不同环境下车用镀锌板表面黑斑缺陷分析

吴小花，王 兴

（1.苏州托普信息职业技术学院现代技术学院，江苏 苏州 215311；2.安徽三联学院机械工程学院，安徽 合肥 230601）

镀锌板由于良好的耐腐蚀性在各个领域中得到广泛应用，同时由于镀锌板材料成本相对较低，但是表面锌层对钢基材电化学有着防护作用，表面质量逐渐接近电镀锌产品，因此镀锌板产品主要用于汽车制造行业，在市场中占有率也在不断增加[1]。

目前大部分镀锌板表面在主要对其进行铬酸盐钝化处理，铬酸盐膜层能够将锌层与外界环境隔离，并且对材料的腐蚀具有抑制作用，防止材料在运输、存储或使用过程中出现生锈现象。

但镀锌板表面虽然经过防腐处理，但是依然经常出现表面钝化膜黑斑缺陷，影响到材料的后续加工。为对汽车质量与使用生命进行保障，针对不同环境下车用镀锌板表面黑斑缺陷进行分析。

1 不同环境下车用镀锌板表面黑斑缺陷分析

1.1 实验对象与方法

为对不同环境下车用镀锌板表面黑斑缺陷进行分析，对常规规格生产出来的出现缺陷的镀锌板为研究对象，对其进行试样截取[2]。将同一镀锌板分为相同三组，分别放置在干燥、潮湿以及高温三种不同环境下，对三组实验数据设定相应的条件，为保证实验的公平性，各组参数始终保持一致。通过S-3400N型显微镜对不同位置的镀锌板进行观察并分析其成分。采用SEM观察其缺陷的宏观形貌，并对其化学缺陷进行分析[3]。利用稀盐酸加缓蚀剂对镀锌层表面进行处理后，对镀锌板表面进行观察，结合实际环境分析镀锌板缺陷原因。

1.2 车用镀锌板表面黑斑形貌特征

在不同环境下车用镀锌板全部会出现黑色点状物质，从外观来看，这部分点状缺陷主要沿轧制方向延伸并出现一定变形。镀锌板表面黑斑会在镀锌卷开卷放置一段时间后出现[4]。

通过对已经出现黑斑的镀锌板表面进行显微观察可以发现，镀锌板表面黑斑部分会呈现不连续且不规则的黑色团，并且面积较大。镀锌板黑斑处锌花结晶核被覆盖，呈粉化状。

镀锌板长时间处于裸置状态下，黑斑会逐渐扩大且变黑程度逐渐增加，这种情况被称为镀锌板黑变现象。镀锌板黑斑部位不会呈现凹凸状，更加接近氧化状态。一般情况下，镀锌板表面在经过处理后主要防腐蚀物质Cr3+以及Cr6+所组成的ΣCr+。

Cr3+在镀锌板表面的保护膜中起着主要作用，其含量也决定着保护膜的强度与着力度。而Cr6+则在保护膜中起到修复作用，其含量决定了保护膜的耐蚀性[5]。当镀锌板保护膜中Cr+成分整体Cr3+含量超过30%，则膜较为光亮且耐蚀性好，但当Cr+成分整体Cr3+含量低于30%时，膜耐蚀性变差的同时颜色变淡。保护膜整体颜色会随着Cr3+含量的增加逐渐变深。

1.3 不同环境下黑斑SEM分析

根据对三组试样的正常部分与黑斑部分进行SEM扫描结果可以看出，三试样黑斑处晶间边缘已经相融合，在特征上出现絮状物，因此证明三组黑斑已经被腐蚀。而黑斑缺陷处，晶核及晶间处出现腐蚀，从而可以断定出镀锌板保护层脱落或未起到保护作用。

1.4 黑斑能谱成分分析

对三组实验黑斑与正常处化学成分进行能谱扫描后，其结果如表1所示：

表1 三组试样黑斑缺陷与正常部位化学成分对比

通过表1可以看出，黑斑部位缺少Cr元素与P元素，说明这一部位不存在保护膜。

且O元素质量为23.61%，相对于正常部位的6.50来说增加17.11%，而Zn相对于正常部位的89.21%来说，减少约20%，证明黑斑处存在氧化现象。可以看出，不同环境下黑斑缺陷形成物质相同。

1.5 不同环境黑斑缺陷分析

通过对不同环境下车用镀锌板表面黑斑缺陷进行分析，以同一相同镀锌板分为等量三份作为实验对象，将其分别放置在干燥、潮湿及高温环境下，在控制单一变量的前提下，以干燥环境下黑斑缺陷数据为基础，分别记录三组试样黑斑缺陷扩散速度并对其黑斑缺陷成分进行分析。为了验证镀锌板在各环境下黑斑缺陷的差异，三组试样同时对黑斑缺陷速度进行试验，对比其扩散速度，分别记录三组实验在不同环境下经过2、4、6、8、10、12、14小时后的黑斑扩散情况。为避免突发性事件对实验结果造成的干扰，实验组与对照组处理参数相同，具体结果如下：

分析上图可知，在对不同环境下镀锌板黑斑缺陷扩散速度对比中，随着三组试样放置时间的增加，在潮湿环境下的缺陷面积扩散速度最快，在78小时后黑斑扩散面积约为97%。

而在干燥与高温环境下镀锌板扩散面积几乎相同，且扩散速度远远低于潮湿环境。所以，不同环境下镀锌板，在潮湿环境下更加容易出现黑斑缺陷。

通过对不同环境下三组试样的缺陷处与正常处进行观察后可以看到明显差异。正常处外貌主要为黑色凹陷区域与白色平坦区域相结合，黑色凹陷区域为镀锌板在加工过程中留下的痕迹，而白色区域为镀锌层表面平整后留下的平坦部位。

黑斑缺陷处镀锌层部位呈黑色麻点状且会出现轻微凹凸感。通过对三组黑斑缺陷成分进行分析，其结果如表3所示：

表3 不同环境下镀锌板黑斑缺陷成分分析结果

其中，镀锌板在潮湿与高温环境下的含氧量高达26.23%，明显高于正常干燥环境下氧气含量，说明在高温与潮湿环境下黑斑缺陷处氧化较为严重。

通过对高温环境下的试样表面利用稀盐酸加缓蚀剂处理后，可以看到镀锌板基板上也出现轻微黑色斑点。通过研究可以发现，镀锌板表面如果出现局部漏镀也会导致黑色缺陷出现。

2 结语

镀锌板其表面主要覆盖镀锌保护膜对其基板有着良好的保护作用，并且性能更加接近电镀锌材料，由于材料成本较低更低因此作为如今汽车制造行业最为广泛应用的材料。如今大部分车用镀锌板表面主要进行铬酸盐处理，但这种处理工艺使镀锌板更容易出现表面黑斑缺陷，影响到后续材料加工的使用。

为保证后续汽车整体质量，针对不同环境下车用镀锌板表面黑斑缺陷进行分析。

在分析过程中，针对同一镀锌板在不同环境中黑斑缺陷进行研究，通过对三组试样镀锌板黑斑形貌也正进行分析，分析其镀锌板表面钝化机理，并对其不同环境下黑斑进行SEM分析，从而确定镀锌板表面黑斑形成原因，并对其黑斑能谱成分进行分析后发现，不同环境下的镀锌板黑斑形成物质相同。对不同环境下黑斑缺陷扩散速度与成分进行分析，帮助镀锌板在今后实际应用中，更好预防黑斑缺陷的出现。