預鍍鎳對重力法電鍍鋅層結晶形貌的影響

蔡 捷 李先杰 畢玉梅 馮冠文 黃道兵

(武漢鋼鐵有限公司 湖北 武漢：430080)

預鍍鎳對重力法電鍍鋅層結晶形貌的影響

蔡 捷 李先杰 畢玉梅 馮冠文 黃道兵

(武漢鋼鐵有限公司 湖北 武漢：430080)

對預鍍鎳的工藝及預鍍鎳對重力法電鍍鋅層結晶形貌及織構的影響進行了探討，并分析了預鍍鎳改善電鍍鋅表面質量的機理。結果表明，預鍍鎳處理可以削弱后續(xù)電鍍鋅過程中鍍層取向對基板取向的位相承繼關系并進一步細化鍍層晶粒，從而提高電鍍鋅板的表面質量。

預鍍鎳；電鍍鋅；表面質量；形貌

電鍍鋅鋼板廣泛應用于輕工、家電、汽車等行業(yè)。由于電鍍鋅鋼板具備優(yōu)良的耐腐蝕性和表面質量，高檔轎車外板如奔馳、大眾等一直在廣泛使用電鍍鋅鋼板。同時，隨著工業(yè)化進程的快速發(fā)展，汽車、家電以外的影視、OA(Office Appliances即辦公自動化，主要產(chǎn)品包括復印機、打印機、傳真機、掃描儀等)、3C(信息家電，主要產(chǎn)品包括電腦機箱、通訊機柜及消費類電子產(chǎn)品)等領域也大量使用電鍍鋅鋼板[1]。近十幾年來，世界上新建電鍍鋅產(chǎn)能大多采用奧地利Andritz重力法電鍍鋅[2]。目前世界上采用Andritz重力法電鍍鋅的機組產(chǎn)能近400萬噸/年，該工藝是垂直式電鍍工藝的一種，電鍍時鍍槽不充滿鍍液，鍍液僅存在于陽極與帶鋼之間，并依靠自身重力來加速，具備電流效率高、無需邊緣保護罩、表面質量優(yōu)等優(yōu)點[3]。武鋼電鍍鋅機組即采用重力法電鍍鋅工藝，但由于電鍍鋅前工序來料表面質量問題，即使經(jīng)過電鍍前的脫脂和酸洗之后，表面鍍層質量問題仍時有發(fā)生，尤其是表面色差缺陷。因此，為提高電鍍鋅板表面質量，在電鍍鋅工藝之前增加預鍍鎳工藝，采用臥式電鍍槽，可溶性陽極，在鍍鋅之前先預鍍一層極薄的鎳，再鍍鋅后能夠明顯改善表面質量。本文對預鍍鎳的工藝及預鍍鎳對重力法電鍍鋅層結晶形貌及織構的影響進行了探討并分析了預鍍鎳改善電鍍鋅表面質量的機理。

1 工藝試驗

1.1 試驗流程

基材采用Ti-IF鋼，帶鋼規(guī)格0.6mm×1264mm，經(jīng)化學脫脂、電解脫脂、漂洗、硫酸酸洗活化、漂洗后進入臥式預鍍鎳槽實施電鍍納米鎳，再經(jīng)漂洗后進行重力法電鍍鋅，鍍鋅層重量為30g/m2，帶鋼運行速度70m/min，鋼卷的前半卷投入預鍍鎳處理，后半卷則不投入預鍍鎳工藝。

1.2 預鍍鎳工藝原理及操作條件

預鍍鎳工藝采用預鍍納米鎳新工藝，集電鍍、化學鍍和納米鍍技術于一身。在電鍍過程中，通電提供能量使部分添加劑分解，其分解產(chǎn)物恰好是化學鍍鎳的還原劑，從而使鍍液具有化學鍍鎳的功能，另一部分分解產(chǎn)物是納米鍍鎳的添加劑，因而鍍液還具備納米鍍鎳的功能，從而形成一種以電鍍?yōu)橹?，化學鍍?yōu)檩o，并伴有納米鍍的新工藝[4]。武鋼電鍍鋅機組預鍍鎳工藝配方及操作條件見下表1。

