磷化處理因其簡(jiǎn)單可靠、費(fèi)用低和操作方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)板涂裝行業(yè)。冷軋汽車(chē)板經(jīng)過(guò)磷化處理后表面形成的磷化膜作為油漆涂層的基底，能顯著提高涂層的耐腐蝕性能，阻止腐蝕向冷軋汽車(chē)板表面擴(kuò)散，增強(qiáng)漆膜附著力。

目前的一些研究表明，冷軋汽車(chē)板表面狀態(tài)，包括表面元素、表面活性以及粗糙度對(duì)于磷化效果有很大影響。將表面粗糙度控制在0.75—0.95μm、RPc(表征微觀不平度間距特性的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)峰個(gè)數(shù))值控制在60—80個(gè)/cm后，冷軋汽車(chē)板磷化后的磷化膜結(jié)構(gòu)比較致密，磷化質(zhì)量得到了明顯改善。王春明和吳純素等人的研究結(jié)果還表明，冷軋汽車(chē)板的表面粗化對(duì)于形成致密的磷化膜非常有利，這種作用可以歸結(jié)為機(jī)械粗化促使冷軋汽車(chē)板表面真實(shí)面積增大而使成核活性中心增多所致。

為了進(jìn)一步明確表面粗糙度對(duì)冷軋汽車(chē)板磷化膜質(zhì)量的影響，本試驗(yàn)利用粗糙度儀、掃描電鏡(SEM)、X射線(xiàn)衍射儀(XRD)、電化學(xué)和CuSO4滴定等測(cè)試方法，分析了表面粗糙度對(duì)冷軋汽車(chē)板可磷化性和磷化膜耐腐蝕性能的影響。

Q-FOG CRH鹽霧試驗(yàn)箱常用于材料的耐腐蝕測(cè)試

試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料為A、B兩種冷軋汽車(chē)板，其中A板化學(xué)成分(%)為C：0.001—0.002，Si：0.003—0.005，Mn：0.1—0.2，P≤0.015，S≤0.005，Ti：0.04—0.06，Al：0.04—0.05;B板化學(xué)成分(%)為C：0.002—0.004，Si：0.001—0.003，Mn：0.1—0.2，P≤0.015，S≤0.005，Ti：0.04—0.06，Al：0.05—0.06。

表面粗糙度測(cè)試。利用HommelT8000型粗糙度測(cè)試儀測(cè)試A、B板的表面粗糙度，每個(gè)試樣測(cè)試10次取平均值。

可磷化性預(yù)測(cè)。根據(jù)CN1854727—2006《用于冷軋板可磷化性預(yù)測(cè)的硼酸鹽溶液》對(duì)A、B板進(jìn)行磷化前的可磷化性試驗(yàn)。

磷化膜結(jié)構(gòu)及耐腐蝕性能評(píng)價(jià)。對(duì)A、B板進(jìn)行磷化處理，利用SEM觀察A、B板磷化膜的表面形貌和晶粒尺寸，利用XRD測(cè)試磷化膜的主要物相成分，輔以電化學(xué)開(kāi)路電位、極化曲線(xiàn)和CuSO4滴定試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)磷化膜的耐腐蝕性能。

電化學(xué)測(cè)試所用儀器為CHI660型電化學(xué)工作站，工作電極為磷化后的冷軋汽車(chē)板，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑絲網(wǎng)，試驗(yàn)溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%的NaCl溶液，室溫下進(jìn)行。極化曲線(xiàn)掃描速度為0.5mV/s，相對(duì)于開(kāi)路電位±250mV掃描。CuSO4滴定試驗(yàn)溶液為濃度為41g/L的CuSO4·5H2O，濃度為35g/L的NaCl和濃度為13mL/L的0.1mol/LHCl混合溶液，每個(gè)試樣滴定5次，取平均值。

結(jié)果與討論

表面粗糙度及可磷化性。常用于冷軋汽車(chē)板表面粗糙度定義主要是表征表面微觀不平度高度特性的參數(shù)輪廓算術(shù)平均偏差Ra，有時(shí)還用表征微觀不平度間距特性的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)峰個(gè)數(shù)RPc，其含義是指在評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)每厘米超出沿中線(xiàn)對(duì)稱(chēng)帶寬的峰和谷的對(duì)數(shù)。試驗(yàn)用冷軋汽車(chē)板表面粗糙度測(cè)試結(jié)果為A板Ra：0.900μm，Rz：5.682μm，RPc：80.23個(gè)/cm，WCA：0.2957;B板Ra：0.963μm，Rz：5.438μm，RPc：92.53個(gè)/cm，WCA：0.5118。(注：Ra為表面微觀不平度高度特性的參數(shù)輪廓算術(shù)平均偏差，Rz為微觀不平度10點(diǎn)高度，RPc為微觀不平度間距特性的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)峰個(gè)數(shù)，WCA為波紋度)。

由結(jié)果可見(jiàn)，A、B板的表面微觀不平度高度特性的參數(shù)輪廓算術(shù)平均偏差B板略高。但是，B板的RPc為92.53個(gè)/cm，A板的RPc只有80.23個(gè)/cm，B板的波紋度也遠(yuǎn)大于A板，這說(shuō)明B板表面單個(gè)坑的面積要小于A板。這種凹凸均勻的粗化表面對(duì)于冷軋汽車(chē)板可磷化性及后期的磷化處理效果有著很大的影響。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果表明，冷軋汽車(chē)板磷化后的磷化膜質(zhì)量(包括磷化膜的膜重和結(jié)晶尺寸)可以由可磷化敏感性曲線(xiàn)出現(xiàn)的拐點(diǎn)來(lái)預(yù)測(cè)，按拐點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間可將冷軋汽車(chē)板表面的磷化敏感性分為重敏感區(qū)(小于50s)、中度敏感區(qū)(150—300s)和輕度敏感區(qū)(300—500s)，冷軋汽車(chē)板出現(xiàn)拐點(diǎn)的時(shí)間處于中度敏感區(qū)內(nèi)時(shí)，后期的磷化效果普遍較好。

