董蓓 *，王剛，周鄭

（1.寶鋼股份中央研究院(武鋼有限技術(shù)中心)，湖北 武漢 430081； 2.神龍汽車有限公司，湖北 武漢 430081）

汽車在生產(chǎn)過程中會經(jīng)過沖壓、焊接、涂裝、裝配四大工藝，其中涂裝相比其他三大工藝更為特殊，不僅因?yàn)樗墓に囘^程復(fù)雜，而且涂裝對材料的要求更嚴(yán)格。隨著汽車消費(fèi)水平的升級，消費(fèi)者對汽車外觀品質(zhì)的要求不斷提高，汽車公司也在通過提高涂層性能(如加強(qiáng)涂層的防護(hù)功能與裝飾功能)來提高汽車產(chǎn)品的附加值。防護(hù)功能方面需要進(jìn)一步提高涂層的防腐蝕性、耐候性等，裝飾功能則需要提高漆膜的光澤、鮮映性等[1]。影響汽車車身涂裝品質(zhì)的主要工序是脫脂、表調(diào)、磷化和電泳，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，都必然影響后續(xù)的油漆噴涂。而電泳是整個(gè)涂裝的中心環(huán)節(jié)，前面所有工序(即前處理)的好壞亦將在此得到“反饋”[2]。

某品牌汽車在生產(chǎn)一款轎車時(shí)使用某鋼廠的鍍鋅板。該鋼板經(jīng)沖壓成型制成汽車頂蓋，通過電泳涂裝工藝后，整個(gè)板面產(chǎn)生麻點(diǎn)，且有手感，造成材料不能使用。用戶懷疑該缺陷是由鍍鋅板自身質(zhì)量問題引起，因此要求鋼廠分析缺陷產(chǎn)生的原因。

經(jīng)過在用戶的生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，取得存在缺陷的零件樣板(見圖1)。本文較系統(tǒng)地分析了該電泳缺陷的形貌特征和化學(xué)成分，找出了麻點(diǎn)產(chǎn)生的原因，并提出解決措施。

1 實(shí)驗(yàn)

將從零件上取下的樣板切成10 mm × 20 mm 的小樣，共2 塊，其中一塊用于脫電泳漆后觀察磷化膜層，另一塊用于脫電泳漆及磷化膜后觀察原板。

圖1 電泳麻點(diǎn)的宏觀形貌 Figure 1 Morphology of pits on electrophoretic coating

采用日本精工Mitutoyo SJ-210 粗糙度儀測量原板和電泳板的表面粗糙度。采用Quanta 400 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察磷化膜的微觀形貌和晶粒尺寸。采用MOTIP 090410 脫漆劑脫除電泳漆，脫磷化膜液按GB/T 9792-2003《金屬材料上的轉(zhuǎn)化膜 單位面積膜質(zhì)量的測定 重量法》進(jìn)行配制。

2 結(jié)果與討論

2. 1 粗糙度分析

測量原板的粗糙度Ra 和RPc 以及電泳板的Ra，結(jié)果見圖2。原板的粗糙度達(dá)到某汽車外板涂裝要求的Ra = 0.7 ～ 1.5 μm[3]，但電泳后的粗糙度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出0.35 μm 的要求，表明電泳工藝異常。

圖2 原板和電泳板的表面粗糙度 Figure 2 Surface roughness of original and electrophoretic sheets

2. 2 電泳微觀形貌分析

由于電泳漆導(dǎo)電性差，因此采用掃描電鏡時(shí)很難進(jìn)行觀察，但放大到一定倍數(shù)可以看到所謂的麻點(diǎn)缺陷實(shí)際上有2 種表現(xiàn)形式：一種是較大的孔洞，如圖3 中的a 區(qū)域；另一種是凸起處的微小孔洞，如圖3 中的b 區(qū)域。電泳較大的孔洞是由于電泳槽液工藝不良，產(chǎn)生了氣泡，造成明顯的縮孔[4]。而凸起處的微小孔洞應(yīng)是電泳底層的缺陷，故有必要對凸起處有微小孔洞的缺陷進(jìn)行詳細(xì)分析。

圖3 電泳麻點(diǎn)的微觀形貌 Figure 3 Micromorphologies of pits on electrophoretic paint

2. 3 脫除電泳漆后的微觀形貌和成分分析

將麻點(diǎn)部位的電泳漆脫除后樣品的宏觀形貌如圖4 所示。從中可以看到，脫去電泳漆后白色麻點(diǎn)依然存在，并且與電泳板的麻點(diǎn)對應(yīng)。首先對麻點(diǎn)缺陷c 的中心及其周圍無麻點(diǎn)區(qū)域d 進(jìn)行形貌分析，結(jié)果見圖5。

圖4 脫電泳漆后的麻點(diǎn)宏觀形貌 Figure 4 Macrostructure of hard spots after desorption electrophoretic paint

圖5 麻點(diǎn)和無麻點(diǎn)處磷化膜不同部位的微觀結(jié)構(gòu) Figure 5 Microstructures of phosphating film at different positions

缺陷c 中心處的磷化膜缺陷與電泳板缺陷區(qū)域?qū)?yīng)。磷化膜有凹陷、不均勻，甚至沒有形成針葉狀磷化膜結(jié)晶，同時(shí)周邊磷化膜粗大、分叉。無麻點(diǎn)區(qū)域d 處的磷化膜疏松、多孔，也有晶粒分叉，晶粒尺寸達(dá)到25 ～ 35 μm。而正常的磷化膜晶粒尺寸應(yīng)該小于10 μm，且汽車板正常區(qū)域磷化膜結(jié)構(gòu)致密，晶粒尺寸在1.7 ～ 4.0 μm 范圍內(nèi)[5]，所以麻點(diǎn)和無麻點(diǎn)區(qū)域的膜層都異常。這說明整個(gè)磷化處理工藝存在問題。

