电池壳用钢工序间无油防锈钝化技术研究

吴首民，　王双红，　安成强

(1.上海宝钢股份有限公司，上海　200431；　2.沈阳大学 机械工程学院 材料科学系,辽宁 沈阳　110044； 　3.沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳　110159)



电池壳用钢工序间无油防锈钝化技术研究

吴首民1，王双红2，安成强3

(1.上海宝钢股份有限公司，上海200431；2.沈阳大学 机械工程学院 材料科学系,辽宁 沈阳110044； 3.沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳110159)

摘要：冷轧电池壳钢在生产序间过程易发生表面锈蚀，导致冲压性能下降。提出采用水性钝化液处理电池壳钢，使其表面形成化学吸附膜，替代防锈油改善板面的防锈蚀性能。采用扫描电镜及能谱仪分析了电池壳钢的表面形貌和表面成分；采用加速腐蚀试验等方法研究了水基钝化液JF-379对连退电池壳钢的防护效果。结果表明，电池壳钢表面存在Mn元素，易发生电化学腐蚀。水基钝化液JF-379在电池壳钢表面形成连续的化学吸附膜，明显提高连退电池钢板的表面耐蚀性。当最低使用JF-379质量分数为10%时防护效果好。

关键词:无油防锈； 钝化； 序间； 电池壳钢

Rust-proof Technology Researching of Battery Shell Steel

Between Production Processes

WU Shoumin1， WANG Shuanghong2， AN Chengqiang3

(1.Shanghai Bao Steel Co.Ltd.,Shanghai 200431,China;2.Mechanical Engineering,Shenyang University,Shenyang 110044,China;3.School of Environment and Chemical Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

Abstract:Surface corrosion of cold rolled battery shell steel is easy to take place between the production processes，which will lead to the degradation of stamping properties.In this paper,chemical adsorption film was formed by using a water based passivating solution to treat the battery shell in order to replace rust-proof oil and improve the antirust performance.Surface morphology and surface composition of the battery shell steel were analyzed by SEM and EDS；protecting effect of the JF-379 water based passivating solution to continuous annealed battery shell steel was studied by accelerated corrosion test.The results showed that Mn element in the surface of battery shell steel was easy to result in electrochemical corrosion.The continuous chemical adsorption film formed on the battery steel surface could remarkably improve the surface antirust performance of the continuous annealed battery shell steel.When the used minimum mass fraction of JF-379 was 10%，the protecting effect was the best.

Keyword: rust-proof oil; passivation; between production processes; battery shell steel

引言

电池壳用冷轧带钢主要用于冲制电池的钢壳。随高效、轻便小型家用电器及电子通信产品的普及，对小型号高能电池的需求量越来越多，要求电池壳用钢具有高纯净度、高耐蚀性及耐深拉延加工性，同时要求其表面洁净，无缺陷与附着物[1-2]。

由于电池壳用钢表面洁净度高，尤其在退火后，电池壳用钢表面具有较高活性，在钢厂复杂的生产工况下，钢板表面易发生锈蚀，锈蚀缺陷直接影响后续电池壳的冲压性能。如何减少电池壳用钢在序间的锈蚀缺陷，减少防锈油的用量，除采用包装等传统方式改变内环境外，若能提高电池用钢的自身表面耐蚀能力是重要途径之一。研究表明[3-9]水基钝化技术能在钢基材表面形成保护膜，减少锈蚀。同时可减少对防锈油的使用量，实现短期无油防锈，节能环保[10-15]。

宝钢薄板厂生产电池壳钢，在生产过程中出现电池壳钢的表面锈蚀缺陷，特别在梅雨季节，锈蚀问题更为突出。本文以电池壳钢的连退线为研究背景，采用环境模拟试验和现场试验等方法研究水基钝化技术应用于电池壳钢的序间无油防锈处理，提高电池壳钢的表面耐蚀能力，减少防锈油用量。

