(chǎn)廠家所掌握的涂層處理劑涂敷技術密切相關。

　　涂層處理劑涂敷設備包括輥涂機、烘干爐和冷卻風箱等設備，其工藝參數(shù)對功能性涂層重量及性能有著重要影響。

　　根據(jù)涂層處理劑黏度和固體含量，調(diào)整粘料輥、涂敷輥和帶鋼之間的速度比值以及粘料輥和涂敷輥之間的接觸壓力，以得到均勻的、合適厚度的涂層。涂層重量與粘料輥、涂敷輥和帶鋼之間的速度比值成正比關系；一般來說，粘料輥的速度要低于帶鋼運行速度，涂敷輥的速度要高于帶鋼運行速度。涂層重量與粘料輥和涂敷輥之間的接觸壓力成反比關系。

　　鍍鋅板經(jīng)輥涂處理后，要進行加熱干燥。理想的烘干溫度要能使涂層中的結合水/分散劑完全脫離，樹脂乳膠微粒完全融合。采用熱風烘干或紅外/熱風烘干技術對涂敷后的帶鋼進行干燥，使鋼板能在短時間內(nèi)達到烘干溫度PMT，以獲得充分固化的涂層。根據(jù)試驗驗證，為了確保涂層達到上述理想狀態(tài)，烘干溫度PMT要大于60℃。

　　由于烘干溫度較高，涂層經(jīng)烘干爐干燥后仍處于軟態(tài)，還具有一定的黏性，極易發(fā)生涂層與鋼輥黏結破壞涂層。因此，烘干后帶鋼與鋼輥接觸之前必須冷卻到一定溫度以下。

　　涂層性能的影響因素。涂層的性能受到多個因素的影響，生產(chǎn)中要注意這些因素。

　　涂層重量對耐腐蝕性和導電性的影響。不同涂層重量的無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板的鹽霧試驗腐蝕和表面電阻的測試結果表明：涂層過薄，導電性良好，耐腐蝕性較差；涂層過厚，導電性較差，耐腐蝕性較好。涂層重量的最佳控制范圍應兼顧耐腐蝕性和導電性。這是因為，功能性涂層為非導體，其導電性靠鍍鋅層未被完全覆蓋的裸露部分來實現(xiàn)，當涂層厚度增加到一定程度，鍍鋅層完全被覆蓋，整個表面電阻呈無窮大。

　　涂層重量對耐高溫黃變性的影響。無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板在使用過程中，要經(jīng)過160℃～220℃烘烤，要求涂層在此溫度范圍內(nèi)不發(fā)生目視可見色變。

　　在烘烤時，由于涂層中樹脂的熱分解產(chǎn)物和鋅層表面氧化，會出現(xiàn)黃變現(xiàn)象。因此，要對涂層中的樹脂成分和抗氧化劑等添加劑成分進行嚴格篩選，對涂層重量進行控制。

　　采用箱式烘干爐，將爐溫設定為240℃，時間設定為20分鐘，測試不同涂層重量無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板烘烤前后的黃變色差值后發(fā)現(xiàn)：隨著涂層重量的增加，黃變色差值也隨之增加。當涂層重量控制在規(guī)定范圍內(nèi)，黃變色差值≤3，符合用戶要求。

　　涂層重量對耐溶劑性和耐堿性的影響。采用分別浸泡了80%EtOH、MEK和2%NaOH溶液的ф10mm棉棒，以45°角和500g壓力對不同涂層重量的無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板進行10次擦拭，目視評價擦傷等級。

　　試驗結果表明，涂層重量在1.5g/m2以下，涂層的耐溶劑性和耐堿性能夠滿足要求。這是因為，當涂層過厚時，會因烘干不足導致涂層不夠致密，使耐堿性和耐溶劑性下降。如果提高烘干溫度PMT，較高重量涂層的耐溶劑性和耐堿性也能夠滿足要求。

　　涂層均勻性對涂裝性的影響。無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板經(jīng)堿性脫脂→表面調(diào)整→磷化處理→粉末涂裝（高溫涂料、低溫涂料、水性涂料等）→烤漆處理，然后進行劃格檢驗。

　　測試樣品不同部位的漆層附著力存在明顯差異，對脫漆處進行SEM和EDS分析，結果發(fā)現(xiàn)漆層脫落處涂層厚度偏薄或部分脫落，從而影響漆層附著性。

　　表面粗糙度對耐腐蝕性和導電性的影響。如果帶鋼表面粗糙度太大，在微觀形貌的凸峰處，涂層偏薄，甚至大面積鋅層外露；如果粗糙度太小，在微觀形貌的凹坑處，涂層偏厚。

　　采用掃描電鏡和電子探針對較大粗糙度的凸峰處和較小粗糙度的凹坑處的Si含量進行觀測發(fā)現(xiàn)：不同區(qū)域Si含量差別較大，即涂層厚度差別較大；個別區(qū)域甚至檢測不到Si，即無涂層。

　　而鹽霧試驗結果表明，表面粗糙度增加，涂層的耐腐蝕性下降。若兼顧耐腐蝕性和導電性，帶鋼表面粗糙度要控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

　　表面質(zhì)量對耐腐蝕性的影響。由于鋅渣中富集Fe成分，并呈凸起狀態(tài)，它對無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板的耐腐蝕性影響較大。EPMA結果顯示，鋅渣表面C、Si含量極低（表明幾乎沒有涂層覆蓋），O、Fe、Al3種元素富集。大量的鹽霧試驗結果表明，無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板的腐蝕起始于鋅渣的傾向較大。因此，要保證無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板的耐腐蝕性能，須嚴格控制帶鋼的表面質(zhì)量，尤其是鋅渣這類凸起的表面缺陷。

　　采用合適的涂層處理劑和優(yōu)化的工藝參數(shù)后，工業(yè)試制出的無鉻功能性涂層鍍鋅鋼板的各項性能均達到了用戶的交貨標準。

來源：中國鋼鐵新聞網(wǎng)

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