接著對麻點(diǎn)缺陷c 中心和周邊以及非麻點(diǎn)區(qū)域(見圖5b)進(jìn)行成分分析，結(jié)果見表1。

表1 脫漆后不同區(qū)域的成分分析結(jié)果 Table 1 Results of composition analysis of different areas after removal of paint （單位：%）

從汽車廠的磷化液組分得知，磷化處理為Zn-Ni-Mn 三元體系，非麻點(diǎn)區(qū)域生成的是正常磷化膜，而麻點(diǎn)區(qū)域不同程度地出現(xiàn)了C 和Fe 元素。懷疑磷化液中存在FePO4等磷化渣沉淀而覆蓋在鋼板上，或鋼板本身的油污未洗凈，阻礙了磷化膜結(jié)晶的正常生長，亦或存在漏鍍鋅的情況，導(dǎo)致磷化膜粗大、疏松、易溶解。缺陷處也沒有Zn2Ni(PO4)3磷化膜的生成，而鎳有助于提高膜層的耐蝕性，并使得結(jié)晶致密。以上因素最終導(dǎo)致磷化膜均勻性和致密性差，結(jié)晶粗大、疏松，甚至無磷化膜生成[6]。因此，將針對此異常區(qū)域進(jìn)行退磷化膜處理，觀察對應(yīng)的鋼板表面狀況。

2. 4 退磷化膜后鋼板的微觀形貌和成分分析

進(jìn)一步將基板表面磷化膜去除后，觀察缺陷中心形貌。由圖9 可以看出，鍍鋅板表面鋅層致密、均勻，是正常的鋅層結(jié)晶，但存在少量黑點(diǎn)，將黑點(diǎn)區(qū)域放大500 倍后發(fā)現(xiàn)鋅層被磨平并伴隨拖尾。對黑點(diǎn)及磨平區(qū)域進(jìn)行化學(xué)成分分析(見表2)可知鋅層磨平處存在極少量Fe 元素，同時(shí)結(jié)合黑點(diǎn)區(qū)域存在極少量O 和Cl 元素來判斷，該處鋅層被磨平是鋅鍋里的鋅渣飛濺在未完全冷卻的鋅層表面所形成的[7]，該黑點(diǎn)的分布及數(shù)量與磷化板和電泳板的麻點(diǎn)并沒有對應(yīng)性，由于數(shù)量較少，因此不會對后續(xù)涂裝造成影響。

圖6 脫磷化膜后鍍鋅板的表面形貌 Figure 6 Morphologies of hot-dip galvanized steel sheet after removal of phosphating film

表2 脫磷化膜后不同區(qū)域的成分分析結(jié)果 Table 2 Results of composition analysis of different areas after removal of phosphating film （單位：%）

綜上所述，鍍鋅板本身粗糙度達(dá)到正常要求，其表面鋅層致密、均勻，是正常的鋅層晶粒，并且不存在漏鍍現(xiàn)象。磷化板缺陷與電泳板缺陷有對應(yīng)關(guān)系，缺陷處的磷化膜不均勻、粗糙，晶粒粗大，膜層偏薄、疏松，所謂的正常區(qū)域晶粒出現(xiàn)分叉和不規(guī)則形狀，尺寸在25 μm 以上，而與正常磷化膜晶粒尺寸小于10 μm 的情況不符，所以整個(gè)磷化板的膜層都處于異常狀態(tài)。

據(jù)了解，該涂裝生產(chǎn)線最初白車身使用的材料有少部分是普通冷軋板[8]，后來為了提升車身品質(zhì)，所有零件更換為鍍鋅板，但并未調(diào)整槽液，槽液中存在的FePO4等磷化渣會導(dǎo)致膜層粗大、疏松，生產(chǎn)后呈現(xiàn)出麻點(diǎn)缺陷。通過調(diào)整涂裝前處理中的脫脂和脫脂后水洗，將脫脂液和清洗水的pH 分別降低至10.5 ～ 11.0 和7 左右，同時(shí)在清洗水中加入緩蝕劑，防止鍍鋅板在清洗過程中出現(xiàn)過腐蝕現(xiàn)象，并清除磷化槽液中的磷化渣。采取上述措施后，該汽車廠再使用這批次的鋼板生產(chǎn)，電泳后沒有任何麻點(diǎn)缺陷。

3 結(jié)論

磷化膜與陰極電泳漆膜配套性良好，是決定整體涂漆性能的關(guān)鍵。由于冷軋板和鍍鋅板的表面狀態(tài)存在差異，冷軋板需要進(jìn)行強(qiáng)堿清洗，以保證表面的清潔度，但鍍鋅板在強(qiáng)堿下易出現(xiàn)過腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致后續(xù)磷化不良。因此在進(jìn)行汽車涂裝過程中，冷軋板與鍍鋅板在涂裝工藝上有略微的不同，尤其是在脫脂和磷化工藝段，需要按照整車上的普板或鋅板的比例對工藝條件(如pH、添加劑等)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)。同時(shí)要定期清理磷化槽液中的磷化渣，保證磷化液潔凈。