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表面处理钢板的（de）开发状况和（hé）发展方向

(1)表面处理钢板应用领域的扩（kuò）展和性能

表面处理钢板大部分是镀Zn钢板。2008年，日本镀Zn钢板（bǎn）产量是1500万t，其中（zhōng）77%是热镀Zn钢板。镀Zn钢板用于汽车、建筑、电器和其他方面，其中有一半用于汽车。

从80年代起55%Al-Zn热镀钢板在日本得到广泛应（yīng）用（yòng）。在海盐影响很大的海岸地带，镀（dù）Al钢板发生孔蚀，耐蚀性下（xià）降。长（zhǎng）期（qī）暴露腐蚀的结果表明，镀Zn钢板由于Zn的消耗（hào）而产生红绣，而（ér）5%Al和55%Al-Zn镀（dù）层（céng）钢板保持了耐蚀性和替代（dài）腐蚀保护功能。55%Al-Zn镀层的金属组织是（shì）在一次结晶的富Al相晶粒之间存在着含b-Zn的富Zn相。Townsend指出，在暴露腐蚀初（chū）期，富Zn相首先溶解（jiě）表现出替代腐蚀保护作用；在暴露腐蚀后期，富Al相起到耐蚀作用。这（zhè）种防腐蚀机制也体现在镀（dù）Zn钢板和55%Al-Zn镀层钢板的端面腐蚀中（zhōng）。研究资料指出，在长期暴露实验中，在暴露初期55%Al-Zn镀层钢板由试样端面开始发生的镀层（céng）膨胀（线状腐蚀）的腐蚀速度较大，在暴露后期，镀Zn钢板的镀层膨胀腐蚀速度较大。在暴露初期（qī）55%Al-Zn镀层钢板的富Zn相在涂层和镀层的界（jiè）面上（shàng）溶解，所以，腐蚀从试样端面迅速向内部进行，当腐蚀进行到一定距离时，与阴极距离增大，腐蚀速度就减小了。镀Zn钢板在（zài）腐蚀发生后（hòu）由于没有富Al相，所以阴极面积增加，腐蚀（shí）一直（zhí）进行下去。

为提高5%Al-Zn镀（dù）层钢板（bǎn）的耐蚀性，开（kāi）发出添加3%Mg的6%～11%Al-3%Mg-Zn合金镀层系列钢板。在（zài）6%Al-Zn中添加Mg延（yán）长了（le）红锈产生的时间，Mg提高（gāo）耐蚀性的效果在大气暴露试样中也得到证实。在滨海地区该镀层系列钢板暴露实验生成的腐蚀产物中，都没有发现ZnO。暴露腐蚀生成并积累的腐蚀（shí）产物大大抑制了阴极反应。而镀Zn钢板腐蚀产物中的ZnO具有半（bàn）导体的性质，不能抑制氧化还原的阴极反（fǎn）应。在3%Mg镀层钢板腐蚀产物中没有检测出ZnO，这与上述实验（yàn）结果一致。

从上世纪80年代开始，在（zài）铬酸盐皮膜上涂敷约1靘有机（jī）膜的耐指纹钢板和润滑（huá）钢板、涂敷约20靘有机膜的钢板（bǎn），省（shěng）去涂敷工（gōng）序的预涂层钢板实现了商品化，并得到广泛应用。之后（hòu），在电气电子设（shè）备中禁（jìn）止使用（yòng）P、Cr6+和Cd6+的（de）RoHS（对某（mǒu）些有害物质限制使用（yòng）的规定）法令于2006年开始生效，推（tuī）进了无（wú）Cr化（huà）处理工艺的进程（chéng）。预涂层钢板的性能特点是（shì）耐蚀性、高加工（gōng）性、抗表面瑕疵（cī）性、抗污染性、抗菌（jun1）性、吸热性（xìng）、散热性等等，这些特性主要（yào）是由涂敷皮膜的特性（xìng）来决定。

(2)无Cr化处理工艺

近年来，保护地球环（huán）境、防止污染、构筑循环型社会的（de）理念（niàn）越来越强化，对材料（liào）提出降（jiàng）低环境（jìng）负荷的要求也越来越高。在欧洲，针对电气电子设备的RoHS法令以（yǐ）欧盟法律的形式将（jiāng）P、Hg、Cr6+和（hé）Cd6+以及两种有（yǒu）机物的最大允许值规（guī）定为1000ppm，凡是超（chāo）过该值的产品禁止在欧盟区域销售。关（guān）于汽车报废的ELV法令，则禁（jìn）止使用P、Hg、Cr6+和Cd6+。

日本（běn）根据铬酸盐处理工艺（yì）会产生有害的Cr6+情况，从（cóng）上世纪（jì）70年代（dài）起开始探索替代铬酸盐处理的技（jì）术，由于（yú）没有找到有效的方法，铬酸盐处理工（gōng）艺仍在继续使用。但是，在上述法令公布之后加快了对应（yīng）措施的研究，在法令生效之日，日本的无Cr化处理技术已经完全开（kāi）发成功（gōng）。

无Cr化处理工艺应（yīng）仍能（néng）保持铬酸盐（yán）处理皮膜所具有的阻隔功能和自修复功能。无Cr化处理的机理是（shì）用不到几微米的有机树脂膜来保证阻隔功能，用阻化剂来保（bǎo）证耐蚀性，添加硅烷类耦（ǒu）合剂改善有机（jī）树脂膜（mó）与金属氧化层和涂层的密着（zhe）性。高（gāo）功能无Cr有机（jī）复（fù）合涂层钢板的耐蚀性基本上可与铬酸盐处理钢板（bǎn）相媲美。

