论文部分内容阅读
摘要：某钢企生产的电镀锌产品，部分产品在客户端表现出清洗之后表面发白的情况，通过微观分析和模拟清洗实验明确其清洗发白的机理为耐指纹涂层的不完全固化。根据现场的工艺装备制定了针对性的改进措施，有效消除该产品在应用端的清洗发白问题。
关键词：电镀锌，耐指纹，清洗发白， 固化
1前言
电镀锌耐指纹板因其优异的成形性、耐蚀性、焊接性能及涂装性能而广泛应用于轻家电行业[1-2]。传统的耐指纹电镀锌钢板一般是以电镀锌钢板为基板，首先经过电镀锌镀锌之后，然后采用辊涂方式涂覆一层1μm～3μm含SiO2的有机复合树脂，经过烘烤固化形成耐指纹皮膜。
某钢企电镀锌机组的耐指纹产品，在个别家电客户端发生清洗之后存在白色斑点和条纹的情况，不规则分布，造成客户端的抱怨和大量报废。本文针对电镀锌耐指纹产品清洗发白的缺陷进行了深入分析，探讨其形成的机理，并提出了有针对性的控制措施，取得良好成效。
2试验部分
2.1试验材料
试验材料为某钢厂生产的电镀锌耐指纹产品，在客户端发生清洗发白之后的电镀锌耐指纹板，如图1所示。根据客户端清洗工艺的不同有两种表现形式，采用喷淋清洗工艺的呈现出发白条纹状缺陷，采用超声浸泡清洗工艺的表现为白斑缺陷。
2.2清洗发白缺陷分析
2.2.1 光学显微镜形貌分析
采用40*光学显微镜观察，对比可见正常区域和清洗发白区域有显著形貌区别。清洗发白区域存在密集分布的白色斑块。
2.2.2 扫描电镜（SEM）形貌成分分析
采用Quanta400扫描电镜对发白的表面形貌及化学成分进行分析。结果如下图3所示：
从SEM形貌观察结果看，清洗发白区域主要由微观上密集分布的白色斑块区域散落分布在正常区域（暗色部分）所组成，进一步放大后可见，其中白色区域可见明显的电镀锌镀层片层晶粒组织，暗色部分则较模糊，组要原因为白色区域与暗色区域的导电性有显著区别，白色区域导电性显著优于暗色区域。对两种典型区域进行SEM能谱成分分析，结果如图4：
SEM能谱结果显示白斑区域与暗色区域有显著的成分差别，见下表1。
从表1的成分对比可以看出，正常区域的C、O、Si成分显著高于白斑区域，相应的，白斑区域的Zn、Fe成分显著高于正常区域。这是因为电镀锌耐指纹板表面的耐指纹涂层主体为含Si的有机树脂，主要成分为C、O、Si，导电性较差，因而在SEM形貌上表现为暗色区域。成分对比结果显示，白斑区域的耐指纹涂层特征成分含量显著低于正常区域，显示该区域在客户端清洗过程中涂层大部分受碱性脱脂液作用而溶解脱落，其主要原因为耐指纹涂层在烘烤固化过程中未完全交联固化，在后续热碱性溶液中发生溶解、溶胀，部分从表面剥离而导致的。由于电镀锌镀层晶粒为电沉积密集排列的片层状晶体，反光能力较强，而涂覆耐指纹涂层后由于有机涂层对光线的吸收、折射和衍射作用，反光能力大幅衰减，因此清洗后涂层严重减薄、剥落的区域与正常区域对比目视显著发白。
3结果与讨论
根据上述分析结果，可形成明确结论，清洗发白问题是由于耐指纹皮膜固化不良导致在客户端清洗时与热碱液作用导致的涂层严重减薄和剥落。
耐指纹涂层都是采用辊涂法涂敷于電镀锌板表面。涂料中的有机树脂是以微小的颗粒悬浮于水相中，当烘干时，水分逐渐蒸发，体积随之缩小，这些分散的聚合物颗粒逐渐相互接近，颗粒之间存在的毛细管压力迫使颗粒挤紧，随着水分的蒸发进行，压力继续增加，使颗粒变形，最后颗粒间相互融合成连续的有机膜。因而耐指纹处理以后的烘干温度和时间非常重要，否则就会造成涂膜的固化不良，钢卷内部各层镀锌板之间相互粘结。一般涂膜厚为1μm左右，烘干时板温约为90-110℃左右，然后再冷却到室温卷取。如下图5所示。
