表面调整工艺对彩涂产品性能的影响

cjzepc

酸性表面调整工艺对彩涂产品性能的影响
张静1，唐晓海1，宾榕辉2
（1.唐山钢铁股份有限责任公司，河北唐山063016；2.唐山钢铁设计研究院，河北唐山063016）
摘要：为了获得高质量的涂层钢板，通过一系列的试验研究工作，从微观和宏观两方面证实了彩涂板涂
敷前处理工艺中的酸性表面调整处理可提高彩涂板的抗剥离性能和耐蚀能力。
关键词：彩涂板；前处理工艺；酸性表面调整处理
中图分类号：TG335.22 文献标识码：A 文章编号：1003-9996（2005）05-0020-04
EffectoftheacidicsurfaceconditioneroncolorcoatingstripperforLance
ZHANGJing1，TANGXiao-hai1，BINRong-hui2
（1.TangshanIron&SteelCo.，Ltd.，Tangshan063016，China；
2.TangshanIron&SteelDesignandResearchInstitute，Tangshan063016，China）
Abstract：Thegoodeffectofacidicsurfaceconditioneronthequalityofcolorcoatingstripisverifiedbyaseriesof
laboratoryworks，itisalsogoodtothestripsabilityofanti-peelingoffandcorrosion-resistant.
Keywords：colorcoatingstrip；pretreatmentprocess；acidicsurfaceconditioner
收稿日期：2005-04-26
作者简介：张静（1970-），女（汉族），河北唐山人，工程师。
1 前言
彩涂板是钢铁工业中的高技术含量和高附加
值产品，它既具有有机材料良好的着色性、成型
性、耐蚀性和装饰性，又有钢铁基板的高强度和
易加工性能，被广泛应用于建筑、家电和交通运
输等行业。
彩涂板生产积聚了使带钢连续运行、对带钢
进行前处理和将带卷进行有机涂层3种工艺的先
进技术。进行涂敷前处理是为了获得干净和利于
～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
涂敷的表面。生产实践证明，用同一种基板、同
匀，这样钢坯出炉时钢坯的上表面温度达到
1170࠷，而芯部的温度为970࠷，仍存在内外温
差。应该指出，假定钢坯入炉时内外温度为
500࠷是不符合实际的，热装坯经连铸机传输至
加热炉，由于钢坯在空气中停留一段时间，钢坯
向空气中辐射传热，导致芯部的温度应高于表面
温度，考虑到这一因素，实际内外温差应小于图
5b的显示值。
经过分析，将钢坯在加热炉停留较长时间，
可有效地使钢坯的内外温差均匀，如图5c所示。
钢坯在加热炉内的加热时间取决于钢种、加热炉
的温度、微观组织的变化等。
本作者曾开发了奥氏体晶粒长大的模
型［4，5］，加热模型与微观组织模型结合，可用于
钢加热时微观组织、温度的预测，有效提高加热
炉的效率，节约能源。
参考文献：
［1］任雁秋，李义科，贺友多，等.加热炉热过程数学模型方
法［J］.包头钢铁学院学报，1999，18（4）：423.
［2］钱永康，袁崇伦，刘悦.多火焰辐射室三维温度场的计
算［J］.导弹与航天运载技术，2001，251（3）：50.
［3］贺友多，刘中兴，李保卫，等.四角烧嘴均热炉的流场研
究［J］.钢铁，1989，24（3）：55.
［4］YuW，BanksS.P，PalmiereE.J.Cellularautomatamodellingofgraincoarseringduringreheating-
1normalgraingrowth
［J］.JournalofUniversityofScienceandTechnology，2004，
11（6）：517
［5］YuW，BanksS.P.PalmiereE.J.cellularautomatamodelingofgraincoarseringduringreheating-
2abnormalgraingrowth
［J］.JournalofUniversityofScienceandTechnology，2005，
12（1）：26.
