宝钢镀铬板的表面形貌与缺陷分析

2015-01-29朱国和

电镀与环保 2015年5期

朱国和

（宝山钢铁股份有限公司研究院，上海200019）

0 前言

镀铬板是在金属锡资源减少的情况下研制出的新型制罐材料［1-2］。与镀锡板相比，镀铬板的生产成本低、附着力强［3］。另外，镀铬板的加工成型性和机械强度与镀锡板的大致相同。因此，镀铬板得到了广泛的应用［4］。

2007年，宝钢高速电镀铬钢板生产线开始投产，采用两步法在二次冷轧板基板上实现了铬的高速连续沉积。宝钢镀铬板的基板采用的是国内轧板，降低了生产成本，但是基板形貌与镀铬板性能间的关系及生产过程中产生缺陷的原因还未研究。本文研究了宝钢1220镀铬机组不同基板表面形貌与镀铬钢板表面形貌、性能的关系，对生产过程中出现的白点等缺陷进行了分析，为进一步提高镀铬板的质量提供参考。

1 实验

实验样品采用宝钢1220镀铬机组二次冷轧镀铬板，板的厚度为0.25mm，表面电镀双层铬（即内层电镀纯金属铬，表层电镀氧化铬）。

电镀金属铬工艺条件：CrO3（150±5）g／L，NH4F（3.5±0.2）g／L，H2SO4≤0.09g／L，温度（38±2）℃，阴极电流密度45A／dm2。

基板和镀层的表面形貌用S3400型扫描电子显微镜观察，并对表面元素进行分析。

2 结果与讨论

2.1 前处理不良引起的质量问题分析

在生产过程中，镀铬板表面存在小白点，影响镀铬板的外观质量。利用SEM 与EDS对小白点的表面形貌和元素组成进行分析。

图1为镀铬板小白点处的SEM 照片及元素分布图。

由图1可知：该类型的小白点应该是由基板轧制后残留的夹杂物或毛刺引起的，这种杂质或夹杂物没有完全脱离基板，电镀铬后镀层在该处分布不均匀而引起色差，宏观上看就是小白点。该部分和基体结合不牢固，处于虚接状态，在外力作用下容易脱落。同时，镀层分布不均匀，该处也容易腐蚀。因此，要求基板不应该有夹杂存在，否则会影响外观质量及镀铬板的性能。

图1 镀铬板小白点处的SEM 照片及元素分布图

图2也是一种小白点的SEM 照片。这个小白点的微观状态与图1所示的不同，该小白点应该是基板表面存在缺陷引起的，比如没有洗净的油斑或者锈斑致使该处没有得到镀层而产生小白点。对比凹坑处（见图2）与平整处（见图3）的元素分布图可知：凹坑处没有铬沉积，而平整处有铬沉积。其原因应该是基板的油斑或者锈斑没有彻底去除，出现了阻挡层，阻止了金属铬的沉积。

图2 镀铬板小白点的SEM 照片及凹坑处元素分布图

图3 镀铬板小白点的SEM 照片及平整处元素分布图

镀铬板小白点的产生有两种原因：一种是基板表面组织不均匀，出现了附着不牢固的毛刺，致使镀铬层不均匀而出现小白点；另一种是基板表面油污或锈斑没有彻底除去而在该处局部没有镀铬层而产生小白点。因此，要保证镀铬板的表面质量，必须加强镀铬的前处理过程，彻底去掉锈斑、毛刺、油污等缺陷，才能得到表面质量合格的镀铬板。

2.2 镀铬板表面质量分析

为了分析表面缺陷度对镀铬板质量的影响，对镀铬基板镀前、镀后的表面形貌和元素分布进行了分析，结果如图4所示。

图4 DR-8BA 基板表面形貌

由图4可知：镀铬板的表面形貌与基板的表面形貌相似。镀铬后，基板的凹坑并没有消失。钢板凹坑处镀铬量相对较少（图5中的圆圈部分），在仪器灵敏度范围内检测不到铬的存在，说明该处金属铬的量比较低。也就是说，该处的镀铬层很薄，在冲击、腐蚀环境下容易脱落及腐蚀。

图5 镀铬后凹坑处的SEM 照片及元素分布图

图6 为凸出部位的SEM 照片及元素分布图。由图6可知：镀铬后凸出部位的铬的质量分数较高。这是由于镀铬的特点是电流效率随电流密度的升高而增大，基板凸出部应在电镀过程中表面积较小，分布的电流密度较高，在同样的电镀条件下，该处沉积的镀层较厚。

图6 镀铬后凸出部位的SEM 照片及元素分布图

镀铬板的形貌与基板的形貌相似。不同之处在于：基板表面的缺陷要比镀铬板的更多一些，存在很多凹坑、凸起、犁沟等；而镀铬板的缺陷相对少一些，主要是在镀铬前的电化学脱脂和电化学酸洗过程中对基板有化学和电化学溶解作用。在这个过程中，由于凸出部位电力线集中，电力密度较大，活性较大，优先溶解，将基板表面的凸出部位溶解掉一部分，也就是在脱脂和去掉氧化膜的同时起到了整平作用。但是，这种整平作用是有限的，要使基板表面处于平整状态，必须是轧出的钢板表面缺陷少，如果基板本身的缺陷太多，在电化学脱脂和电化学酸洗过程中的这种整平作用也不足以使基板表面平整。不平整的表面得到的铬层也是不平整的，镀层厚度在钢板表面分布也是不均匀的。这样，钢板表面凸出部位得到的镀层就厚，而凹陷（凹坑）处镀层就薄，甚至没有镀层。缺陷多的镀铬板的耐蚀性降低，在贮存、运输过程中容易出现锈斑。