锌铝镁钢板表面黑点缺陷原因分析与控制

张鹏^1,2,梅淑文³,张启富¹,孙力²,于程福³,曹宏玮²

(1. 钢铁研究总院先进金属材料涂镀国家工程实验室， 北京 100081；2. 河钢集团钢研总院用户技术研究所， 河北 石家庄 050023；3. 河钢集团唐钢公司技术中心， 河北 唐山 063000)

摘要：针对厚镀层锌铝镁产品出现的黑点缺陷，使用光学显微镜、激光共聚焦显微镜、扫描电镜、能谱、微区XRD对缺陷进行分析。结果表明，黑点位置富含共晶相，这是由于局部缺少凸出的先析出富锌相、共晶组织对光反射的特点以及镁化合物在空气中的氧化，导致其目视为黑色。使用中性盐雾试验对黑点样品及正常样品进行测试，并对其耐蚀机理进行了分析。结合现场工艺，通过优化冷却制度，增加镀层在凝固时的过冷度，抑制共晶相的局部富集，使该问题得到解决。

关键词：热镀；锌铝镁；黑点缺陷；盐雾试验；冷却

1 引言

随着中国各行业向着绿色化、低碳化转变，对清洁能源需求越来越大，因此光伏发电作为一种绿色能源供给方式，得到了迅猛发展。相关数据显示，2020年中国新增光伏装机容量为48.2 GW，累计装机容量为254.4 GW，均位列全球第一。在光伏发电产品安装过程中，为了保证产品的耐蚀性，光伏支架等构件需要进行防腐处理，常规方法是批量镀锌法，镀层厚度为800~1 400 g/m²，但是批量镀锌工序存在污染大、单位能耗高等问题，随着各地对环保的重视，该方法处于逐渐缩量的趋势。由于具有良好的耐蚀性与切边保护性，锌铝镁产品越来越多地应用在光伏支架等产品中，光伏行业内普遍使用的锌铝镁产品基板厚度为1.5~2.0 mm，镀层厚度为275~350 g/m²。然而，在某厂的生产实践中，发现厚基板厚镀层锌铝镁产品存在局部黑点问题，影响观感，同时也造成了客户对其是否影响耐蚀性的怀疑。

国内关于热浸镀产品的各类黑点问题开展过较多研究，其中田亚强等通过SEM及EDS等手段，对冷轧镀锌板的表面黑点缺陷进行了研究，发现镀锌黑点的产生原因为冷轧时氧化铁颗粒的压入导致基板表面产生了小凹坑，在热镀锌时，凹坑处锌铁反应剧烈导致镀层较厚，在平整时，厚镀层处与光整辊剧烈摩擦，形成氧化膜，在光线下呈黑色。闫秉昊等通过SEM及EDS等方法对热镀铝锌硅镀层的表面黑点缺陷进行了研究，其将黑点产生的原因分为了3类：由于镀层局部增厚，在运输过程中钢卷内板面相互摩擦，导致镀层表面损伤的黑点；由于炉鼻锌灰黏附在钢板上产生漏镀的黑点；由于辊面异物黏附在镀层表面的黑点。杜江等使用SEM及EDS等方法，对中铝系及低铝系锌铝镁表面黑点缺陷进行了研究，认为对于中铝系锌铝镁黑点，其产生原因为局部出现了大晶粒、大面积的共晶组织，该组织发生氧化后对光线的散射导致其目视为黑色；对于低铝系锌铝镁产品，黑点也是由于结晶组织异常导致，局部共晶组织面积较大，与中铝系锌铝镁黑点有所区别的是，低铝系黑点中间存在杂质点作为结晶核。

综上可知，国内研究黑点的主要测试手段为SEM及EDS，手段较为单一，尤其是对锌铝镁产品黑点是否对耐蚀性有影响缺乏数据支撑。为了进一步分析该缺陷产生原因以及对耐蚀性是否有影响，进而控制该缺陷，本文进行了综合测试并结合现场工艺优化，解决了该问题。

2 精选图表

3 结论

(1)锌铝镁黑点产生是由于局部存在Mg₂Zn₁₁、MgZn₂、Zn及Al的共晶富集区。目视发黑的主要原因为局部缺少凸出的、可发出金属光泽的富锌相；共晶相为片层状结构，导致对光的反射存在区别；共晶相富镁，容易被空气中的氧气所氧化，形成黑色的氧化物。

(2)通过气刀工艺调整、风机结构调整及强化凝固前的镀后冷却，增加锌铝镁镀层表面凝固时的过冷度，可以解决黑点问题。

(3)锌铝镁黑点由于富含共晶相，可有效提高镁离子浓度，延长pH升高所需反应时间，同时增加耐蚀产物的生成，不影响产品的耐蚀性。