鋅鋁鎂鋼板表面黑點缺陷原因分析與控制
張鵬1,2,梅淑文3,張啟富1,孫力2,于程福3,曹宏瑋2
(1. 鋼鐵研究總院先進金屬材料涂鍍國家工程實驗室， 北京 100081；2. 河鋼集團鋼研總院用戶技術研究所， 河北 石家莊 050023；3. 河鋼集團唐鋼公司技術中心， 河北 唐山 063000)
摘要：針對厚鍍層鋅鋁鎂產(chǎn)品出現(xiàn)的黑點缺陷，使用光學顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、掃描電鏡、能譜、微區(qū)XRD對缺陷進行分析。結果表明，黑點位置富含共晶相，這是由于局部缺少凸出的先析出富鋅相、共晶組織對光反射的特點以及鎂化合物在空氣中的氧化，導致其目視為黑色。使用中性鹽霧試驗對黑點樣品及正常樣品進行測試，并對其耐蝕機理進行了分析。結合現(xiàn)場工藝，通過優(yōu)化冷卻制度，增加鍍層在凝固時的過冷度，抑制共晶相的局部富集，使該問題得到解決。
關鍵詞：熱鍍；鋅鋁鎂；黑點缺陷；鹽霧試驗；冷卻
1 引言
隨著中國各行業(yè)向著綠色化、低碳化轉變，對清潔能源需求越來越大，因此光伏發(fā)電作為一種綠色能源供給方式，得到了迅猛發(fā)展。相關數(shù)據(jù)顯示，2020年中國新增光伏裝機容量為48.2 GW，累計裝機容量為254.4 GW，均位列全球第一。在光伏發(fā)電產(chǎn)品安裝過程中，為了保證產(chǎn)品的耐蝕性，光伏支架等構件需要進行防腐處理，常規(guī)方法是批量鍍鋅法，鍍層厚度為800~1 400 g/m2，但是批量鍍鋅工序存在污染大、單位能耗高等問題，隨著各地對環(huán)保的重視，該方法處于逐漸縮量的趨勢。由于具有良好的耐蝕性與切邊保護性，鋅鋁鎂產(chǎn)品越來越多地應用在光伏支架等產(chǎn)品中，光伏行業(yè)內普遍使用的鋅鋁鎂產(chǎn)品基板厚度為1.5~2.0 mm，鍍層厚度為275~350 g/m2。然而，在某廠的生產(chǎn)實踐中，發(fā)現(xiàn)厚基板厚鍍層鋅鋁鎂產(chǎn)品存在局部黑點問題，影響觀感，同時也造成了客戶對其是否影響耐蝕性的懷疑。
國內關于熱浸鍍產(chǎn)品的各類黑點問題開展過較多研究，其中田亞強等通過SEM及EDS等手段，對冷軋鍍鋅板的表面黑點缺陷進行了研究，發(fā)現(xiàn)鍍鋅黑點的產(chǎn)生原因為冷軋時氧化鐵顆粒的壓入導致基板表面產(chǎn)生了小凹坑，在熱鍍鋅時，凹坑處鋅鐵反應劇烈導致鍍層較厚，在平整時，厚鍍層處與光整輥劇烈摩擦，形成氧化膜，在光線下呈黑色。閆秉昊等通過SEM及EDS等方法對熱鍍鋁鋅硅鍍層的表面黑點缺陷進行了研究，其將黑點產(chǎn)生的原因分為了3類：由于鍍層局部增厚，在運輸過程中鋼卷內板面相互摩擦，導致鍍層表面損傷的黑點；由于爐鼻鋅灰黏附在鋼板上產(chǎn)生漏鍍的黑點；由于輥面異物黏附在鍍層表面的黑點。杜江等使用SEM及EDS等方法，對中鋁系及低鋁系鋅鋁鎂表面黑點缺陷進行了研究，認為對于中鋁系鋅鋁鎂黑點，其產(chǎn)生原因為局部出現(xiàn)了大晶粒、大面積的共晶組織，該組織發(fā)生氧化后對光線的散射導致其目視為黑色；對于低鋁系鋅鋁鎂產(chǎn)品，黑點也是由于結晶組織異常導致，局部共晶組織面積較大，與中鋁系鋅鋁鎂黑點有所區(qū)別的是，低鋁系黑點中間存在雜質點作為結晶核。
綜上可知，國內研究黑點的主要測試手段為SEM及EDS，手段較為單一，尤其是對鋅鋁鎂產(chǎn)品黑點是否對耐蝕性有影響缺乏數(shù)據(jù)支撐。為了進一步分析該缺陷產(chǎn)生原因以及對耐蝕性是否有影響，進而控制該缺陷，本文進行了綜合測試并結合現(xiàn)場工藝優(yōu)化，解決了該問題。
2 精選圖表
3 結論
(1)鋅鋁鎂黑點產(chǎn)生是由于局部存在Mg2Zn11、MgZn2、Zn及Al的共晶富集區(qū)。目視發(fā)黑的主要原因為局部缺少凸出的、可發(fā)出金屬光澤的富鋅相；共晶相為片層狀結構，導致對光的反射存在區(qū)別；共晶相富鎂，容易被空氣中的氧氣所氧化，形成黑色的氧化物。
(2)通過氣刀工藝調整、風機結構調整及強化凝固前的鍍后冷卻，增加鋅鋁鎂鍍層表面凝固時的過冷度，可以解決黑點問題。
(3)鋅鋁鎂黑點由于富含共晶相，可有效提高鎂離子濃度，延長pH升高所需反應時間，同時增加耐蝕產(chǎn)物的生成，不影響產(chǎn)品的耐蝕性。
