镀锌板耐蚀试验主要包括两大类:一类是模拟腐蚀环境试验检验,如盐雾试验、老化试验、潮湿试验等;另一种试验为自然环境腐蚀试验,如各国在不同气候和地理环境的典型大气试验站进行的挂片试验。目前国内外热镀锌板材产品交货条件(或标准)中对耐蚀性能均没有明确的要求。在五金、家电、汽车等具体行业的镀锌板用户中,用于检验或验证镀锌产品耐蚀性能的主要涉及中性盐雾试验。为了了解马钢生产的镀锌产品的耐蚀性能,在生产线稳定后,搜集了来自50个钢卷的样本,其中包括10件锌25 %铝合金镀层产品样本,进行了盐雾试验,并进行了评价。
1试验材料和方法
样本属性:试验镀锌板基板厚度为0. 3～1. 6mm ,宽度为1 000～1 250 mm ,单面锌层重量68～158 g/ m2产品,表面状态包括未钝化、铬酸盐钝化、未涂油、轻涂油(油品为静电涂油用矿物油P32prevox C932)及其组合。原料牌号为SGCC ,生产流程为铁水预处理- L F炉- CSP -酸洗-冷连轧-热镀锌。钝化为喷淋式,热风烘干,涂油为静电涂油。试验条件:设备为盐雾试验箱,型号为Q2FOG,执行标准为GB/ T10125—1997《人造气氛腐蚀试验:盐雾试验》,试验为中性盐雾试验(NSS试验)。样品尺寸为150 mm×75 mm ,边缘用胶带保护,NaCl的质量浓度为(5±0. 1) % , PH值为6. 5～7. 2 ,试验箱设定温度为(35±2)℃,喷雾器压力设定为70～170 kPa (实际为100 kPa左右) ,喷雾量为每80 cm2的收集量为1. 5 ml/ h ,试验循环周期为24 h。试验记录了出现5 %白锈和5 %红锈的时间。
2试验结果和分析
2. 1纯锌镀层镀锌板的耐盐雾腐蚀性能
2. 1. 1白锈(5 %)出现周期
在试验过程中,为了***箱内气氛的稳定,我们采取24 h开启一次,记录样本变化。
(1)***个24 h内,未钝化产品全部出现大面积白锈。根据后续试验发现一般2～8h就出现5 %白锈。表面钝化产品在***天才陆续开始出现小面积白锈,而且直到5 %红锈出现,板面也只是局部锈蚀。所有试验样本中出现5 %白锈周期***长的为5天,该样本属性为单面锌层厚度约为100 g/m2的钝化涂油镀锌板。
(2)白锈出现的周期同是否涂油、锌层厚度等没有因果关系。综合上述结果,白锈出现的周期主要同是否钝化有关,是判断钝化质量特别是钝化均匀性的
1项重要指标,从生产设备和工艺角度看,喷淋工艺受喷嘴压力、角度及钝化液自重影响,钝化层均匀性比辊涂工艺总体要差。
2. 1. 2红锈(5 %)出现周期
盐雾试验结果分析,横坐标为5 %红锈出现的时间,纵主坐标为单面锌层质量,次纵坐标为钝化和涂油量,钝化以0表示未钝化,
1表示钝化;涂油0表示未涂油,0. 5表示涂油量为0. 5 g/ m2。
纯锌镀层热镀锌红锈(5 %)周期结果
(1)钝化同红锈周期有较强的相关性。原因主要同腐蚀进度有关,当板面出现白锈时,腐蚀反应开始消耗镀锌层,由于钝化层的保护,锌层在钝化薄弱部分才产生白锈,由于不像未钝化镀锌板产生全板面的腐蚀消耗,所以钝化处理的镀锌层对基板的阴极保护周期会***。盐雾试验红锈出现时的形貌也证明了这一点
(2)涂油对于耐盐雾试验结果基本没有影响。涂油是1种物理阻隔,可以一定程度阻断空气和水对锌层的腐蚀,但盐雾试验过程的大量盐水雾很容易就冲掉表面的涂油层,使之不能起到保护作用。
(3)镀锌板单面锌层质量大于70 g/ m2,无论是否钝化、涂油,盐雾试验红锈(5 %)出现时间均不小于4天（96h 满足用户要求）
。
