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表面处理钢板的评价和解析技术

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-11  浏览次数:609

1表面处理钢板的耐蚀性及其评价

 

汽车车身的腐蚀形态大致可分为穿孔和外观生锈及端面生锈3种。由于水分或氯化物容易滞留的钢板接合部的内部发生腐蚀造成穿孔和因跳焊等使涂层容易受到损伤的外板外面发生的外观锈比其它部位厉害,因此将这些部位确定为汽车防锈的重点部位。

 

根据九十年代对实际汽车腐蚀的详细解析结果可知,实际汽车的外观锈和外板穿孔一般受镀层重量的影响,与电镀的类型无关。对于汽车车身用表面处理钢板的评价,很多是采用腐蚀试验法进行评价。七十年代的主要试验法是盐水喷雾试验法。从八十年代起,由于盐水喷雾试验法与实际汽车腐蚀的相互关系变小,因此各汽车制造商分别独自开发了腐蚀试验法。到了九十年代,日本汽车技术会于1991年制定了JASOM609-91标准。

 

在建材领域存在的问题是切割部端面或加工部产生的红锈和涂层鼓起。与汽车领域一样,即使在建材领域,由于盐水喷雾试验法与实际环境下腐蚀的相互关系小,因此为制定薄板建材用腐蚀试验法的标准,从1995年起日本进行了6年的研究。尤其是,为了制定酸雨地区用的腐蚀试验法,从1998年起日本进行了3年的研究。目前,正在对两者的JIS化和ISO化进行研究。为了与实际腐蚀环境相对应,因此将NaCl浓度设定为0.1mass%,比盐水喷雾试验法和JASOM609的5mass%低。

 

近年来,采用ACM型腐蚀传感器对住宅内部各部位的腐蚀程度进行了测定。对于以往根据住宅实际腐蚀形态的数据所设定的部位腐蚀系数已能采用ACM型腐蚀传感器进行测定,对采用新工艺的不同部位设计用劣化系数也能进行预测。

 

2表面处理钢板涂层结构的解析

 

表面处理钢板的性能与涂层自身的表面形态和结构有关。对控制涂层来说,结构解析技术是解析涂层生成机理的方法。以前主要是采用光学显微镜和X射线衍射进行宏观观察,但近年来微观解析技术取得了显著的发展。

 

为弄清电镀皮膜的析出过程,进行了析出过程的研究。将隧道式扫描显微镜(STM)和AFM与电化学方法组合起来能够对电镀时的析出反应进行现场观察。使用这些方法后,根据Zn在Fe单晶体上的初期析出过程,发现有粒径为数10nm的粒状晶体析出,在全部覆盖后会成长为六方晶。

 

对于Zn电极沉淀时的晶体取向变化进行了动态观察。采用亮度高的同步加速器放射光(SR)的X射线衍射,能够对在电解液存在下的电镀皮膜晶体取向进行连续观察。在工业规模电解条件下(1.0103~1.0104A/m2)Zn的电极沉淀皮膜厚度达到1m时会向基板外延生长,其后晶体取向取决于超电压。

 

为弄清热浸镀,尤其是弄清GA皮膜的形成机理,近年来进行了许多结构解析。

 

GA的合金化反应大致要经过以下两个阶段:①在电镀液侵入初期Fe-Al合金相的生成;②Zn-Fe合金相的生成和成长。作为Zn-Fe合金相的生成机理,提出了以下几种:(a)由于Fe-Al合金相的生成,在电镀液中的Al浓度局部减少的部位出现了Zn-Fe合金相生成的Al缺乏机理;(b)Zn在Fe-Al合金相中扩散,在钢/Fe-Al合金相界面生成Zn-Fe合金相的Zn扩散机理;(c)由于生成的Fe-Al合金相中的Al会在钢中扩散,导致Fe-Al合金消失,当Fe和Zn接触时会生成Zn-Fe合金相的Al溶解机理等。

 

不论是电镀,还是热浸镀,在对镀Zn钢板进行TEM观察时发现,由于Zn和作为底漆的Fe的机械特性差大和加工时对试料的损伤大,因此TEM试料的制作本身就很难。虽然提出了镜检切片法和离子研磨法等,但这些方法都需要熟练的技术。近年来,采用对皮膜损伤小的聚焦离子束(FIB)加工的电子显微试料加工法已问世,由此能简便对皮膜断面中想要观察的部位进行详细解析。

 

作为较为宏观的观察方法,还有的采用电子束沟流图形(ECP)和电子束反向散射图形(EBSP)调查了Zn-Fe合金化行为。在底层钢板晶体晶粒内和晶界中Fe-Zn反应行为不同,而且还受晶体方位和晶界结构的影响。

 

另外,对合金化反应还进行了动态观察试验。有的将加热装置和X射线衍射组合,在743K下对热浸镀Zn钢板进行加热,在初晶相生成,相消失后,能连续观察到相的生长;有的采用SR的X射线衍射来观察Fe-Al合金相的消失。而且,通过在TEM内加热试料,在Fe-Al合金上能直接观察到支持Zn-Fe合金相析出的Al缺乏机理的状态,在Fe-Al合金相生成后,反应过程能持续到Zn-Fe合金化反应开始为止。

 

随着上述解析技术的发展和Fe-Zn-Al三元系热力学数据的完善,目前已能弄清反应机理,有望向控制GA皮膜技术方面展开。

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