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表面处理钢板的（de）开发状况和发展方向（xiàng）

(1)表面处理钢板应用领域的扩展和性能

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

从80年代起55%Al-Zn热镀钢板在日本得（dé）到广泛（fàn）应用。在海盐影响很（hěn）大的海岸（àn）地带，镀Al钢板发（fā）生孔蚀，耐蚀性下降。长期暴露腐蚀的结果表（biǎo）明，镀Zn钢板由（yóu）于Zn的消耗而产生红绣，而5%Al和55%Al-Zn镀层钢板保持了耐蚀性和替代腐蚀保护功能。55%Al-Zn镀层的金属组织是在一次结晶的富Al相晶粒之间存在着含b-Zn的富Zn相。Townsend指出，在暴露腐蚀初期，富Zn相首先（xiān）溶解表现出（chū）替（tì）代腐蚀保护作用；在暴（bào）露腐蚀后期，富Al相起到耐蚀作用（yòng）。这种防腐蚀机制也体现在镀Zn钢板和55%Al-Zn镀层钢板的端面腐蚀中。研究资料指出，在（zài）长期暴露实验中，在暴露（lù）初期55%Al-Zn镀层钢板由试样端面（miàn）开始发生的（de）镀层膨胀（线状腐蚀）的腐蚀（shí）速度较大，在（zài）暴露后期，镀Zn钢板的镀层（céng）膨胀腐蚀速度较大。在暴露初期55%Al-Zn镀层（céng）钢板的富Zn相在涂层和镀层的界面（miàn）上溶解，所以，腐蚀从试样端面迅（xùn）速向内部进行，当腐蚀进行到一定距离（lí）时，与阴极距离增大，腐蚀速度就减小了。镀Zn钢板在腐蚀发生后由（yóu）于没（méi）有富Al相，所以阴极面积（jī）增加，腐蚀一（yī）直进行下（xià）去。

为提高5%Al-Zn镀层钢板的耐蚀性（xìng），开发（fā）出添加3%Mg的6%～11%Al-3%Mg-Zn合金镀层系列钢（gāng）板。在（zài）6%Al-Zn中添加Mg延长了红锈产生的时（shí）间，Mg提高耐蚀性的效果在大（dà）气暴露试样中也得到证实。在滨海地区该镀层（céng）系列钢板暴露实验生（shēng）成的腐蚀产物中，都没有发现ZnO。暴露腐蚀生成并积累（lèi）的腐蚀（shí）产物大大（dà）抑制了阴（yīn）极反应。而镀Zn钢板腐蚀产物中的ZnO具有半导体的性质，不能抑制氧化还原的阴极反应。在3%Mg镀（dù）层（céng）钢板（bǎn）腐蚀产物（wù）中没有检测出ZnO，这与上述（shù）实验结果一致。

从上世纪80年代开始，在铬酸盐皮膜上涂（tú）敷约1靘有机膜的耐指纹钢板和润（rùn）滑钢板、涂敷（fū）约20靘有机膜的钢板，省去涂敷工序的（de）预涂层钢板实现了商品化，并得到广泛应用。之后，在电气电子设备中禁止使用P、Cr6+和Cd6+的RoHS（对某些有害物（wù）质限制使用的规定）法令于2006年开始生效，推（tuī）进了无Cr化处（chù）理工艺的进程。预涂层（céng）钢板的性能特点是（shì）耐蚀性、高加工性、抗表面瑕疵性、抗污染性、抗菌性、吸热性、散热性等（děng）等，这些特性主要是由涂敷（fū）皮膜的特性来决定。

(2)无Cr化处理工艺

近年来，保护地球环境、防止污染、构筑循环型社会的理念越来越强化，对材（cái）料提出（chū）降低环境负荷（hé）的要求也越（yuè）来越高。在欧洲，针对电气电子设备的RoHS法令以欧盟（méng）法律（lǜ）的形式将P、Hg、Cr6+和Cd6+以及两（liǎng）种有机物的最（zuì）大允许值规定为（wéi）1000ppm，凡是超过该值的产品禁止在欧盟区域销售。关于（yú）汽车报废的ELV法令，则禁止使用（yòng）P、Hg、Cr6+和Cd6+。

日本根据铬酸盐处理工艺会产生有（yǒu）害的Cr6+情况，从上世纪70年代起开始探索替代铬酸盐（yán）处理的技术，由于没有找到有效的方法，铬酸盐处理工艺仍在继（jì）续使（shǐ）用。但是，在上述法令公布之后加快了对应措施（shī）的研究，在法令生效之日，日本的无Cr化处理技术已经（jīng）完全开发成功。

