热镀铝锌带钢化学后处理优化方案

近年来，普通的热镀锌产品已经满足不了使用需要，铝锌合金镀层因有更加优良的耐蚀性而逐渐在建筑、家电业中占据重要地位。镀铝锌板是一种在钢卷板材表面镀铝锌合金的钢板，其基板上的合金镀层由铝、锌、硅（铝、锌、硅质量分数分别为55%、43.5%、1.5%）在600℃高温下固化而成，结构是由铝2铁2硅2锌形成的致密四元结晶体。这种镀层综合了铝的高耐蚀性和锌对切边具有保护作用的优点，与传统的镀锌基板相比，具有优良的耐蚀性、高耐热性等特点，其耐蚀性为同等条件的镀锌钢板基板的4～6倍。

随着热镀铝锌钢板的应用由建筑向高层次领域如家电等行业发展，人们对热镀铝锌钢板的质量提出了更高的要求，要求钢板耐蚀性更好、强度更高、表面质量更好，色彩鲜艳多样。

1.化学后处理方式

为了避免镀铝锌带钢在运输和短期储存时发生氧化，镀铝锌钢卷在出厂之前一般均须进行表面保护，目前常用的表面保护方法有：①铬酸钝化；②铬酸钝化+涂油；③有机耐指纹涂膜；④涂油。宝钢冷轧热镀铝锌机组可进行全部四种工艺处理方式。镀铝锌带钢出厂前的表面处理，采用何种方法主要取决于用户的要求。

用油涂覆在镀铝锌带钢表面上，阻止湿气和镀层接触，是防止镀铝锌带钢产生白锈的老方法。涂油的最大优点是操作方法比较简单。

一般来说，若运输和储存的时间不长，镀铝锌带钢在加工过程中不需要深冲；或下一步需要锡焊时，均经过铬酸钝化处理。若加工过程中需要深冲，则最好采用涂油来保护镀铝锌层不氧化。因为深冲时需要往模具中加油来增强润滑，如果镀铝锌带钢表面上原来就有油，就可在深冲时少加油或不加油。需要远途运输的镀铝锌带钢，为了提高其耐蚀性，可以采用先钝化，然后再在上面涂一层油的办法。

20世纪80年代，首先由日本研制开发了热镀铝锌有机耐指纹涂膜产品。它在具有良好的耐指纹性及美丽外观的同时，与普通电镀锌及热镀锌钢板相比，又以其优异的耐蚀性、涂装性、导电性、焊接性、成形性、润滑性等综合性能，而迅速得到了世界各国建筑、家电行业的青睐。

2.化学后处理工艺

宝钢热镀铝锌机组化学后处理工艺过程为：镀铝锌带钢→辊涂处理（见图6-17）→感应加热进行干燥→涂装后冷却。

经过铝锌浸镀、平整机和拉矫机后，带钢进入化学后处理阶段，进行有机耐指纹处理，以提高产品的耐蚀性。涂装系统由辊涂机及其涂液混合循环系统组成。

化学处理设备由一套辊涂机和两套有机涂装循环系统（一套备用）组成。两套（一套备用）有机涂膜循环系统用来在循环罐和辊涂机之间循环。有机液从辊涂盘溢流返回到循环罐。当维修有机液循环系统时，用过的有机液从循环罐靠自重排到废液坑。废液用泵排到买方提供的废液罐中。如果检修一个循环系统时，手工切换到另一个（备用）循环系统。辊涂后，带钢烘烤炉用来干燥涂装后的带钢。

图6-17 辊涂机工作图（逆涂）

一套垂直型带钢烘烤炉用于干燥涂装后的带钢。烘烤炉采用感应加热型。废气排放装置布置在烘烤炉之后，有效地排除蒸气和废气。烘烤炉采用感应加热，用来加热连续运动的、已钝化或涂有机膜后的带钢，以烘干涂膜。烘烤炉把涂装后的带钢从40℃加热到110℃。

带钢在感应加热炉烘烤加热后，将经过六段风冷。六段皆采用喷气冷却，该冷却器由冷却管道、空气管道和风机组成。用冷却风机从场厂外吸入新鲜空气，以高速从带孔型喷嘴的空气冷却配管吹向带钢表面，排出的热风释放到厂房内。无论是宽带钢还是窄带钢，厚带钢还是薄带钢，无论工艺段速度是多少，每个喷箱内喷出的空气流量是恒定的。经过冷却后，能确保卷曲前带钢温度在50℃以下，从而不影响再开卷。(www.xing528.com)

通过热负荷试车阶段的摸索，基本摸索出与涂层厚度相关的辊涂机关键工艺参数。涂覆辊速度=机组速度×（100%～210%）；带液辊速度=机组速度×（20%～80%）；带液辊与涂覆辊辊间压力为1.5～4kN；涂覆辊距离为80～90mm。

当有机涂膜偏厚时，可适当降低带液辊速度，增大带液辊与涂覆辊辊间压力；反之当涂膜偏薄时，可适当提高带液辊速度，减小压力。

3.化学后处理成膜机理

（1）钝化处理 镀铝锌带钢钝化处理就是在其表面上涂覆一层薄的铬酸（H₂CrO₃）水溶液。这样可以改善镀铝锌层的表面结构及光泽，提高镀铝锌层的耐蚀性及使用寿命，改进涂膜与基体金属的结合力。目前，钝化处理主要采用铬酸盐钝化。关于钝化膜的成分，许多研究结果证明，其中有Cr₂O₃·CrO₃、Cr（OH）3、CrO₃、Cr（OH）3·Cr（OH）·CrO₄、Cr（OH）3·3H₂O，以及Cr₂O₃·CrO₃·H₂O等化合物的存在。具体来讲，钝化用铬酸溶液是用铬酐溶于水配制而成的。铬酐溶于水后，生成黄色的铬酸溶液，其化学反应为