综合实验室分析结果和现场工况，制定了下述针对性的优化措施：
1 根据实验室在用户端发生清洗发白问题后进行的一系列烘烤固化工艺试验结果，涂层要满足固化效果良好的要求必须同时满足：板温、烘烤时间、风速的相关要求，即板温达到100℃，烘烤时间大于10s，风速达到1m/s以上。
2 通过工艺速度和热风风机效率优化，充分满足PMT板温大于100℃的要求，同时通过优化冷却风机投入后保证烘烤时间大于10s要求，通过现场烘烤炉风机功率优化，风速达到1.8m/s。
通过上述措施的实施，有效解决了电镀锌耐指纹涂层固化不良问题导致的客户端清洗发白缺陷，提高了产品质量水平，满足下游家电行业的质量要求。
4结论
通过对清洗发白缺陷的微观分析，结合耐指纹涂层烘烤固化原理，明确了电镀锌耐指纹清洗发白的产生原因是皮膜固化不良造成，由于烘烤温度、时间的不匹配导致耐指纹涂层交联不充分，在热碱液的作用下水分可渗透进皮膜，导致涂层溶胀、溶解和剥落，形成目视发白的缺陷。
因此，在生产电镀锌耐指纹涂层产品时，要根据涂层的性质和环境，控制好烘干固化效果与线速度的关系，并且在冷却控制上做一些优化，充分满足此类涂层在板温、烘烤时间、风速等工艺参数的要求，达到充分固化交联的效果，从而避免此类问题在客户端的出现，满足下游家电行业客户的质量要求。
参考文献
[1] 张雨泉，顾训雷，杨芃，等。电镀锌预磷化板晶粒度和粗糙度的工艺控制[J].材料与冶金学报，2015，14（1）：40-43.
[2] 蔡捷，涂元强，周小舟，等.无铬耐指纹电镀锌钢板的性能研究[J].武汉工程职业技术学院学报，2011，23（2）：7-9
关键词：电镀锌，耐指纹，清洗发白， 固化
1前言
电镀锌耐指纹板因其优异的成形性、耐蚀性、焊接性能及涂装性能而广泛应用于轻家电行业[1-2]。传统的耐指纹电镀锌钢板一般是以电镀锌钢板为基板，首先经过电镀锌镀锌之后，然后采用辊涂方式涂覆一层1μm～3μm含SiO2的有机复合树脂，经过烘烤固化形成耐指纹皮膜。
某钢企电镀锌机组的耐指纹产品，在个别家电客户端发生清洗之后存在白色斑点和条纹的情况，不规则分布，造成客户端的抱怨和大量报废。本文针对电镀锌耐指纹产品清洗发白的缺陷进行了深入分析，探讨其形成的机理，并提出了有针对性的控制措施，取得良好成效。
2试验部分
2.1试验材料
试验材料为某钢厂生产的电镀锌耐指纹产品，在客户端发生清洗发白之后的电镀锌耐指纹板，如图1所示。根据客户端清洗工艺的不同有两种表现形式，采用喷淋清洗工艺的呈现出发白条纹状缺陷，采用超声浸泡清洗工艺的表现为白斑缺陷。
2.2清洗发白缺陷分析
2.2.1 光学显微镜形貌分析
采用40*光学显微镜观察，对比可见正常区域和清洗发白区域有显著形貌区别。清洗发白区域存在密集分布的白色斑块。
2.2.2 扫描电镜（SEM）形貌成分分析
采用Quanta400扫描电镜对发白的表面形貌及化学成分进行分析。结果如下图3所示：
从SEM形貌观察结果看，清洗发白区域主要由微观上密集分布的白色斑块区域散落分布在正常区域（暗色部分）所组成，进一步放大后可见，其中白色区域可见明显的电镀锌镀层片层晶粒组织，暗色部分则较模糊，组要原因为白色区域与暗色区域的导电性有显著区别，白色区域导电性显著优于暗色区域。对两种典型区域进行SEM能谱成分分析，结果如图4：
