鋅鋁鎂鋼板表面黑點(diǎn)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(jìn)金屬材料涂鍍國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081；2. 河鋼集團(tuán)鋼研總院用戶(hù)技術(shù)研究所， 河北 石家莊 050023；3. 河鋼集團(tuán)唐鋼公司技術(shù)中心， 河北 唐山 063000)
摘要：針對(duì)厚鍍層鋅鋁鎂產(chǎn)品出現(xiàn)的黑點(diǎn)缺陷，使用光學(xué)顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、掃描電鏡、能譜、微區(qū)XRD對(duì)缺陷進(jìn)行分析。結(jié)果表明，黑點(diǎn)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(duì)光反射的特點(diǎn)以及鎂化合物在空氣中的氧化，導(dǎo)致其目視為黑色。使用中性鹽霧試驗(yàn)對(duì)黑點(diǎn)樣品及正常樣品進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)其耐蝕機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝，通過(guò)優(yōu)化冷卻制度，增加鍍層在凝固時(shí)的過(guò)冷度，抑制共晶相的局部富集，使該問(wèn)題得到解決。
關(guān)鍵詞：熱鍍；鋅鋁鎂；黑點(diǎn)缺陷；鹽霧試驗(yàn)；冷卻
1 引言
隨著中國(guó)各行業(yè)向著綠色化、低碳化轉(zhuǎn)變，對(duì)清潔能源需求越來(lái)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(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020年中國(guó)新增光伏裝機(jī)容量為48.2 GW，累計(jì)裝機(jī)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(guò)程中，為了保證產(chǎn)品的耐蝕性，光伏支架等構(gòu)件需要進(jìn)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(wèn)題，隨著各地對(duì)環(huán)保的重視，該方法處于逐漸縮量的趨勢(shì)。由于具有良好的耐蝕性與切邊保護(hù)性，鋅鋁鎂產(chǎn)品越來(lái)越多地應(yīng)用在光伏支架等產(chǎn)品中，光伏行業(yè)內(nèi)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(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)厚基板厚鍍層鋅鋁鎂產(chǎn)品存在局部黑點(diǎn)問(wèn)題，影響觀感，同時(shí)也造成了客戶(hù)對(duì)其是否影響耐蝕性的懷疑。
國(guó)內(nèi)關(guān)于熱浸鍍產(chǎn)品的各類(lèi)黑點(diǎn)問(wèn)題開(kāi)展過(guò)較多研究，其中田亞強(qiáng)等通過(guò)SEM及EDS等手段，對(duì)冷軋鍍鋅板的表面黑點(diǎn)缺陷進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)鍍鋅黑點(diǎn)的產(chǎn)生原因?yàn)槔滠垥r(shí)氧化鐵顆粒的壓入導(dǎo)致基板表面產(chǎn)生了小凹坑，在熱鍍鋅時(shí)，凹坑處鋅鐵反應(yīng)劇烈導(dǎo)致鍍層較厚，在平整時(shí)，厚鍍層處與光整輥劇烈摩擦，形成氧化膜，在光線(xiàn)下呈黑色。閆秉昊等通過(guò)SEM及EDS等方法對(duì)熱鍍鋁鋅硅鍍層的表面黑點(diǎn)缺陷進(jìn)行了研究，其將黑點(diǎn)產(chǎn)生的原因分為了3類(lèi)：由于鍍層局部增厚，在運(yùn)輸過(guò)程中鋼卷內(nèi)板面相互摩擦，導(dǎo)致鍍層表面損傷的黑點(diǎn)；由于爐鼻鋅灰黏附在鋼板上產(chǎn)生漏鍍的黑點(diǎn)；由于輥面異物黏附在鍍層表面的黑點(diǎn)。杜江等使用SEM及EDS等方法，對(duì)中鋁系及低鋁系鋅鋁鎂表面黑點(diǎn)缺陷進(jìn)行了研究，認(rèn)為對(duì)于中鋁系鋅鋁鎂黑點(diǎn)，其產(chǎn)生原因?yàn)榫植砍霈F(xiàn)了大晶粒、大面積的共晶組織，該組織發(fā)生氧化后對(duì)光線(xiàn)的散射導(dǎo)致其目視為黑色；對(duì)于低鋁系鋅鋁鎂產(chǎn)品，黑點(diǎn)也是由于結(jié)晶組織異常導(dǎo)致，局部共晶組織面積較大，與中鋁系鋅鋁鎂黑點(diǎn)有所區(qū)別的是，低鋁系黑點(diǎn)中間存在雜質(zhì)點(diǎn)作為結(jié)晶核。
綜上可知，國(guó)內(nèi)研究黑點(diǎn)的主要測(cè)試手段為SEM及EDS，手段較為單一，尤其是對(duì)鋅鋁鎂產(chǎn)品黑點(diǎn)是否對(duì)耐蝕性有影響缺乏數(shù)據(jù)支撐。為了進(jìn)一步分析該缺陷產(chǎn)生原因以及對(duì)耐蝕性是否有影響，進(jìn)而控制該缺陷，本文進(jìn)行了綜合測(cè)試并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝優(yōu)化，解決了該問(wèn)題。
2 精選圖表
3 結(jié)論
(1)鋅鋁鎂黑點(diǎn)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?yàn)榫植咳鄙偻钩龅?、可發(fā)出金屬光澤的富鋅相；共晶相為片層狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致對(duì)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(guò)氣刀工藝調(diào)整、風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)調(diào)整及強(qiáng)化凝固前的鍍后冷卻，增加鋅鋁鎂鍍層表面凝固時(shí)的過(guò)冷度，可以解決黑點(diǎn)問(wèn)題。
(3)鋅鋁鎂黑點(diǎn)由于富含共晶相，可有效提高鎂離子濃度，延長(zhǎng)pH升高所需反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)增加耐蝕產(chǎn)物的生成，不影響產(chǎn)品的耐蝕性。
