国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

爐內(nèi)氧化對(duì)熱鍍鋅鍍層附著力的影響研究

2019-01-14 03:59金鑫焱周元貴洪夢(mèng)慶
關(guān)鍵詞:結(jié)合力氧化鐵鍍層

方 芳 金鑫焱 周元貴 洪夢(mèng)慶

(1.寶鋼股份中央研究院武漢分院(武鋼有限技術(shù)中心) 武漢 湖北:430080;2.寶鋼股份中央研究院 上海:201900)

熱浸鍍是一種金屬制品表面防護(hù)的表面處理方法,該方法是將被鍍件浸入熔融的金屬中而形成涂層[1]。熱浸鍍最早是從鍍錫開(kāi)始的,后來(lái)逐漸發(fā)展到鍍鋅、鋁等其他金屬與合金,用熱浸鍍得到的涂層較厚,因此在相同的腐蝕環(huán)境中,熱浸鍍層的壽命較長(zhǎng)。現(xiàn)在使用的鍍鋅板中70%~80%都是熱鍍鋅。除了某些需要鍍后處理的產(chǎn)品要求之外,鍍鋅工藝基本處于產(chǎn)品制造的最后流程,產(chǎn)品質(zhì)量取決于所有前段工藝流程的來(lái)料質(zhì)量及鍍鋅工藝段控制,影響因素非常多[2]。包括原料的表面粗糙度、表面清潔度,退火段的氣體成分、溫度、壓力、帶鋼停留時(shí)間,帶鋼入鋅鍋溫度、鋅液成分、鋅液溫度等各種因素都會(huì)影響鍍層質(zhì)量和結(jié)合力[3-4]。因此當(dāng)出現(xiàn)鍍層結(jié)合力差的情況時(shí),尋找成因時(shí)需要考慮的可能因素就很多。

鍍層結(jié)合力差會(huì)導(dǎo)致沖壓鍍層的大面積脫落,造成嚴(yán)重后果。王銀軍等[5]針對(duì)熱鍍鋅鋼板沖壓成形過(guò)程中出現(xiàn)鋅層脫落缺陷的問(wèn)題,認(rèn)為貧鋁過(guò)渡層是導(dǎo)致鍍層附著力差、沖壓脫落的根本原因。胡春東等[6]對(duì)比研究3種不同雙相鋼變形下的鍍層和抑制層形貌,認(rèn)為雙相鋼鍍層變形時(shí),含有ζ-FeZn13顆粒的鍍層容易出現(xiàn)裂紋,且裂紋多數(shù)在ζ-FeZn13顆粒集中的區(qū)域。顏飛等[7]研究了氧元素的影響,認(rèn)為高鋁系雙相鋼中的Al和Mn向帶鋼表面偏析,并與爐內(nèi)氧發(fā)生氧化生成氧化鋁,阻礙連續(xù)致密Fe2Al5抑制層的形成,是導(dǎo)致鋅層附著力差的根本原因。這些研究主要關(guān)注于抑制層的形成特征對(duì)鍍層附著力的影響。然而在實(shí)際生產(chǎn)中,出現(xiàn)鍍層質(zhì)量符合出廠要求,但沖壓后發(fā)生脫落,對(duì)用戶生產(chǎn)制造產(chǎn)生較大的影響。

本文在掃描電鏡(SEM)檢測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上,采用聚焦離子束(FIB)結(jié)合X射線光電子能譜分析(XPS)的方法,對(duì)比分析了出現(xiàn)脫鋅鋼板的鍍層狀態(tài),通過(guò)界面特征推斷并找到鍍層結(jié)合力差的產(chǎn)生原因。

