分享：重量法測(cè)定熱鍍鋅鐵合金鋼板鈍化膜、耐指紋膜質(zhì)量

熱鍍鋅鐵合金板又稱作合金化熱鍍鋅板（GA板），其制造工藝是在鋅鍋之后啟用合金化爐，在對(duì)鋼板進(jìn)行加熱的過程中，形成鋅鐵合金鍍層[1−2]。為了進(jìn)一步增強(qiáng)鍍鋅鋼板的防銹和耐腐蝕性能，有諸如耐指紋、磷化、鈍化、涂油等多種化學(xué)表面后處理方式[3−5]，來增加其使用壽命。耐指紋鋼板因其具備良好的耐指紋性能、耐蝕性能和導(dǎo)電性能而被廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品等[6]。鈍化處理因其工藝簡(jiǎn)單、防銹性能好、成本較低而同樣用途廣泛。如果鍍鋅板耐指紋膜或鈍化膜涂覆量過少，達(dá)不到預(yù)期的抗腐蝕性能，無法滿足客戶的需求；如果耐指紋膜或鈍化膜涂覆量過多，則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，而且過量的耐指紋膜會(huì)導(dǎo)致鋼板導(dǎo)電性變差。因此，準(zhǔn)確測(cè)定鍍鋅板鈍化膜、耐指紋膜的質(zhì)量十分重要。

據(jù)了解，測(cè)定鍍鋅板后處理膜質(zhì)量常見的方法有X射線熒光光譜法，文獻(xiàn)[7−9]實(shí)質(zhì)上是應(yīng)用熒光法分別測(cè)定Cr元素和Si元素來確定鍍鋅板鈍化膜質(zhì)量；而針對(duì)耐指紋膜，文獻(xiàn)[10]應(yīng)用了熒光法測(cè)定Cr元素和Zr元素來計(jì)算出膜層質(zhì)量。由此可見，熒光法的實(shí)施需要掌握鍍鋅板所涂覆后處理液的元素組成并且依賴于后處理液化學(xué)成分的穩(wěn)定不變。鈍化劑、耐指紋劑生產(chǎn)制造商在實(shí)際生產(chǎn)中，不同批次的鈍化劑、耐指紋劑成分可能存在波動(dòng)。測(cè)定后處理膜質(zhì)量最直接最可靠的是重量法，即采用某種試劑只將鈍化膜或耐指紋膜除去，利用試樣前后的質(zhì)量差和試樣面積即可求得鈍化膜、耐指紋膜質(zhì)量。但目前很難找到只溶解鈍化膜層或者耐指紋膜層而不腐蝕鍍鋅層的試劑。

研究表明，合金化熱鍍鋅板鍍層成分為鋅、鐵和少量的鋁元素[11]，GA板鍍層中鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為8%~13%[12−13]。圖1為合金化熱鍍鋅板結(jié)構(gòu)圖，已知熱鍍鋅生產(chǎn)線所用的鈍化劑、耐指紋劑成分中均不含鋅、鐵、鋁元素[14]，所以將包含后處理膜的鍍層溶解，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定鍍層質(zhì)量，用重量法即可計(jì)算得到鈍化膜、耐指紋膜的質(zhì)量，這樣就建立了一種測(cè)定熱鍍鋅鐵合金板鈍化膜、耐指紋膜質(zhì)量的方法，并且不受鈍化液、耐指紋液成分波動(dòng)的影響。

1.   試驗(yàn)部分

1.1   主要試劑及材料

鹽酸，1.16 g/mL，優(yōu)級(jí)純；六次甲基四胺（C6H12N4），分析純；剝離液：將3.5 g六次甲基四胺溶解于500 mL濃鹽酸中，用水稀釋至1000 mL；無水乙醇；鋅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，質(zhì)量濃度為1000 mg/L；鐵標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，質(zhì)量濃度為1000 mg/L；鋁標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，質(zhì)量濃度為10 mg/L（由質(zhì)量濃度為1000 mg/L的鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋100倍而得）；實(shí)驗(yàn)用水為純水機(jī)制備的超純水，電阻率≥18 MΩ·cm；脫脂棉；橡膠溶樣杯[15]，尺寸更改為可放置?80 mm圓片試樣的橡膠杯；玻璃器皿：容量瓶、量筒、移液管、大肚吸管、燒杯等。