SEM能谱结果显示白斑区域与暗色区域有显著的成分差别，见下表1。
从表1的成分对比可以看出，正常区域的C、O、Si成分显著高于白斑区域，相应的，白斑区域的Zn、Fe成分显著高于正常区域。这是因为电镀锌耐指纹板表面的耐指纹涂层主体为含Si的有机树脂，主要成分为C、O、Si，导电性较差，因而在SEM形貌上表现为暗色区域。成分对比结果显示，白斑区域的耐指纹涂层特征成分含量显著低于正常区域，显示该区域在客户端清洗过程中涂层大部分受碱性脱脂液作用而溶解脱落，其主要原因为耐指纹涂层在烘烤固化过程中未完全交联固化，在后续热碱性溶液中发生溶解、溶胀，部分从表面剥离而导致的。由于电镀锌镀层晶粒为电沉积密集排列的片层状晶体，反光能力较强，而涂覆耐指纹涂层后由于有机涂层对光线的吸收、折射和衍射作用，反光能力大幅衰减，因此清洗后涂层严重减薄、剥落的区域与正常区域对比目视显著发白。
3结果与讨论
根据上述分析结果，可形成明确结论，清洗发白问题是由于耐指纹皮膜固化不良导致在客户端清洗时与热碱液作用导致的涂层严重减薄和剥落。
耐指纹涂层都是采用辊涂法涂敷于電镀锌板表面。涂料中的有机树脂是以微小的颗粒悬浮于水相中，当烘干时，水分逐渐蒸发，体积随之缩小，这些分散的聚合物颗粒逐渐相互接近，颗粒之间存在的毛细管压力迫使颗粒挤紧，随着水分的蒸发进行，压力继续增加，使颗粒变形，最后颗粒间相互融合成连续的有机膜。因而耐指纹处理以后的烘干温度和时间非常重要，否则就会造成涂膜的固化不良，钢卷内部各层镀锌板之间相互粘结。一般涂膜厚为1μm左右，烘干时板温约为90-110℃左右，然后再冷却到室温卷取。如下图5所示。
综合实验室分析结果和现场工况，制定了下述针对性的优化措施：
1 根据实验室在用户端发生清洗发白问题后进行的一系列烘烤固化工艺试验结果，涂层要满足固化效果良好的要求必须同时满足：板温、烘烤时间、风速的相关要求，即板温达到100℃，烘烤时间大于10s，风速达到1m/s以上。
2 通过工艺速度和热风风机效率优化，充分满足PMT板温大于100℃的要求，同时通过优化冷却风机投入后保证烘烤时间大于10s要求，通过现场烘烤炉风机功率优化，风速达到1.8m/s。
通过上述措施的实施，有效解决了电镀锌耐指纹涂层固化不良问题导致的客户端清洗发白缺陷，提高了产品质量水平，满足下游家电行业的质量要求。
4结论
通过对清洗发白缺陷的微观分析，结合耐指纹涂层烘烤固化原理，明确了电镀锌耐指纹清洗发白的产生原因是皮膜固化不良造成，由于烘烤温度、时间的不匹配导致耐指纹涂层交联不充分，在热碱液的作用下水分可渗透进皮膜，导致涂层溶胀、溶解和剥落，形成目视发白的缺陷。
因此，在生产电镀锌耐指纹涂层产品时，要根据涂层的性质和环境，控制好烘干固化效果与线速度的关系，并且在冷却控制上做一些优化，充分满足此类涂层在板温、烘烤时间、风速等工艺参数的要求，达到充分固化交联的效果，从而避免此类问题在客户端的出现，满足下游家电行业客户的质量要求。
参考文献
[1] 张雨泉，顾训雷，杨芃，等。电镀锌预磷化板晶粒度和粗糙度的工艺控制[J].材料与冶金学报，2015，14（1）：40-43.
[2] 蔡捷，涂元强，周小舟，等.无铬耐指纹电镀锌钢板的性能研究[J].武汉工程职业技术学院学报，2011，23（2）：7-9