2. 2锌铝合金镀锌板的耐盐雾腐蚀性能
锌铝合金镀层产品是锌层中含有约5 %铝的产品,耐大气腐蚀能力比纯锌镀层强,如相关文献所述,锌铝合金镀锌板在冷凝过程中,形成直径为<3～8 mm(此尺寸取决于冷却速度,速度越快尺寸越小)。高度相差2～4μm的凹坑,宏观看类似浅色龟甲纹。这些特点对此产品的涂装质量有影响,但对该产品盐雾试验结果的影响并没有文献
介绍。
2. 2. 1白锈(5 %)出现周期
白锈出现周期同纯锌镀层类似,未钝化产品***个24 h就已经散布锈斑,钝化产品2～3天后出现小面积白锈,但随后的观察显示,锈斑的扩展速度比纯锌镀层产品慢,可能与锌铝合金镀层是细晶结构,而且表面富铝层厚于纯锌镀层热镀锌钢板有关[1 ]。
2. 2. 2红锈(5 %)出现周期
锌铝合金镀层产品的红锈出现周期明显好于纯锌镀层产品,单面锌层约100 g/ m2时的平均盐雾试验红锈出现周期约17天,由于该锌层腐蚀过程复杂,目前的相关研究仍在进行。
3热镀锌板盐雾试验的评价
国内五金、家电、汽车等行业的热镀锌板用户主要采用中性盐雾试验对镀锌板进行耐蚀性能评价,一般要求镀锌量双面120 g/ m2及以下,镀锌产品出现红锈(5 %) 时间大于48 h (2 天) ,双面镀锌量180 g/ m2及以上,镀锌产品出现红锈(5 %)时间大于72 h (3 天) 。根据试验结果,样本盐雾试验性能都达到用户需求,和同行业水平也基本相当。
4讨 论
4. 1镀锌板的腐蚀
镀锌板在自然条件下氧化腐蚀非常缓慢,但在潮湿条件下,容易造成电化学腐蚀,使板面很快形成白锈或黑锈,锈蚀产物主要为ZnO(也有文献认为含有Zn (O H) 2,颜色的深浅主要同腐蚀产物中w(O) 有关,颜色深的w (O) 偏高。究其锈蚀原因,主要是镀锌板没有进行钝化、涂油等后处理。当环境潮湿时,锌层表面吸潮后造成钢卷内外氧的浓差,导致电化学腐蚀。相关电化学反应式如下。
阳极反应:Zn - 2e →Zn2 +
阴极反应:O2+ H2O + 4e →4OH-
反应产物:Zn + 4OH-→Zn (O H) 2→ ZnO ·H2O
按照镀锌板生产厂的做法,镀锌板产品没有钝化、涂油一般不出厂;对于供彩涂用基板等特殊情况,根据客户要求可以不钝化、不涂油,但必须尽快使用(一般7 天,天气干燥时可10 日) ,以免受潮锈蚀。因此,考虑到实际储存和运输条件,镀锌板一般都要进行表面防锈处理,如涂油、钝化、涂层等处理方式。
4. 2镀锌板的耐蚀性能评价
评价镀锌产品耐蚀性能的方法很多,中性盐雾试验只是相对快速、方便的1 种,对产品实际使用有指导意义,但盐雾试验并不能完全等同实际耐蚀能力,也并非简单线性比例关系,它只是1 种间接体现产品耐蚀能力的手段。对耐蚀能力评价较为***应是自然环境挂片试验,此试验方法周期长,但能够比较真实反映材料实际***能力,参考价值较高,但镀锌板实际使用环境与自然环境相差较大,所以挂片试验也有其制约性。
5结 论
根据各种涂层重量、处理方式产品的中性盐雾试验结果及分析,我们可以得到以下结论:
(1) 常规镀锌产品应进行表面处理,否则会很快锈蚀,影响使用,防止锌层锈蚀的***经济***措施是进行钝化处理;
(2) 锌铝合金热镀锌产品耐盐雾腐蚀能力明显好于纯锌镀层产品,从环保和资源有效利用角度,锌铝合金镀层产品值得推广;
(3)提高镀锌层耐盐雾试验能力,主要依靠均匀的钝化层,只有相对均匀,才会减少局部弱点,提高整个板面的耐盐雾腐蚀能力。当然镀层厚度和均匀性对之也有一定影响。从硬件设备保障看,辊涂比喷淋、全浸式等工艺更能***钝化层的均匀性