无Cr化处理工艺应仍能保持铬酸盐处理皮膜（mó）所具有的阻隔功（gōng）能和自（zì）修复功（gōng）能（néng）。无Cr化处理的机理是用不到几微米的有（yǒu）机树脂膜来保证阻隔功能，用阻化剂来保证耐蚀性，添加硅烷类耦合剂改善有机树脂膜与金属氧化层和涂层的密着性。高功能无Cr有机（jī）复合涂层（céng）钢板的耐蚀性基本（běn）上可与铬酸盐处理钢板相媲美。

目前（qián），日本钢铁厂的化成处理基本上（shàng）实（shí）现了无Cr化。今后应进一步开发出自修（xiū）复性和耐蚀（shí）性更好（hǎo）的皮膜。荒木提出的用硅烷类化合物对烷烃硫（liú）醇自己（jǐ）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（hòu）的薄膜获（huò）得高耐蚀性，是值得关注的方法。

(3)表面处理钢板与汽车

从上世纪70年代开始，就将汽车（chē）用表面处理钢板的目标定为车身（shēn）防蚀。此（cǐ）后随着目标值的逐级提高，开发出电镀Zn钢板、Zn合金（jīn）镀层（céng）钢板、合（hé）金化热镀Zn钢板、有机（jī）薄膜涂敷镀Zn钢板等等，用于汽车表面处理钢板的比例不断增加。最近，为降低燃料消耗、CO2减排和达到ELV法令要求的减少环境负荷、提高安全性的要求，以车身轻量化、无Cr化处理、提高冲撞安全性为目标，进行汽车（chē）表面处理钢（gāng）板的（de）开发工作（zuò）。

从（cóng）上世（shì）纪70年代到80年代，在电镀Zn钢板（bǎn）方面，电镀Fe-Zn合金钢板和两层电镀钢板因良好的耐蚀性以及电（diàn）镀时的抗电（diàn）弧坑特性而得到（dào）广泛应用，同时，电镀Ni-Zn钢板、镀Ni-Zn层上（shàng）涂敷铬酸盐（yán）皮膜和约1靘含SiO2有机皮膜的有机复合涂层钢板（bǎn）也被采用。由于铬酸盐皮膜的钝化作用和有机皮膜的（de）阻隔功能以（yǐ）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（céng）钢板（bǎn）具有极好的耐蚀性。但是80年代，美国汽车（chē）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）；随后欧洲提出了保证（zhèng）汽车12年防锈的标准。为适应这些标（biāo）准，日本转向采用合金化热镀Zn钢板，并通过增加（jiā）镀层厚度来确保良（liáng）好的耐蚀性（xìng）。增加镀层厚度是提高耐蚀性的简（jiǎn）单而有效的方（fāng）法。目前合金化热镀Zn钢板已成为日本表面（miàn）处理钢板的主流，欧洲则主要采用电镀Zn和非合金化热镀Zn钢（gāng）板，镀层厚（hòu）度大于日本的合金化热镀Zn钢板。

(4)汽车用（yòng）高强度表面处理钢板

一般（bān）来说（shuō），钢的屈（qū）服强度增加，伸（shēn）长率降低。但铁素体和马氏（shì）体双相钢（DP钢）和由于残余奥氏体加工（gōng）诱发马（mǎ）氏体相变发（fā）生硬化而使变形量增加的TRIP钢（相变诱导塑性钢），比传统高强度钢具有更（gèng）大的延性（xìng）。此外（wài），还开发出在200℃左右涂漆烘（hōng）烤加热时硬度（dù）增加的（de）烘烤硬化钢（BH钢）和添加Ti、Nb的超低碳BH钢。

在对高强度钢进行（háng）热镀Zn或合金（jīn）化热镀Zn时，由于钢中的Mn、Si等强化元素和（hé）氧的亲（qīn）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（jiàng）低了Zn液与钢的浸润性，是镀Zn钢板产生“露钢”缺陷的一个原因。

(5)表面处理钢板的发展方向

由（yóu）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（kě）以认为很难用简单方法来取代Zn的（de）这些优良特性。但是，在Zn的替代腐蚀保护功能方面，由（yóu）于对Zn阳极反应的非极化特性（阳极过（guò）电压很难增加），替代腐蚀电位很低，基本上是（shì）-1.0V，所以（yǐ），在替代腐蚀反应过程中氢会（huì）渗入钢材，使（shǐ）钢材发生脆化。研究表明，用Al-Mg-Si合金替（tì）代Zn进行钢板热镀，可以抑制替代腐蚀电位的降低和氢渗（shèn）入钢中。因此这是一个通过（guò）选择（zé）适当的合金组合（hé）减小氢（qīng）脆的表面处理方（fāng）法。

总之，由于Zn的物理、力学以及化（huà）学特性，很难改变Zn在钢板表面处（chù）理中的优势地位。因此，重要的不是（shì）单纯地用其他金属或（huò）合金替代Zn，而是通过钢的热处理、加工、化成处理、涂装等工艺的适当组合，开发出适用于不同用途和不同特性要求的表面处理（lǐ）工艺。

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