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表麵處理鋼板的開發狀況和發展方向

時間:2015-2-26 16:18:25

   表麵處理鋼板大部分是鍍Zn鋼板。2008年,日本鍍Zn鋼板產量是1500萬t,其中77%是熱鍍Zn鋼板。鍍Zn鋼板用於汽車、建築、電器和其他方麵,其中有一半用於汽車。

 從80年代起55%Al-Zn熱鍍鋼板在日本得到廣泛應用。在海鹽影響很大的海岸地帶,鍍Al鋼板發生孔蝕,耐蝕性下降。長期暴露腐蝕的結果表明,鍍Zn鋼板由於Zn的消耗而產生紅繡,而5%Al和55%Al-Zn鍍層鋼板保持了耐蝕性和替代腐蝕保護功能。55%Al-Zn鍍層的金屬組織是在一次結晶的富Al相晶粒之間存在著含b-Zn的富Zn相。Townsend指出,在暴露腐蝕初期,富Zn相首先溶解表現出替代腐蝕保護作用;在暴露腐蝕後期,富Al相起到耐蝕作用。這種防腐蝕機製也體現在鍍Zn鋼板和55%Al-Zn鍍層鋼板的端麵腐蝕中。研究資料指出,在長期暴露實驗中,在暴露初期55%Al-Zn鍍層鋼板由試樣端麵開始發生的鍍層膨脹(線狀腐蝕)的腐蝕速度較大,在暴露後期,鍍Zn鋼板的鍍層膨脹腐蝕速度較大。在暴露初期55%Al-Zn鍍層鋼板的富Zn相在塗層和鍍層的界麵上溶解,所以,腐蝕從試樣端麵迅速向內部進行,當腐蝕進行到一定距離時,與陰極距離增大,腐蝕速度就減小了。鍍Zn鋼板在腐蝕發生後由於沒有富Al相,所以陰極麵積增加,腐蝕一直進行下去。
 為提高5%Al-Zn鍍層鋼板的耐蝕性,開發出添加3%Mg的6%~11%Al-3%Mg-Zn合金鍍層係列鋼板。在6%Al-Zn中添加Mg延長了紅鏽產生的時間,Mg提高耐蝕性的效果在大氣暴露試樣中也得到證實。在濱海地區該鍍層係列鋼板暴露實驗生成的腐蝕產物中,都沒有發現 ZnO。暴露腐蝕生成並積累的腐蝕產物大大抑製了陰極反應。而鍍Zn鋼板腐蝕產物中的ZnO具有半導體的性質,不能抑製氧化還原的陰極反應。在3%Mg鍍層鋼板腐蝕產物中沒有檢測出ZnO,這與上述實驗結果一致。  
 從上世紀80年代開始,在鉻酸鹽皮膜上塗敷約1靘有機膜的耐指紋鋼板和潤滑鋼板、塗敷約20靘有機膜的鋼板,省去塗敷工序的預塗層鋼板實現了商品化,並得到廣泛應用。之後,在電氣電子設備中禁止使用P、Cr6+和Cd6+的RoHS(對某些有害物質限製使用的規定)法令於2006年開始生效,推進了無Cr化處理工藝的進程。預塗層鋼板的性能特點是耐蝕性、高加工性、抗表麵瑕疵性、抗汙染性、抗菌性、吸熱性、散熱性等等,這些特性主要是由塗敷皮膜的特性來決定。
  (2) 無Cr化處理工藝
    近年來,保護地球環境、防止汙染、構築循環型社會的理念越來越強化,對材料提出降低環境負荷的要求也越來越高。在歐洲,針對電氣電子設備的RoHS法令以歐盟法律的形式將P、Hg、Cr6+和Cd6+以及兩種有機物的最大允許值規定為1000ppm,凡是超過該值的產品禁止在歐盟區域銷售。關於汽車報廢的ELV法令,則禁止使用P、Hg、Cr6+和Cd6+。
    日本根據鉻酸鹽處理工藝會產生有害的Cr6+情況,從上世紀70年代起開始探索替代鉻酸鹽處理的技術,由於沒有找到有效的方法,鉻酸鹽處理工藝仍在繼續使用。但是,在上述法令公布之後加快了對應措施的研究,在法令生效之日,日本的無 Cr化處理技術已經完全開發成功。 
    無Cr化處理工藝應仍能保持鉻酸鹽處理皮膜所具有的阻隔功能和自修複功能。無Cr化處理的機理是用不到幾微米的有機樹脂膜來保證阻隔功能,用阻化劑來保證耐蝕性,添加矽烷類耦合劑改善有機樹脂膜與金屬氧化層和塗層的密著性。高功能無Cr有機複合塗層鋼板的耐蝕性基本上可與鉻酸鹽處理鋼板相媲美。
    目前,日本硫鐵廠的化成處理基本上實現了無Cr化。今後應進一步開發出自修複性和耐蝕性更好的皮膜。荒木提出的用矽烷類化合物對烷烴硫醇自己組織化單分子膜進行化學改性,形成二元聚合體的方法,可以用幾納米厚的薄膜獲得高耐蝕性,是值得關注的方法。