·20·
轧钢
STEELROLLING
2005年10月·第22卷·第5期
Oct.2005 Vol.22 No.5
一种涂料和相同的涂覆工艺生产的彩涂板，涂覆
前的化学转化处理工艺不同，彩涂板的性能有很
大差别。因此，全面细致地研究彩涂板前处理工
艺，对于获得高质量涂层板具有十分重要的意
义。下面重点分析涂敷前处理工艺中的表面调整
工艺在彩涂板生产中的作用。
2 表面调整工艺
2.1 表面调整工艺及其应用情况
表面调整工艺是指通过某种酸性或碱性溶液
与锌层反应而生成一种薄膜的处理过程。在彩涂
前处理流程中，其位于脱脂段与化学涂层段之
间。
当前，关于涂层板生产线是否需要表面调整
处理尚有不同看法，日本的彩板制造商把表面调
整工艺作为提高产品性能尤其是涂层附着性和耐
蚀性最重要的手段。韩国彩板生产厂认为，在有
良好的基板和优质的卷钢涂料前提下，不必使用
表面调整工艺，即可获得很好的产品性能。美国
共有3条彩板生产线采用表面调整和涂覆型铬酸
盐转化相结合工艺作为前处理工艺，而欧洲没有
1条生产线采用表面调整工艺。国内只有鞍钢和
唐钢的彩涂生产线采用了表面调整处理工艺。
某些化学品公司的人士认为，通过表面调整
处理在基板表面生成的与基板金属和铬酸盐化涂
膜结合都非常紧密的（不连续的）反应生成层，
在某种程度上具有一定的提高产品耐蚀性和涂层
附着性的功效。
2.2 表面调整工艺的处理方式
表面调整工艺有碱性和酸性2种处理方式。
（1）碱性表面调整［1］：这种处理技术在美
国应用较多。据某表面技术公司的专家介绍，碱
性的表面调整处理可与基板的锌层生成一层多孔
性的复合氧化膜，这种处理可提高后续反应的比
表面积，从而增强涂层的附着力，类似于磷化。
（2）酸性表面调整：日本的彩涂线全部采用
酸性表面调整处理，鞍钢和唐钢也选用了酸性表
面调整处理。表面调整液的主要成分为H2SO4
和Ni2+。化学品公司的技术人员认为，这种表
面调整处理可在基板表面生成含镍的膜层。
在国内彩涂线上酸性表面调整处理的使用尚
处于起步阶段，因此下面只讨论酸性处理对彩涂
产品性能的作用和影响。
3 酸性表面调整处理的实验研究
3.1 试样
试样分为3类，即只有表面调整膜的试样、
只有化学涂层膜的试样和以上2种复合转化膜的
试样。以国产光整小锌花热镀板作为基板，采用
模拟生产线前处理工艺流程进行试样的制备。基
板锌层重量约为160g／m2，基板厚度为0.6mm，
表面涂油量约为0.55g／m2，物理性能合格。
3.2 膜的显微结构及分析
用扫描电镜观察各种膜的表面形貌，见图1。
图1 各种膜的表面形貌
a）表面调整膜；b）化学涂层膜；c）复合转化膜
从图1b、c可见，复合膜与单涂化学涂层膜
相比，复合膜的结晶呈细化趋势，表面粗糙度有
所提高。这样的变化可增加反应的比表面积，有
助于卷钢涂料的附着。
3.3 膜的自腐蚀电位测量与结果分析
自腐蚀电位反映的是转化膜的热力学稳定
性，电位越正，表示该膜越稳定［2］。不同试样
的自腐蚀电位数据见表1。
表1 不同表面处理所得试样的自腐蚀电位E／V（SCE）
试样号表面调整膜化学涂层膜复合膜镀锌板
1# -1.043 -1.063 -1.037 -1.062
2# -1.043 -1.064 -1.038 -1.062
3# -1.045 -1.076 -1.045 -1.062
4# -1.044 -1.065 -1.044 -1.062
第22卷·第5期张静等：酸性表面调整工艺对彩涂产品性能的影响·21·
由表1可见：
（1）表面调整膜腐蚀电位比热镀锌板的正，
而化学涂层膜电位与热镀锌板的相近。
（2）如果表面调整后再进行化学涂层，则使
转化膜的电位正移，即经过表面调整处理后的自
腐蚀电位都比化学涂层膜和镀锌板的正，这表明
表面调整处理可提高镀锌板表面化学稳定性。
3.4 膜的腐蚀试验与结果分析
3.4.1 试验方法
膜的腐蚀试验采用了2种方法，一为醋酸铅
滴定试验，即用滴管将50g／LPb（AC）
2
溶液滴
在转化膜样品上，观察液滴开始变黑或完全变黑
所需时间，以鉴定是否存在转化膜或转化膜的防
护性能。二为中性盐雾试验，即采用中性盐雾试
验研究转化膜样品的腐蚀行为，用方格法计算腐
蚀面积百分比（率）和失重法计算腐蚀速率，评
定其耐蚀性能。
3.4.2 试验结果与分析
化学涂层膜和表面调整／钝化复合膜的醋酸
铅滴定试验数据及96h中性盐雾试验所得膜的腐
蚀速率如表2所示。
表2 化学涂层膜和复合膜的腐蚀试验结果
试验类型检测项目化涂膜复合膜