目前，日本钢铁厂的（de）化成处理（lǐ）基本（běn）上（shàng）实（shí）现了无Cr化（huà）。今后应进一步开发出自修复性和耐蚀性更好的皮膜。荒木提（tí）出的用硅烷类化合物对烷烃（tīng）硫醇自己组织化单分子膜进行化学改性，形成二元聚合体的方法，可以用几纳米厚的薄膜获得高耐（nài）蚀性，是（shì）值得关注的方法。

(3)表面处理钢板与汽车

从上世纪（jì）70年代开始，就将汽车用表面处理（lǐ）钢板的目标（biāo）定为车身（shēn）防蚀。此后随着目标值的逐级提高，开发出电镀Zn钢板、Zn合金镀层钢板、合金化热镀Zn钢板、有机（jī）薄膜涂敷（fū）镀Zn钢板（bǎn）等等，用于汽车表面处理钢板的（de）比例不断增加。最近，为降低（dī）燃料消耗、CO2减排和（hé）达到ELV法令要求的减少环境负荷（hé）、提高安全性的要求，以车身轻量化、无Cr化处理、提高（gāo）冲撞安全性为目（mù）标，进行汽车（chē）表面处理钢板的开（kāi）发工作。

从上世纪70年代到80年代，在电（diàn）镀Zn钢板方面，电镀Fe-Zn合金钢板和两层电镀钢板（bǎn）因良（liáng）好的耐（nài）蚀性以及电镀时的抗电弧坑特（tè）性而得到广（guǎng）泛应用，同时，电镀Ni-Zn钢板、镀Ni-Zn层上涂敷铬酸盐皮膜（mó）和约1靘含SiO2有机皮膜的有机复合涂层钢板（bǎn）也被采用。由于铬酸盐皮膜的（de）钝化作用和有机皮膜（mó）的阻隔功能以及SiO2的防锈作用，使涂敷铬酸盐皮膜－含SiO2有机皮膜的复合涂层钢板具有（yǒu）极好的（de）耐蚀性（xìng）。但是80年代，美国汽车业公布了汽车的耐蚀标准（10年无孔蚀、5年外表无锈、2年发动机仓无锈）；随后欧洲提出（chū）了保证汽车12年防锈的（de）标（biāo）准。为适应这些标准（zhǔn），日本转向采用合金化热镀Zn钢板（bǎn），并（bìng）通过增加镀层厚度来确保良好的耐蚀性。增加镀（dù）层厚（hòu）度是提高耐蚀性的简单而有效的方法。目前合金化热镀Zn钢板已成为日本表面处理钢板的主流（liú），欧洲则主要采用（yòng）电镀Zn和非合金化热镀Zn钢（gāng）板，镀层厚度（dù）大于日（rì）本的（de）合金化（huà）热镀Zn钢板（bǎn）。

(4)汽车用高强度表面处理钢板

一（yī）般来（lái）说，钢的屈服强度增加，伸（shēn）长率降低。但铁素体和马氏体（tǐ）双相钢（DP钢）和（hé）由于残余奥氏体加工诱发马氏体相变发生硬化而使变形量增加的TRIP钢（gāng）（相变（biàn）诱导塑性钢），比传统高强度钢具有更大的延性。此外，还（hái）开发（fā）出在200℃左右涂漆烘（hōng）烤加热时硬度增加的烘烤硬化钢（BH钢）和添加Ti、Nb的超低碳（tàn）BH钢。

在对高强度（dù）钢进行热镀Zn或合金化热镀Zn时，由（yóu）于钢中的Mn、Si等强化元素和氧的亲和力较大，在镀Zn前的连续退火过程中优先被氧化，在钢板表面生成SiO2、Mn2SiO4等氧化物。这些氧化物降低了Zn液与钢的浸润性，是镀Zn钢板产生“露钢（gāng）”缺陷的（de）一个（gè）原因。

(5)表面处理钢板的发（fā）展（zhǎn）方向（xiàng）

由于Zn的良好耐蚀性以及对基板的替代腐蚀保护功能，用Zn和Zn合金进行表面处理的钢板得到广泛的应用。可以认（rèn）为很难用简单方法来取代Zn的这些优良（liáng）特性。但是，在Zn的替代腐蚀保护功能方面，由于对Zn阳极反应的非极化特性（阳极（jí）过电压很难增（zēng）加），替（tì）代（dài）腐蚀电位很低，基本上是-1.0V，所以，在替（tì）代腐蚀反应过（guò）程中氢会渗入钢材（cái），使（shǐ）钢材发生脆化。研究表明，用Al-Mg-Si合金替代Zn进（jìn）行钢板热镀，可以抑制替代腐蚀电位的降低和氢渗入钢中。因此这是一（yī）个通过（guò）选择适（shì）当的合金组合（hé）减小氢脆的表面处理方法。

总之，由于Zn的物（wù）理、力学以及化学特性，很难改变（biàn）Zn在钢板表面处理（lǐ）中的（de）优势地位。因此，重要（yào）的不是单（dān）纯地用其他金属或合金替代Zn，而是通（tōng）过钢的热处理、加工、化（huà）成处理、涂装等工艺的（de）适当组合，开发出适用于不同用途和不同特性要求的表面处理工艺。

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