CrO₃+H₂O=H₂CrO₄

铬酐又名三氧化铬，是一种深红色、吸湿性结晶的固体。它易溶于水中，在空气中会吸收水分而发生潮解。它是一种极强的氧化剂，遇到一些易燃的有机物质（如乙醇、纸张）时会发生燃烧。铬酐有剧毒，铬酐使用时，会对环境造成严重的污染。因此，宝钢冷轧热镀铝锌生产线采用辊涂法，利用涂覆辊，蘸取专用的钝化溶液，将其涂覆于镀铝锌板的表面，然后不经漂洗而直接吹干，从而防止了废水对环境的污染。

铬酸钝膜的耐蚀性主要取决于钝化膜的性质。钝化膜越厚、越致密，耐蚀性越高，其膜颜色越黄；钝化膜越薄，耐蚀性越低，其膜颜色越浅。

钝化之所以能提高锌层的耐蚀性，是因为当不经铬酸钝化的锌层发生电化学腐蚀时，锌是腐蚀过程中的阳极，在锌与电解质溶液的界面上，出现一层锌离子的吸附层，在锌层的表面上，相对应地会产生过剩的电子。当金属锌层表面上的电子转移到阴极上时，锌与溶液界面上的锌离子也随之进入溶液。如果铬酸黏附在镀层带钢表面上，由于它具有强烈的氧化性，因而提高了镀铝锌带钢表面上氧的浓度。氧吸附在锌层的表面上，受金属里面电子的吸引，氧原子的正极移向金属，负极对着溶液，氧原子存在促使锌铝层的电位移向较正的值，使锌铝的活泼性下降，出现了“钝化”现象。这就是经过铬酸钝化以后，镀铝锌带钢生成锈蚀的可能性大大减少的原因。

（2）有机涂膜处理 有机涂膜俗称耐指纹涂膜，耐指纹涂膜是在镀铝锌钢板表面涂覆一层有机树脂薄膜的技术，它与下层铬酸盐膜相互作用形成耐指纹板的主要使用性能。因此，耐指纹涂料中基础树脂的选择、添加剂含量、膜厚、成膜等，成为制约耐指纹板性能的主要参数。当涂料确定之后，膜厚控制、烘烤制度则成为耐指纹板生产的关键技术之一。

可以作为耐指纹涂料的水溶性树脂有很多种，不同树脂在性能上有很大差异。例如，水溶性丙烯酸类树脂，颜色浅、透明度高，具有良好的保光性、耐热性、耐蚀性、柔韧性、加工性，同时，对钢板又具有较强的附着力，加工后耐蚀性也较好，在耐指纹涂料中被广泛应用。聚氨酯树脂具有极强的耐蚀性，以聚氨酯树脂为基础的树脂，在耐蚀性方面比其他树脂大大领先，目前最新研制的聚氨酯树脂涂料在镀铝锌钢板上涂覆后，可通过600h的盐雾试验。SiO₂是耐指纹涂料中的重要添加剂，有机膜中添加SiO₂的防蚀机理是：它与有机膜共同作用，成为阻碍侵蚀性粒子穿透膜层、腐蚀铝锌层的壁垒；而当腐蚀发生后，SiO₂可稳定腐蚀产物，阻止反应进一步发生。

耐指纹成膜涂料中的丙烯酸树脂（或聚氨酯树脂），以微小的颗粒悬浮于水相中。钢板在经过垂直两辊式涂装机涂装后，水分逐渐蒸发，体积随之缩小，这些分散的聚合物颗粒渐渐接近相互接触，颗粒间存在的毛细管压力迫使颗粒挤紧，在水的继续蒸发下，压力继续增大，从而迫使颗粒变形。当温度高于其最低成膜温度后，颗粒间相互融合成连续的有机膜。在这一过程中，烘烤固化时间是相当重要的，只有保证这一时间，才能每次得到性能稳定的有机耐指纹产品。

4.发展方向

目前使用最广泛的是铬酸盐钝化或有机涂膜处理，主要原因是该钝化工艺简单，成本低，耐蚀性好。经铬酸盐处理后，形成铬-基体金属混合氧化物膜层，膜层中铬主要以六价和三价形式存在。由于六价铬是致癌物质，对人体及环境都有严重危害，随着人们环境意识的增强，必须研究一种取代铬酸盐钝化的方法。多年来，对无毒或低毒的无机物缓蚀剂作为钝化剂进行了大量研究，如钼酸盐、钨酸盐、稀土盐等。在不同pH值下，无铬酸盐转化膜、黑色的钼酸盐或是灰色的磷酸盐转化膜，从外观上难以接受，而且效果也不是很好，耐蚀性不令人满意，所以人们把目光转向了有机物保护层方面。

对镀锌层来说，最有希望代替铬酸盐钝化的是一些特殊的锌的有机螯合处理。因为它能在锌表面形成一层不溶性的有机复合物薄膜，膜内分子以配位形式与金属基体相结合，构成屏蔽层，使膜致密，从而增强膜的耐蚀性。