1实验部分

实验材料为宝钢薄板厂冷轧电池壳钢连退板，牌号BDCK。钢板先用5%东大脱脂剂JYT-301于50℃处理10s，然后用去离子水漂洗干净，最后浸入不同浓度的水基钝化液JF-379中5s，用热风干燥。JF-379为沈阳防锈包装材料有限责任公司专为冷轧钢板的无油防锈技术研发的产品。采用SSX-550扫描电子显微镜对电池壳钢表面形貌进行测试和能谱分析。耐蚀性能测试分别采用单片试验和叠片试验，叠片为6片实验板用特制的夹具夹紧。采用GDJS-500型试验箱进行湿热试验。θ为98℃，湿度49%RH。恒温恒湿试验在加盖的干燥器中进行，干燥器中盛500mL去离子水，将干燥器置于50℃的干燥箱中。大气暴露试验在沈阳室外的百叶箱中进行。试验日期为2014年5月9日~6月9日。现场环境放置试验在宝钢薄板厂连退中间库进行。试验日期为2014年5月23日~6月23日。

2结果与讨论

2.1形貌分析

电池壳钢的表面形貌(SEM)见图1，能谱(EDS)分析结果见图2。由图1、图2可以看出，钢板表面的主要组成是Fe和Mn元素。由于表面存在Mn元素，Mn是易氧化元素，易被环境中微量的氧化性气体氧化在钢板表面形成颗粒状氧化物，导致钢板表面薄层氧化铁膜的不连续，氧化铁膜的不连续使其与基材电位差较大,在水电解质中，容易出现电化学腐蚀。

图1　电池壳钢的SEM照片

图2　电池壳钢的EDS谱图

2.2湿热试验

图3为电池钢连退板单片湿热试验的表面锈蚀状态对比。

图3　单片湿热试验3d钢板锈蚀状态

从图3可以看出，未经JF-379钝化处理的钢板经3d暴露后，钢板表面出现大面积点锈和片状锈蚀，腐蚀程度较重。经水基钝化液JF-379钝化处理的钢板的表面锈蚀较轻，未出现大面积锈蚀，仅局部出现点锈，腐蚀程度轻。经水基钝化液JF-379钝化处理的钢板的耐蚀性随钝化液质量分数增加而提高，10%JF-379钝化液钝化板的表面未见锈蚀。

图4为电池钢连退板叠片湿热试验3d表层钢板及钢板夹层锈蚀状态对比。从图4可以看出，未经JF-379钝化处理的钢板叠片试样，其暴露在外的上层钢板及夹层钢板表面均出现大面积点锈和片状锈蚀；经JF-379钝化处理的钢板叠片试样，暴露在外的上层钢板未出现明显锈蚀，夹层钢板仅出现少量点锈，其中10%JF-379钝化液处理的钢板叠片试样，钢板夹层未见明显点锈。

图4　叠片湿热试验3d钢板夹层间锈蚀状态

图5为电池钢连退板叠片湿热试验10d表层钢板及钢板夹层锈蚀状态对比。

图5　叠片湿热试验10d钢板夹层间锈蚀状态

从图5可以看出，经JF-379钝化处理的钢板叠片试样，暴露在外的上层钢板出现轻微片状锈蚀，夹层钢板仅出现少量点锈，其中10% JF-379钝化液处理的钢板叠片试样，钢板夹层未见明显点锈。

湿热试验结果表明，电池壳钢经水基钝化液JF-379处理后钢板表面形成的化学吸附钝化膜能明显提高钢板的表面耐蚀性，钢板的表面耐蚀性随钝化液质量分数的增加耐蚀性增加，其中采用10%JF-379钝化液处理的试片的防护性能最好，叠片试样经10d湿热暴露钢板夹层未见锈蚀。

2.3恒温恒湿试验

图6为电池钢连退板恒温恒湿试验7d的钢板表面锈蚀状态对比。从图6可知，未经水基钝化液JF-379处理后的钢板表面出现红色锈蚀，经10%JF-379钝化液处理的钢板表面未见锈蚀。

图6　恒温恒湿试验7d钢板表面锈蚀状态

2.4大气暴露试验

图7为电池钢连退板单片百叶箱挂片试验10d的钢板表面锈蚀状态对比。从图7可知，未经水基钝化液JF-379处理的钢板表面布满大量点锈，经10%JF-379钝化液处理的钢板表面未见锈蚀。

图7　单片百叶箱挂片10d钢板锈蚀状态

图8为电池钢连退板叠片百叶箱挂片试验30d的钢板表面锈蚀状态对比。由图8可知，经10%JF-379钝化液处理的钢板表面出现局部点状锈蚀，钢板夹层未见锈蚀，而未经JF-379钝化液处理的钢板试样的夹层出现明显的点状锈蚀。