1 實(shí)驗(yàn)方法與過(guò)程

脫鋅試樣取自連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組,基板為商業(yè)材,鋼板成分如表1所示。帶鋼預(yù)熱段采用直火加熱至600~700℃,均熱段采用輻射管加熱,退火溫度為800℃,入鋅鍋溫度為465℃,鋅液溫度為460℃,鋅液Al含量為0.2%,表面鍍層為純鋅鍍層。如圖1所示沖壓后鍍層的宏觀形貌,其中一面鍍層正常(圖1a),另一面脫鋅層可揭開(kāi)(圖1b),給用戶造成損失。為找到脫鋅產(chǎn)生原因,需要對(duì)脫鋅層與基板的界面狀態(tài)進(jìn)行分析。

表1 鍍鋅板化學(xué)成分(wt, %)

對(duì)圖1取10mm×10mm的試樣,使用超聲波對(duì)缺陷試樣(NG樣)樣揭下的鋅層(文中用NGZ表示)及揭下鋅層后的基板表面(文中用NGM表示)進(jìn)行清洗,在配有INCA能譜儀的Zeiss場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)上觀察鍍層/基板界面上的元素狀態(tài)。對(duì)鍍層正常樣品(OK樣)和NGM樣,在添加緩蝕劑(六次甲基四胺)的5%鹽酸溶液中溶掉鋅層,保留鍍層/基板界面上的阻擋層,采用Zeiss場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)觀察溶鋅后基板表面形貌,并進(jìn)行能譜分析。

采用Zeiss auriga的聚焦離子束(FIB)對(duì)揭下的鋅層從界面處向表面刻蝕,在配套的Zeiss場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)上觀察鍍層/基板界面元素在厚度方向的分布。采用ESCALAB 250 Xi的X射線光電子能譜分析儀(XPS),將揭下鋅層后的表面向基板方向刻蝕,對(duì)成分進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖1 沖壓后鍍層宏觀形貌

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 界面形貌及成分

采用SEM對(duì)基板表面進(jìn)行觀察,如圖2所示,NGZ觀察到兩種不同灰度的形貌,推測(cè)黑色區(qū)域?yàn)檠趸锱c鍍層一起脫落;灰色區(qū)域?yàn)殇\,該位置原有的氧化物在分離時(shí)并未和鋅層一起脫落,而是留在了鋼板表面。

圖3為NGM表面能譜,檢測(cè)到一定的O含量,與NGZ的O含量差距不大。NGM一面測(cè)到少量O,推測(cè)在鋅層脫落時(shí)有少量氧化鐵留在基板表面,其溶鋅后基本無(wú)Fe-Al 阻擋層,僅少量零星的Fe-Al 顆粒;鍍層正常(OK)的一面溶鋅后基板表面阻擋層形貌正常,正反兩面的鍍層/基板界面特征差別顯著。NGZ表面檢測(cè)到較高的O、Fe 及少量的Al,推測(cè)有一薄層氧化鐵與鋅層一起脫落。需要對(duì)脫鋅層與基板界面進(jìn)一步進(jìn)行分析。

圖4顯示兩種鍍層/基板界面的抑制層形貌。內(nèi)外表面阻擋層差異非常顯著。圖4a為未脫鋅面,有完全正常的阻擋層形貌。金鑫焱等[8]對(duì)鍍層附著力正常試樣的阻擋層進(jìn)行了深入研究,表明不同區(qū)域的阻擋層形貌差別較大,有的區(qū)域阻擋層晶粒粗大且生長(zhǎng)方向無(wú)序,Al含量約為10%,有的區(qū)域阻擋層晶粒比較細(xì)小,Al含量約為6%,與阻擋層的成分為Fe2Al5或FeAl3有關(guān),但主要受基本成分影響大。同時(shí)不同區(qū)域阻擋層厚度有差異,這可能與不同晶粒表面阻擋層的生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)方向差異有關(guān)。

