冷軋板表面粗糙度對磷化性能的影響

文/郝曉東

摘要：不同表面粗糙度的冷軋板進行磷化處理后，采用T1000粗糙度儀對基板表面粗糙度進行測定，通過脫膜法、掃描電鏡、摩擦試驗機對磷化膜膜重、表面形貌、摩擦系數和耐磨性進行了研究。結果表明，基板表面粗糙度對磷化膜膜重影響不大；表面粗糙度較小，則形成的磷化膜均勻致密且粒徑較小，磷化膜摩擦系數相對較大，耐磨性相對較差；反之若表面粗糙度較大，則形成的磷化膜相對疏松粒徑較大，磷化膜表面摩擦系數較小，耐磨性較好。

關鍵詞：冷軋板；表面粗糙度；磷化；摩擦系數；耐磨性

 

磷化處理作為涂裝前處理一個重要工序，在鋼桶生產行業得到廣泛應用。為保證鋼桶涂漆質量，涂裝前須采用磷化技術對鋼桶表面進行處理，鋼桶表面磷化膜質量的好壞直接影響涂層與金屬基材的保護作用。近年來，鋼桶行業薄板件幾乎全部采用磷化處理。陳義慶等對冷軋鋼板表面粗糙度進行改進后，磷化膜晶粒變得細小、均勻，膜重增大，表面粗糙度增大，表面粗糙度參數（RPc）值也增大，中性鹽霧測試耐蝕性能提高，提出表面粗糙度最好控制在0.75～0.95μｍ，RPc控制在60～80峰個數/cm。陳義慶等研究了兩種冷軋板的表面狀態對磷化性能的影響，提出冷軋板表面粗糙度增加，有利于形成均勻致密的磷化膜。本工作通過對不同粗糙度的鋼板進行磷化處理，研究了冷軋鋼板表面粗糙度對磷化膜性能的影響。

 

1 試驗

1.1 試驗材料與儀器

試驗用鋼板為寶鋼冷軋板和馬鋼冷軋板。采用T1000粗糙度儀進行鋼板表面粗糙度測量。采用重鉻酸脫膜法檢測磷化膜重。采用金相顯微鏡對磷化膜表面形貌進行觀察。采用MMW-1A摩擦試驗機對磷化膜的摩擦系數和耐磨性進行測量，試驗力為100N，主軸轉速為60r/min，試驗時間為10min，選用小止推圈摩擦副，試樣尺寸為55mm×55mm。

1.2 磷化工藝

冷軋鋼板表面具體磷化工藝為：脫脂（60min，45℃）→水洗（60min，室溫）→表調20min，室溫）→磷化（120min，45℃）→普通水洗（40min，室溫）→去離子水洗（60min，室溫）→烘干。磷化過程中，磷化液采用AD-4856，AD-4055，AC-131；磷化液總酸度為23.0Pt，游離酸度為0.9Pt，促進劑濃度為2.5Pt。

 

2 結果與討論

2.1 表面粗糙度測定

選擇馬鋼和寶鋼不同批次不同鋼種，對其正面和反面六個部位的的粗糙度進行測量，取其平均值，結果見表１。

表1 不同鋼板表面粗糙度

序號	鋼種	Ra/μm		RPc峰個數/cm
		正面	背面	正面	背面
1號	馬鋼DC04 A098014722	1.125	1.048	86	89
2號	馬鋼DC04 A098014732	1.185	0.990	84	96
3號	馬鋼DC01 A098015152	1.293	1.156	94	91
4號	寶鋼DC06	0.978	0.920	107	116

由表1可見，寶鋼板的Ra值低于馬鋼板，但其RPc值高于馬鋼板。馬鋼鋼板正反面表面粗糙度相對較為均勻，正反面平均粗糙度相差不大的1號和4號冷軋板進行對比試驗。

2.2 磷化膜表面形貌

圖1為馬鋼和寶鋼冷軋板磷化后的表面形貌。

（左）4號；（右）1號

圖1 磷化膜表面形貌

由圖1可見，4號磷化板比1號磷化板表面更加凸凹不平，小凸峰數目明顯偏多，這是因為根據表2中結果，4號磷化板的RPc值更高。4號磷化板的磷化膜顆粒直徑在2.00～4.24μｍ；1號磷化板的磷化膜顆粒直徑在2.61～4.49μｍ；故4號磷化板的磷化膜顆粒直徑小于1號磷化板。這是因為1號板的RPc值更高，因此在磷化過程中形成了更多的磷化膜形核點，同等條件下生成了更多的磷化膜顆粒，因此顆粒更加均勻致密且粒徑相對較小。由圖1還可以看出，兩種磷化板的磷化膜在微觀顆粒形貌、致密度上沒有明顯區別。

2.3 磷化膜重

表2為采用重鉻酸脫膜法測得的膜重。由表2可見，1號和4號鋼板的磷化膜重相同，說明了基板的表面粗糙度對膜重影響不大。

表2 磷化后膜重

試樣號	脫模前后質量差 /g	試樣大小（mm×mm）	試樣表面積（雙面） /m2	膜重 /g.m-2
1號	0.061	150×70	0.021	2.90
4號	0.061	150×70	0.021	2.90

2.4 磷化膜摩擦磨損性能

圖2為磷化膜摩擦試驗后表面形貌。由圖2可見，4號鋼板磷化膜磨損破裂程度相對比較嚴重，磷化膜磨損痕跡相對比較均勻；1號鋼板磷化膜磨損痕跡不均勻，有的位置磨損破裂程度相對較重，有的位置磨損破裂程度相對較輕。表明1號鋼板的磷化膜耐磨性更高，但不夠均勻，不同區域磨損破裂程度差別較大，測定的摩擦系數結果見圖3。由圖3可見，4號鋼板磷化后摩擦系數為0.5～0.6，1號鋼板磷化膜的摩擦系數為0.4左右。摩擦系數越小，耐磨性也就越好，整體來看，1號鋼板磷化膜摩擦系數小于4號鋼板，耐磨性優于4號鋼板，這可能是由于1號鋼板磷化膜的顆粒較大，在磨損過程中表現的更加耐磨。因此對于磷化鋼板的基板表面粗糙度控制的相對大一些能夠減小磷化膜的摩擦系數，增加耐磨性。

（左）4號；（右）1號

圖2 兩種鋼板摩擦試驗后表面形貌

（左）4號；（右）1號

圖3 兩種鋼板的磷化膜摩擦系數曲線

3 結論

（1）Ra值較小，則RPc值較高，冷軋板在磷化過程中形核點較多，則磷化膜更均勻致密，同時磷化膜顆粒粒徑相對較小；

（2）基板表面粗糙度對磷化膜膜重影響不大；

（3）基板表面粗糙度較大，磷化膜摩擦系數則相對較小，耐磨性更好。