镀锌线镀后钝化工艺质量缺陷分析

镀锌线镀后钝化工艺质量缺陷分析
摘要：无花热镀锌，镀后钝化处理药剂使用三价铬钝化液。

三价铬钝化液主要成分是铬酸，铬酸是一种强氧化剂，对锌层有强烈的钝化作用，在钝化膜形成过程中起主要作用。

但由于受多种因素影响，在实际使用过程中三价铬钝化液也会造成各种表面质量缺陷，例如板面发白（严重时呈白锈）、摩擦黑斑、斑迹发花印痕等，严重影响客户使用。

关键字：钝化液钝化膜质量缺陷
1前言
无花热镀锌，镀后钝化处理药剂使用三价铬钝化液。

当热镀锌板接触铬酸钝化液时，锌就与铬酸起化学反应，即在热镀锌板表面形成一层致密的铬酸盐钝化膜。

这层钝化膜化学性质不活泼，可防止水汽、空气直接接触锌层，起到防锈作用。

钝化膜的形成过程是相当复杂的，钝化过程是金属和介质发生化学反应，生成了一层极薄的保护膜，这层薄膜通常是氧化剂和金属的化合物，它能够抑制阳极反应保护锌层。

但由于受多种因素影响，在实际使用过程中三价铬钝化液也会造成各种表面质量缺陷，例如板面发白（严重时呈白锈）、摩擦黑斑、斑迹发花印痕等，严重影响客户使用。

2常见钝化液引起的质量缺陷
2.1板面发白、掉粉
板面呈现白色色差，可析出白粉物质。

随着钢卷存放时间增加，板面发白缺陷越容易出现。

图1：板面发白缺陷样貌
2.2板面发花
镀锌板在钝化前板面正常，经钝化后出现发花斑迹质量缺陷。

2.3白锈
此种缺陷经常出现在夏季多雨潮湿季节，绝大多数白锈的镀锌卷都有进水痕迹。

白锈较轻，断面白锈有包装纸折印，板面占面积较小，包装纸没有水浸痕迹，这种白锈是由于镀锌卷下线时温度较环境温度高出较多，包装后卷中较热，温度
下降后在包装物内形成负压，环境潮湿空气大量进入后形成凝露。

白锈较重，
端面一侧有呈扇形白锈，开卷后板面白锈所占面积较大，无法擦掉。

外包装纸有
或轻或重的浸水痕迹，此种白锈是由于在运输过程中进入雨水或海水造成镀锌卷
钝化防护失效，而产生白锈。

2.4摩擦黑斑
该缺陷多为运输过程由于颠簸造成带钢层间相互摩擦，摩擦点经氧化形成黑斑。

2.5喷塑起泡
此种缺陷是镀锌板面经喷塑烘烤后出现气泡。

水汽被包裹进镀锌板与粉末涂
层中，高温烘烤时气化，涂层上表面快速固化成膜，气体被包裹形成中空的起泡。

3镀锌钝化膜形成机理及质量要求
三价铬钝化膜形成过程[2]
① 溶锌过程：Zn+Ox(氧化剂)→Zn2++Ox- ，Zn+2H+→Zn2++H2↑
O→ ZnCrxOy+2yH+
② 成膜过程：Zn2++xCr(Ⅲ)+YH
2
O
③ 溶膜过程：ZnCrxOy+2Y H+→Zn2++ xCr(Ⅲ) +YH
2
4钝化质量缺陷影响因素
4.1钝化前基板
4.1.1锌层成分
钝化前基板含有成分不同，耐腐蚀性不同，一般而言，基板耐腐蚀性好，钝
化膜防腐蚀效果也好。

纯锌产品（GI）三价铬钝化液耐腐蚀性能没有锌铝合金镀
锌板（GL）和锌铝镁(Zn-AL-Mg）效果好。

4.1.2粗糙度
若带钢表面粗糙度过大，则带钢表面就很难被涂层完全覆盖，容易产生锈蚀
缺陷；若表面粗糙度过小，涂层虽可完全覆盖，但过厚的附着量会造成涂层不均匀，影响加工应用。

通过对比不同粗糙度的表面形貌得知：表面粗糙度较小时，
由于带钢表面完全覆盖了涂层，在冲压过程中有一定的润滑作用，成形性能较好；而表面粗糙度过大时，因表面涂层覆盖不完全，冲压过程中润滑作用不佳，同时
其耐蚀性能也明显下降，比较理想状态的板面粗糙度是0.8-1.5 μm。