醋酸铅
滴定试验
开始变黑
平均时间／s 34.4 67.8
完全变黑
平均时间／s 136.2 313.2
中性盐
雾试验
平均腐蚀速率
／g·（m-2·h-1） 0.491 0.231
从表2可看出：
（1）带有表面调整膜的复合膜开始变黑时间
和完全变黑时间均远远长于单涂化学涂层膜，由
此可认为，表面调整处理使复合膜的防护能力比
单涂化学涂层膜明显提高；
（2）经表面调整处理的复合膜腐蚀速率明显
低于单涂化学涂层膜，表明表面调整处理对提高
膜的防护效果明显；
（3）2种试验均证明表面调整对提高复合膜
的耐蚀性具有较大作用。
3.5 膜的附着力测试与分析
3.5.1 试验方法
膜的附着力试验采用2种方法，一为摩擦试
验，即参照GB9791-88标准，手持无砂橡皮以
正常压力来回擦拭样品表面10次，摩擦后如果
转化膜不磨损和脱落，说明转化膜有满意的附着
力。二为醋酸铅滴定试验，同前述。
3.5.2 试验结果与讨论
摩擦试验和摩擦后对样品表面进行醋酸铅滴
定试验的结果显示，化学涂层膜试样，原为暗褐
色，10次摩擦后露出基体锌层；复合膜试样，
原为黄褐色，10次摩擦后未露基体锌层。开始
变黑时间两者分别为<1s和4s，完全变黑时间
分别为17.6s和33.0s。由此可看出：
（1）带有表面调整膜的复合膜摩擦后不易露
出基体Zn，说明表面调整对提高膜与基体镀锌
板的结合力是有效的。
（2）由醋酸铅液滴变黑试验进一步证实，经
10次摩擦后，单涂化学涂层膜的试样表面开始
变黑时间和完全变黑时间非常短，也即一瞬间，
这说明试样表面已无钝化膜存在；而带有表面调
整膜的复合膜试样的变黑时间相对较长，说明表
面仍有转化膜存在。这进一步表明表面调整处理
提高了转化膜的附着力。
3.6 前处理板涂敷有机涂层后的性能测试
根据国内彩涂板的生产情况，选择了一家产
品性能稳定的卷钢涂料公司的产品，对前处理板
进行涂料刮覆，并参照GB／T13448-92进行性
能测试。
3.6.1 转化膜对彩涂板物理性能的影响
测试的物理性能包括：彩板厚度、光泽、铅
笔硬度、T弯、反向冲击和硬币刮擦。综合分析
测试结果发现，转化膜对彩涂板物理性能的影响
主要在于T弯性能上，如图2所示。对其他物
理性能的影响不显著。T弯值是反应涂层抗剥离
性能的指标，即是说明涂层与基板附着性能的优
劣和彩涂板可加工性能好坏的指标。T弯值越
小，表明涂层与基板的附着性越强，彩涂板抗剥
离性能和机械加工性能越好。
图2 转化膜对彩涂板T弯值的影响
由图2可看出，表面调整涂层复合膜涂层后
·22· 轧钢2005年10月出版
0T和1T的比例明显增多，4T和5T的比例明
显减少。这说明表面调整处理明显增强了涂层和
基板之间的附着性，提高了涂层的抗剥离性能和
彩涂板的机械加工性能。
3.6.2 转化膜对彩板耐中性盐雾性能的影响
中性盐雾试验条件：盐雾箱型号为Ericshen
606，NaCl浓度为（5+1）%，pH为6.5~7.2，温
度为（35+2）࠷，沉积量为80cm2，水平面盐雾收
集量为1mL／h，连续喷雾时间分别为750、1000h。
图3示出连续喷雾750h时2种膜对彩板耐
中性盐雾性能的影响。
由图3可看出，表面调整／化学涂层复合膜
的基板涂层后耐中性盐雾性能优于单涂化学涂层
膜的涂层板。
涂层在盐雾过程中起泡是腐蚀介质NaCl溶
液渗透进入涂层内部，在钢基表面发生电化学反
应，使涂层与基板产生剥离而在阴极区出现涂层
鼓泡［2］。经酸性表面调整处理后，由于生成的
表面调整膜具有阴极保护的特性，提高了镀锌基
板的热力学稳定性，使镀锌板的电极电位升高，
降低了镀锌基板的腐蚀速率，从而抑制了鼓泡的
出现。
图3 2种膜的盐雾图片
a）化学涂层膜；b）表面调整／化学涂层复合膜
4 结论
（1）酸性表面调整处理有助于转化膜结晶呈
细化倾向，表面粗糙度稍有增大，有利于涂层附
着力的提高；
（2）酸性表面调整处理显著提高了转化膜的
腐蚀电位，使其比镀锌板的正，属阴极性防护
膜；
（3）经酸性表面调整／化学涂层复合处理的
基板涂层后的抗剥离性能和耐中性盐雾性能明显
优于单涂化学涂层膜的涂层板；
（4）酸性表面调整处理有助于提高彩涂板的
机械加工性能和使用寿命。
参考文献：
［1］邬烈民，吴文森.有机涂层钢板的预处理工艺［Z］.上
海：上海宝山钢铁公司，1991.
［2］曹楚南.腐蚀电化学原理［M］.北京：化学工业出版社，
～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～