表1 預鍍鎳工藝配方及操作條件

1.3 預鍍鎳處理樣片分析

通過預鍍鎳工藝試驗，對投入預鍍鎳工藝和未投入預鍍鎳工藝的樣品取樣進行下述微觀分析。

(1)表面鍍層化學成分：采用Profiler HR 輝光光譜儀分析鍍層沿截面方向的化學成分分布，同時進行鍍層化學成分的定量分析。

(2)鍍層表面形貌：采用FEI-Quanta400掃描電鏡觀察預鍍鎳處理及未預鍍鎳處理的電鍍鋅鍍層的表面微觀形貌變化及EBSD織構分析。

(3)預鍍鎳層分布：用含有緩蝕劑的酸褪去鋅鍍層后對基板進行SEM分析預鍍鎳的分布。

2 結果與討論

2.1 預鍍鎳對電鍍鋅板表面質量的改善

未鍍鎳和鍍鎳后鍍鋅板表面宏觀對比見圖1。

圖1 電鍍鋅板鍍鎳前后表面對比

從圖1(a)和(b)的對比中可以看出，未投入預鍍鎳的電鍍鋅樣片表面存在條紋色差，而投入預鍍鎳后的電鍍鋅樣片表面色澤均勻，細膩，表面質量得到明顯的改善。

2.2 輝光光譜分析結果

對投入預鍍鎳和未投入的樣品進行輝光光譜分析，分析Zn、Fe、Ni在鍍層厚度方向上的分布情況，詳見表2及圖2。

表2 預鍍鎳及未預鍍鎳樣片鍍層化學成分分析

圖2 電鍍鋅板預鍍鎳前后輝光光譜結果

從輝光光譜分析結果可以看出，鎳鍍層主要存在于鍍鋅層與鋼基之間的界面，即預鍍鎳投入后在鋼基與鍍鋅層之間的界面存在微量的金屬鎳的電沉積，其含量約為0.032g/m2，重量僅為鍍層重量的0.54%。

2.3 SEM分析結果

圖3 電鍍鋅板預鍍鎳前后形貌

從圖3(a)和圖3(b)SEM形貌對比分析結果可知，預鍍鎳未投入前，鍍層存在有明顯取向區(qū)域；預鍍鎳投入后，由于鎳的無定形電沉積，同時沉積的鎳成為后續(xù)電鍍鋅的形核基點，使得基板的取向對鍍層的取向影響大大減弱，鍍層基本不存在具有明顯取向的區(qū)域，從而在一定程度上消除了基板晶粒取向造成的表面色差，改善了電鍍鋅板的表面質量。從晶粒尺寸的對比上可以看出，預鍍鎳后電鍍鋅板表面晶粒有一定程度的細化，這得益于預鍍鎳后電沉積的形核點顯著增多。

對未預鍍鎳的樣片的色差區(qū)域用含有緩蝕劑的酸褪去鍍層后拋光進行EBSD分析，結果見圖4和圖5。由圖4及圖5可見，在色差缺陷區(qū)域的基板的織構以[001]擇優(yōu)取向為主，而在正常區(qū)域的基板的織構則以[111]擇優(yōu)取向為主。由于電鍍鋅的晶粒取向主要受基板晶粒取向影響，兩者之間存在顯著的位相承繼關系，相對粗大的[001]織構引起鍍鋅層的局部取向與正常部位不一致，從而導致鍍層色差缺陷。

圖4 色差區(qū)域基板EBSD取向分析

圖5 正常板面區(qū)域基板EBSD取向分析

預鍍鎳處理后的電鍍鋅鋼板褪去鍍層后進行SEM能譜分析，結果見圖6。由圖可以看出，預鍍鎳鍍層顆粒主要沉積在鐵素體晶界上，這些顆粒成為后續(xù)電鍍鋅的形核基點，可以顯著削弱電鍍鋅層對基板織構的取向外延承繼關系。

3 結論

預鍍鎳處理可以削弱后續(xù)電鍍鋅過程中鍍層取向對基板取向的位相承繼關系，這是由于預鍍鎳優(yōu)先沉積于鐵素體晶界上，后續(xù)電鍍鋅過程中以此為形核點生長，取代了電鍍鋅鐵素體晶界處的外延形核生長。因此，對于基板表面的異常織構導致的色差缺陷具有良好的改善效果，同時由于預鍍鎳顯著增加了形核基點，鍍層晶粒得以進一步細化，因而表面質量得到進一步提高，鍍層色澤更均勻、細膩。

圖6 預鍍鎳樣片褪去鍍層后的SEM能譜分析結果

[1] 郄芳，代云紅. 國內(nèi)外電鍍鋅板供需現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析[J].冶金信息導刊，2012，(4):15-19.

[2] 顧迅雷，單玉橋，劉常升等. 高速電鍍鋅的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].材料保護，2009,42(1):44-47.

[3] Peter Eisenkoeck, Tomaz Lavric. The GRAVITEL process for electro-galvanising of steel strip[J]. Millenium Steel, 2009,(2):141-144.

[4] 儲榮邦，戴昭文，楊立保.納米鎳預鍍新工藝[J].表面工程咨詢，2013，(1)：14-15.

EffectofNiPre-coatingonMorphologyandTextureofZincElectroplatedCoating

Cai Jie Li Xianjie Bi Yumei Feng Guanwen Huang Daobing

(Wuhan Iron & Steel Co. Ltd, Wuhan 430080, Hubei)

The effect of Ni pre-coating technology and the influence on the morphology and texture of “GRAVITEL” zinc electroplated coating was discussed in this paper. The mechanism of Ni pre-coating improving surface quality of electrogalvanized sheet was also analyzed. The results show that Ni pre-coating can weaken the phase inheritance of the zinc coating to the substrate orientation and refine the plated zinc grains. Thus a better surface quality of electro-galvanized sheet can be obtained.

Ni pre-coating; electro-galvanizing; surface quality; texture

李文英)

2017-11-01

2017-11-10

蔡 捷(1979～)，男，博士，教授級高級工程師.E-mail：ariestimecj@hotmail.com

TQ153.1+2

A

1671-3524(2017)04-0006-03