图8　叠片百叶箱挂片30d钢板夹层间锈蚀状态

湿热试验结果表明，电池壳钢经水基钝化液JF-379处理后钢板表面形成的化学吸附钝化膜能明显提高钢板的耐蚀性，钢板的耐蚀性随溶液质量分数的增加而提高，其中采用10%JF-379钝化液处理的试片的防护性能表现最好，叠片试样经10d湿热暴露钢板夹层未见锈蚀。

大气暴露试验结果表明，电池壳钢经10%水基钝化液JF-379钝化处理后，钢板表面形成的化学吸附钝化膜，表面耐蚀性明显提高。

2.5现场环境放置试验

经水基钝化液JF-379钝化处理的连退电池钢板叠片放置厂区连退中间库现场，图9为现场放置30d的试验结果。

图9　现场放置试验30d的钢板的锈蚀状态

从图9可知，未经JF-379钝化液处理的钢板试样的外层钢板及钢板夹层均出现大面积红色锈蚀；经不同质量分数JF-379钝化液处理的叠片钢板的外层试片的锈蚀程度明显好于未钝化板，经JF-379钝化液处理的叠片钢板的夹层未见大面积锈蚀，仅出现极少量点锈。经10%JF-379钝化液处理的钢板的防锈效果最好。现场环境放置试验结果表明，连退电池壳钢板经JF-379钝化液处理后，钢板表面的耐蚀能力明显提高，有效抑制钢卷夹层间的锈蚀反应。

3结论

1)电池壳钢表面含有Mn元素，易被环境中微量的氧化性气体氧化，在钢板表面形成颗粒状氧化物，使表面氧化铁膜不连续，与基材电位差较大，易发生电化学腐蚀。

2)水基钝化液JF-379可以用于电池壳钢的序间无油防锈处理，形成连续的化学吸附膜，抑制锈蚀反应，提高电池壳钢的耐蚀性。

3)水基钝化液JF-379最低使用质量分数为10%时电池壳钢板的耐蚀性能好。

参考文献

[1]罗石念,刘本仁,钟定忠.电池壳用极薄钢带及其生产方法：CN1401807[P].2003-03-12.

[2]何向辉，顾耀前.电池壳钢滚镀镍生产工艺控制[J].电镀与涂饰，2007,26(1):30-34.

[3]陆为民,杨羽为,邵蓉瓯.在线带钢表面防锈钝化液的研制[J].腐蚀与防护,2001,22(7):313-315.

[4]王文忠.金属缓蚀剂及其应用[J].电镀与环保,2007,27(6):43-44.

[5]安成强，郝建军，谭勇.钢铁件工序间除锈防锈液的研制[J].表面技术，2002,(2):40-41.

[6]郝建军，安成强.冷轧钢板和热轧钢板防锈液的研制[J].腐蚀与防护,2002,23(8):359-364.

[7]罗永秀，吴正前，王翠莲，等.Z-56镀锌钢板水基气相防锈液的研究[J].材料保护，2001,34(3):18-20.

[8]李志林，韩立兴，陈哲民.水基防锈剂的研究进展[J].表面技术,2006,35(5):51-53.

[9]罗永秀，吴正前，王翠莲，等.Z-55黑色金属水基气相防锈液的研究[J].腐蚀与防护,2001,22(6):246-247.

[10]李志林，韩立兴，陈哲民.环保型水基防锈剂的研制[J].河北化工,2006,29(7):13-15.

[11]陈哲民，路品，苏艳丽，等.钢铁水基防锈剂的研制及其性能[J].材料保护，2011,44(6):58-59.

[12]钟雪丽,杨志霞,郭培宽.一种无毒水基防锈剂的研制及其性能[J].表面技术,2014,43(3):115-119.

[13]张迎平，刘兰轩，杨乘凤，等.一种环保型水基防锈剂的性能研究[J].材料保护,2012,45(10):56-58.

[14]周燕强，易英，黄畴，等.钢铁环保型水基防锈剂的研制[J].武汉理工大学学报,2013,35(10):50-53.

[15]李月，衣守志，吴家全.环保型水基防锈剂的研制[J].材料保护,2011,44(5):31-33.