基板粗糙
度不均匀经常会造成钝化膜厚不均匀，在运输过程中产生摩擦黑斑质量缺陷。

4.2光整工艺
无锌花镀锌板镀后需要投用光整机来改善带钢表面粗糙度和增加外观美观性。

根据客户对板面要求，光整机工作辊分为毛化辊、光辊两种。

光整机有事会出现
工作辊粘锌问题，进而导致带钢辊印、色差等缺陷。

为避免此种问题，需投用碱
性光整液进行净化。

但光整液的使用会导致后工序钝化板面发生兼容问题。

纯水光整，对钝化板无兼容问题影响。

光整工艺使用光整液，光整液与三价
铬钝化液存在兼容问题，如经光整后的板面有残留光整液就会在钝化时造成板面
发花、斑迹等质量缺陷。

改善措施：①控制光整液配比浓度：光整液与脱盐水混合后，电导率使用范
围80us/cm-200us/cm，毛面。

②控制光整液板面残留：保证光整机高压喷淋系统
正常投用；光整后使用水洗喷梁或者高压气体吹扫对板面光整液残留进行稀释、
吹干净化，要求带钢进入辊涂机前必须干燥无水分残留。

③每次切换光整液或者
钝化液品牌时，提前测试是否存在兼容性问题。

4.3涂覆工艺
涂覆工艺条件中对钝化膜形成影响较大的因素是钝化温度及烘干温度。

钝化
温度低，反应速度慢，成膜也慢，钝化膜薄；钝化温度太高，反应温度过快，膜
层粗糙。

新生成的钝化膜是柔软的，必须将其加热，使之变硬，成为憎水性、耐
腐蚀的膜。

烘干温度低，烘干温度长，生成的膜较软；烘干温度过高，造成钝化
膜开裂，因此会降低其耐蚀性能。

烘干温度一般应控制在60-90℃。

另外，辊涂机后烘干箱排风量也会影响钝化膜稳定形成。

白锈（发白掉粉）的产生主要受带钢表面水分影响。

在正常情况下，锌和氧
气以及二氧化碳在镀锌板表面产生致密的碱性碳酸锌，具有一定的保护作用，避
免镀锌板表面过度腐蚀。

而在含水表面，由于氧浓度的不同导致镀锌板表面各部
位电位不同，产生电位差从而产生电化学腐蚀现象。

迅速产生大量白色疏松的氢
氧化锌，没有保护作用，而是加速腐蚀。

特别是在存在氯离子的情况下，更大大
加速了这个过程[3]。

钝化膜中含有水分也会导致喷塑起泡缺陷：水汽被包裹进镀锌板与粉末涂层中，高温烘烤时气化，涂层上表面快速固化成膜，气体被包裹形成中空的起泡[4]。

防止白锈及喷塑起泡的措施：稳定钝化工艺参数，主要包括钝化膜重、烘干
温度等。

加大钝化后冷却能力或进行充分凉卷，杜绝包装后卷内凝露的产生；对
运输过程提出严格要求，防止雨淋或水进入；改善包装质量，防止包装破损。

4.4其它因素
运输包装条件影响
镀锌钢卷在运输过程中因颠簸、加减速等受力不均情况影响造成镀锌钢卷层
间错动，板面的凸起部分在错动中被擦伤，钝化膜被破坏，产生黑斑缺陷。

通过
现场调查，这种黑斑缺陷是有周期性的，其周期就是钢卷的外径周长，钢卷的外
圈最严重，由外向内越来越轻，最终消失，并且厚板多于薄板。

为解决该项问题，在包装纸套塑结束后、裹铁皮前，在钢卷底部加薄缓冲材料（硬纸、瓦楞纸）；
或在周向打捆时加2条200mm宽半圈长的厚缓冲材料（胶皮、聚氨酯），缓冲材
料位置在钢卷的下部，减轻运输过程中的颠簸碰撞。

另外，运输车辆钢卷鞍座加
草垫也可减缓颠簸。

5总结
通过对钝化质量缺陷影响因素分析，我们可以总结一下减少钝化液质量缺陷
的措施：一方面需要对光整机光整液电导率使用参数进行标准化，减少钝化前板
面残留；一方面稳定钝化烘干温度、提高烘干后带钢冷却效果，保证钝化膜厚度、均匀性及固化效果，降低钝化膜水分残留；另一方面在运输包装过程对镀锌卷做
好防护措施。

参考文献：
[1]张启富现代带钢连续热镀锌北京：冶金工业出版社，2007 105-159
[2]李九岭带钢连续热镀锌北京：冶金工业出版社，1995 223-295
[3] 刘建军．三价铬钝化技术及其最新进展[J]．电镀与环保，2002，
22(6)：22—23
[4] 穆颖，曲辉德水性防腐蚀涂料现状与存在的问题上海涂料，2010，
48(8)：27—30
3。