圖2 NGZ鍍層/基板界面的元素分布

圖3 NGM鍍層/基板界面的元素分布

圖4b為脫鋅面,無(wú)阻擋層,僅可見(jiàn)少量Fe-Al顆粒,可以判斷NG試樣在鍍鋅時(shí)基本沒(méi)有形成阻擋層,這與文獻(xiàn)[8]中1#缺陷樣NG1試樣阻擋層形貌不同。文獻(xiàn)中的NG1試樣在鍍層/基板界面處有較高的O含量,在入鋅鍋前,帶鋼表面可能存在嚴(yán)重的氧化,氧化表面部分被還原,鋅液中的Al與基板表面少量已還原的氧化鐵反應(yīng),形成了少量正常的尺寸較大、無(wú)序的阻擋層晶粒。由于界面上存在大量未還原的氧化鐵,所以大部分區(qū)域的阻擋層生長(zhǎng)不正常,最終形成了表面光滑、粗糙度低的阻擋層形貌,鍍層結(jié)合力較差。而本文研究的NG試樣,阻擋層基本未形成,可能與O含量過(guò)高,帶鋼表面產(chǎn)生嚴(yán)重的氧化且未經(jīng)過(guò)還原,從而導(dǎo)致了鍍層結(jié)合力差。

圖4 鍍層/基板界面的抑制層形貌

根據(jù)SEM的分析結(jié)果,為進(jìn)一步確認(rèn)界面狀態(tài),采用FIB對(duì)NGZ試樣進(jìn)行離子束切割,并對(duì)界面進(jìn)行能譜分析。從最表面的薄膜處開(kāi)始切割,觀厚度小于1μm;純鋅層,厚度20μm左右。界面形貌與成分如圖5所示。其中圖5a顯示,NGZ試樣有明顯的分層,圖5b顯示經(jīng)過(guò)局部放大后進(jìn)行能譜分析,有O元素的存在,但由于翹起的薄膜太薄、尺寸小,未檢測(cè)到明顯的Fe含量。通過(guò)FIB對(duì)鍍層刻蝕后,驗(yàn)證了SEM推測(cè)的鍍層/界面處有氧化物的存在。由于鍍層較厚(超過(guò)20μm), FIB無(wú)法從鍍層表面刻蝕到基板,無(wú)法直觀的看到鍍層、氧化鐵薄膜、基板的分層情況。

圖5 FIB分析NGZ界面分層形貌及元素分布

進(jìn)一步對(duì)NGZ試樣采用XPS進(jìn)行最表面成分分析,能譜顯示有Zn、Fe、O、C,如圖6所示。對(duì)譜圖分析后發(fā)現(xiàn),純鋅層的化學(xué)成分為Zn和Fe2O3。對(duì)試樣表面進(jìn)行深度剖析, Fe2O3的厚度大約為19nm。

圖6 XPS圖譜分析界面處元素分布

2.2 討論

根據(jù)以上SEM、FIB和XPS刻蝕的分析結(jié)果,本文研究的鍍鋅板正反面鋅層結(jié)合力存在明顯差異,其中一面鋅層和基板之間生成一層約19nm的氧化鐵薄膜,是導(dǎo)致鋅層結(jié)合力差的直接原因,該氧化發(fā)生在鋼帶浸入鋅鍋前。而鋼帶在爐內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱和均熱段時(shí)若發(fā)生氧化,一般會(huì)在鋼帶上下表面同時(shí)發(fā)生,不會(huì)發(fā)生其中一面有氧化而另一面沒(méi)有氧化的情況。鋼帶出爐后進(jìn)入冷卻段吹氣,推測(cè)有可能正反兩面的冷卻氣體來(lái)自不同的兩段管道,其中一側(cè)有漏氣,導(dǎo)致含O 的冷卻氣體直接噴到帶鋼表面,鍍層結(jié)合力差,而另一面的冷卻氣體中沒(méi)有O,所以鍍層結(jié)合力好。