第19届世界表面精饰大会(Interfinish2016)简讯

1确定6位大会特邀报告人

截至2015年10月22日，第19届世界表面精饰大会(Interfinish2016)已确认6位大会特邀报告人，分别来自瑞典、美国、意大利、韩国和中国，他们将带来各自研究工作领域的报告，包括：

1)大气腐蚀，瑞典皇家工学院Christofer Leygraf 教授，瑞典皇家工程科学院院士；

2)纳米涂层技术应用，美国哈佛大学Federico Capasso 教授；

3)电化学沉积在太阳能电池中的应用，意大利米兰理工大学Luca Magagnin教授，国际表面精饰联盟秘书长；

4)等离子体技术在生物材料中的应用，香港城市大学Paul K. Chu教授；

5)ISO/TC107金属与无机覆盖层标准的新进展，韩国鲜文大学Soo Wohn Lee教授，国际标准化组织(ISO)金属及其它无机覆盖层技术委员会(简称ISO/TC 107)秘书长；

6)表面工程技术在工业领域应用进展，中国表面工程协会马捷秘书长，国际表面精饰联盟主席。

2德国电镀协会将组织Interfinish 2016 德国表面技术分会场报告

应第19届世界表面精饰大会组委会邀请，德国电镀协会(DGO)近日确认，将由会长Venz带队组团参会，并将由DGO组织德国表面技术专题分会场报告。 DGO与中国表面工程协会同为国际表面精饰联盟成员，也是前任联盟主席单位，曾成功承办在德国召开的第15届世界表面精饰大会(Interfinish 2000)，亦为第19届世界表面精饰大会协办单位。

3中国汽车工程技术学会将组织Interfinish 2016汽车表面处理分会场报告

2015年10月12日，第19届世界表面精饰大会主席马捷携副主席林安教授、学术委员会副主任孟惠民教授及大会秘书处孙长兰到访中国汽车工程学会(简称中汽学会)，与张进华秘书长、轻量化研究部杨洁部长、会展部官璟等就中汽学会协办第19届世界表面精饰大会一事座谈。经充分沟通，中汽学会接受邀请，将作为大会协办单位提供组织和宣传等方面的支持，协助组织大会汽车表面处理分论坛报告和大会论文，张进华秘书长、杨洁部长和官璟女士还就会场组织、报告邀请、大会宣传等细节提出了一系列建议。 此前，自2013年起，中国表面工程协会作为支持单位参与中汽学会主办的中国汽车防腐蚀与老化论坛。

4预设10个专题分会场

在分会场设计方面，第19届世界表面精饰大会围绕"面向未来的表面科学与工程"的大会主题，按照以应用领域为主的思路，预设了10个专题分会场，包括： 汽车表面处理、电子表面处理、生物材料及表面改性、新能源材料、海洋装备表面处理、轻金属表面处理、摩擦与润滑/再制造工程、真空表面处理、腐蚀机理与防护技术、环境保护与政策法规。

随着论文征集工作的推进，将根据接到的稿件情况和收到的建议进行调整。

5同期安排人才、专利对接等活动

围绕"面向未来的表面科学与工程"的大会主题和产、学、研对接结合的思路，第19届世界表面精饰大会除按惯例召开主会场报告会和分会场专题报告会外，还设计了一系列同期活动，其中包括：

1)中国表面工程论坛：内容包括最新政策法规标准梳理宣贯、经济形势分析、热点技术交流等，主要面向国内参会者，论坛工作语言为中文。

2)人才对接会：在会议场地为国内优秀的高校应届毕业生、研究机构高端人才提供个人展示平台，为企业提供招聘平台。并在会中和会后在中国表面处理网平台作同期和后期人才对接。

3)专利成果交流会：搜集各国专家学者、科研单位的专利成果，汇总在会议场地和网站发布，供有需求的企业或个人联系进一步合作事宜，促进专利和科研成果向工业应用转化。

4)企业供需洽谈会：汇聚产业链上下游产、学、研单位，现场和网站发布产品、技术供求信息，会中、会后快速匹配供需要求。

5)评优颁奖：一方面评选本届大会的优秀论文、报告、大会组织奖，另一方面评选面向企业的表面工程行业优秀企业奖等项目。

收稿日期：2015-05-26修回日期： 2015-06-30

中图分类号：TG174.4

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1001-3849.2016.01.008