A板可磷化敏感性曲線(xiàn)拐點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間約為100、420s，B板可磷化敏感性曲線(xiàn)拐點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間約為180、270s。A板的磷化敏感性在重敏感區(qū)與中度敏感區(qū)之間以及輕度敏感區(qū)，而B(niǎo)板的磷化敏感性處在中度敏感區(qū)內(nèi)，由此可預(yù)測(cè)B板磷化膜的質(zhì)量?jī)?yōu)于A板。

表面粗糙度對(duì)磷化膜結(jié)構(gòu)的影響。A板磷化膜晶粒呈長(zhǎng)條板狀，橫向平鋪，致密性較差，出現(xiàn)了大晶粒叢生現(xiàn)象，且整個(gè)磷化膜的完整性很差，局部未磷化區(qū)域較多;B板磷化膜的晶粒呈短粗狀，晶粒尺寸為2—4μm，縱向生長(zhǎng)，整個(gè)磷化膜的致密性和完整性均非常好。

利用XRD分析了A、B板磷化膜的“P”比。就是指磷化膜成分中Zn2Fe(PO4)2·4H2O在整個(gè)磷化膜中所占的比例，“P”比越高，磷化膜的質(zhì)量越好。試驗(yàn)用冷軋汽車(chē)板磷化膜的物相成分(%)為A板Zn2Fe(PO4)2·4H2O[P]：24.6，Zn3(PO4)2·4H2O[H]：75.4，“P”比：24.6;B板Zn2Fe(PO4)2·4H2O[P]：86.6，Zn3(PO4)2·4H2O[H]：13.4，“P”比：86.6。

由結(jié)果可見(jiàn)，B板的“P”比遠(yuǎn)高于A板的“P”比。

由于B板的表面粗糙度大于A板，即B板出現(xiàn)凹凸不平的粗化表面相對(duì)于A板也就更加粗糙和均勻，這種凹凸不平會(huì)增加冷軋汽車(chē)板表面的真實(shí)比表面積，進(jìn)而使磷化過(guò)程中形核的活性中心增多，從而形成致密、完整的磷化膜。這是由于冷軋汽車(chē)板表面成核的活性中心增多，磷化過(guò)程中基板中溶解出來(lái)的Fe2+就更容易和磷化液反應(yīng)生成Zn2Fe(PO4)2·4H2O。表面粗糙度越小，形核的活性中心減少，冷軋汽車(chē)板表面的酸溶解性顯著降低，從而抑制了磷化過(guò)程中冷軋汽車(chē)板表面的化學(xué)轉(zhuǎn)化性能，使磷化膜的形核率降低。

冷軋汽車(chē)板表面粗化有利于磷化過(guò)程中表面的形核，形成結(jié)構(gòu)致密、完整以及晶粒尺寸適中的磷化膜。但是，需要指出的是，表面過(guò)于粗化對(duì)形核也是不利的。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)合理控制冷軋汽車(chē)板表面粗糙度和RPc值。

表面粗糙度對(duì)磷化膜耐腐蝕性能的影響。冷軋汽車(chē)板表面粗糙度會(huì)影響磷化膜的結(jié)構(gòu)及物相成分，進(jìn)而影響汽車(chē)板磷化膜的耐腐蝕性能。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)用冷軋汽車(chē)板磷化膜的極化曲線(xiàn)進(jìn)行擬合得到了A、B板磷化膜的自腐蝕電位和腐蝕電流密度，結(jié)果如下：A板自腐蝕電位-0.540V，腐蝕電流密度6.80mA·cm-2;B板自腐蝕電位-0.515V，腐蝕電流密度3.88mA·cm-2。

在冷軋汽車(chē)板磷化反應(yīng)的初始階段，即酸蝕階段，開(kāi)路電位可以表征鋼板磷化膜表面的腐蝕電化學(xué)活性，電位越正，表明冷軋汽車(chē)板的腐蝕傾向性越小，電化學(xué)活性越低。B板磷化膜的開(kāi)路電位比A板高，腐蝕電流密度比A板低，說(shuō)明B板磷化膜的腐蝕傾向性小于A板。

滴定試驗(yàn)主要是通過(guò)滴到磷化膜上溶液由藍(lán)色變?yōu)榧t色的時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)其耐腐蝕性能，變色時(shí)間越長(zhǎng)說(shuō)明磷化膜越致密，耐腐蝕性能越好。通過(guò)對(duì)A、B板磷化膜的CuSO4滴定試驗(yàn)得出，A板磷化膜的滴定變色時(shí)間很短，約為10s，而B(niǎo)板磷化膜的滴定變色時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)60s。這一結(jié)果同樣也說(shuō)明了B板磷化膜的耐腐蝕性能優(yōu)于A板。

綜上所述，通過(guò)表面粗糙度和冷軋汽車(chē)板可磷化性試驗(yàn)可以預(yù)測(cè)冷軋汽車(chē)板磷化后磷化膜的質(zhì)量;提高冷軋汽車(chē)板表面粗糙度有利于其表面形成致密、均勻的磷化膜;提高磷化膜的“P”比可以提高磷化膜的耐腐蝕性能。因此，生產(chǎn)中應(yīng)合理控制冷軋汽車(chē)板表面粗糙度和RPc值。