因此,對(duì)該鋼帶的鍍鋅工藝參數(shù)進(jìn)行了查詢統(tǒng)計(jì),重點(diǎn)關(guān)注可能引起脫鋅試樣界面上O含量較高的原因。工藝調(diào)查發(fā)現(xiàn),帶鋼在生產(chǎn)時(shí)緩冷段出現(xiàn)異常點(diǎn),其中氧含量和露點(diǎn)在后期有較大波動(dòng),如圖7所示。鑒于帶鋼一面有氧化,一面正常,可以認(rèn)為緩冷段單側(cè)氣體吹掃帶鋼進(jìn)行冷卻時(shí)有漏氣情況,氧含量波動(dòng),瞬時(shí)露點(diǎn)降低,導(dǎo)致帶鋼單側(cè)發(fā)生氧化,形成連續(xù)的氧化物薄膜。由于后面沒(méi)有還原過(guò)程,帶鋼浸入鋅鍋時(shí)鋅液與基板潤(rùn)濕性不良,導(dǎo)致Fe、Al無(wú)法正常反應(yīng),從而表面未形成有效的Fe-Al阻擋層,鍍層結(jié)合力差,在沖壓時(shí)發(fā)生鋅層整體剝落。

圖7 緩冷段實(shí)際露點(diǎn)和氧含量

3 結(jié)論

采用SEM、FIB、XPS相結(jié)合的方法,對(duì)比分析了帶鋼上下表面鍍層/基板界面狀態(tài)。根據(jù)正反面鍍層結(jié)合力存在明顯差異的特點(diǎn),鍍層結(jié)合力差的一面有一層連續(xù)氧化鐵薄膜,厚度約19nm,且未形成阻擋層。推測(cè)與正反兩面冷卻氣體中氧含量的差別有關(guān)。排查生產(chǎn)工藝后,發(fā)現(xiàn)緩冷段工藝異常,來(lái)自兩段管道的其中一側(cè)有漏氣,導(dǎo)致含O 的冷卻氣體直接噴到帶鋼表面,帶鋼浸入鋅鍋時(shí)鋅液與基板潤(rùn)濕性不良,導(dǎo)致Fe、Al無(wú)法正常反應(yīng),從而表面未形成有效的Fe-Al阻擋層,鍍層結(jié)合力差,在沖壓時(shí)發(fā)生鋅層整體剝落。帶鋼另一面鍍層未發(fā)現(xiàn)氧化鐵薄膜,且阻擋層正常,鍍層結(jié)合力好,沖壓時(shí)鋅層完整,未發(fā)生剝落。

猜你喜歡
結(jié)合力氧化鐵鍍層
不同鍍層重量的鋁硅鍍層加熱時(shí)的鍍層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變規(guī)律
三種預(yù)處理工藝對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)鋁合金部件表面結(jié)合力的影響
Ni/WC復(fù)合鍍層與Ni-W合金鍍層力學(xué)性能比較
藍(lán)莓采摘期結(jié)合力測(cè)試與變化趨勢(shì)的分析
納米氧化鐵的制備及形貌分析
聚苯胺-氧化鐵磁性復(fù)合材料的制備及其對(duì)甲基橙吸附性能的應(yīng)用
熱軋無(wú)縫鋼管表面狀態(tài)對(duì)后續(xù)氧化鐵皮形成的影響
鎳磷基鍍層耐磨性的影響因素
純銅表面納米化后沉積鎳磷合金鍍層的研究
信息記錄材料(2016年4期)2016-03-11
公安县| 繁峙县| 英超| 黑河市| 章丘市| 拜泉县| 七台河市| 文安县| 商丘市| 阿巴嘎旗| 白河县| 抚远县| 淅川县| 威宁| 平江县| 治县。| 贞丰县| 重庆市| 福泉市| 延安市| 靖州| 虹口区| 隆尧县| 台北市| 普兰县| 城口县| 潮州市| 北安市| 聂荣县| 山东省| 静海县| 明星| 金坛市| 阳朔县| 通化市| 儋州市| 报价| 冀州市| 司法| 巴彦县| 平定县|