1.2   儀器及工作參數(shù)

圓片沖床，可制取?80 mm的圓片試樣；電子分析天平，感量為0.1 mg；美國(guó)安捷倫公司Agilent 5110型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。

發(fā)射光譜儀最佳工作條件：射頻發(fā)生器功率為1150 W；霧化氣流量為0.70 L/min；等離子體氣流量為12.0 L/min；輔助氣流量為1.00 L/min；泵速為12 r/min；提升延遲為20 s；使用快速泵；讀取時(shí)間為5 s；穩(wěn)定時(shí)間為15 s；采用徑向觀察模式，觀察高度為8 mm。純度高于99.99%的高純氬氣作為氣源。

1.3   試驗(yàn)方法

1.3.1   樣品制備

將鈍化GA板或耐指紋GA板用圓片沖床制取?80 mm的圓片樣品（試樣單面面積A=50.265 cm2），沖制過程中應(yīng)避免待測(cè)后處理膜受到破壞。為了去除圓片表面的油污，可用脫脂棉蘸取無水乙醇，輕輕擦拭后吹干。

1.3.2   鍍鋅層和后處理膜層總質(zhì)量的測(cè)定

用分析天平進(jìn)行稱重，精確至0.0001 g，記錄圓片樣品的原始質(zhì)量W1(g)。將圓片樣品待測(cè)面朝上，放入橡膠溶樣杯中，壓實(shí)圓片邊部與橡膠杯緊密貼合。用量筒量取20 ml剝離液至溶樣杯中的圓片樣品上，當(dāng)氣泡不再冒出時(shí)，溶解過程結(jié)束，將溶樣杯中的剝離液倒入1000 ml容量瓶中，用水輕輕沖洗圓片表面及溶樣杯內(nèi)壁若干次并將沖洗液全部倒入1000 ml容量瓶中，用水定容并搖勻，用于測(cè)定鍍鋅層質(zhì)量。將圓片取出并吹干，再次用分析天平稱量，精確至0.0001 g，記錄剝離鍍鋅層及后處理膜層后的樣品質(zhì)量W2(g)，則鍍鋅層和后處理膜層總質(zhì)量W如式（1）所示。

1.3.3   鍍鋅層質(zhì)量的測(cè)定

（1）校準(zhǔn)溶液的配制和酸度匹配

根據(jù)熱鍍鋅機(jī)組GA板生產(chǎn)工藝中的鍍鋅量范圍確定校準(zhǔn)曲線各點(diǎn)的濃度，本文以單面鍍鋅量為30~90 g/m2、其中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以8%~13%來計(jì)算。準(zhǔn)備6個(gè)100 ml容量瓶，按照表1所示，依次準(zhǔn)確移取鋅、鐵、鋁標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，再用量筒分別量取2 ml剝離液于每個(gè)容量瓶中進(jìn)行酸度匹配以排除酸效應(yīng)的影響，用水定容后搖勻，配制成具有濃度梯度的系列混合校準(zhǔn)溶液。

（2）發(fā)射光譜譜線的選用和校準(zhǔn)曲線的擬合

綜合考慮待測(cè)元素光譜強(qiáng)度的信噪比和所測(cè)溶液中各元素之間的光譜干擾情況，選擇光譜干擾小、背景低、靈敏度好的譜線作為分析譜線。將ICP光譜儀的各工作參數(shù)設(shè)定至最佳條件，點(diǎn)火并穩(wěn)定后，依次對(duì)各校準(zhǔn)溶液進(jìn)行發(fā)射光譜強(qiáng)度的測(cè)定，依次以溶液中所含Zn、Fe、Al元素的質(zhì)量為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的發(fā)射光譜強(qiáng)度作為縱坐標(biāo)，進(jìn)行曲線擬合。所選用的發(fā)射光譜譜線波長(zhǎng)和校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)見表2。

（3）圓片試樣鍍鋅量的測(cè)定

將已定容至1000 ml的鍍層溶液用ICP光譜儀進(jìn)行測(cè)定，得出圓片試樣的鍍層中Zn、Fe、Al元素的質(zhì)量，分別記作WZn、WFe、WAl，鍍鋅圓片的鍍層質(zhì)量記作W3，單位為g，則有：

1.3.4   后處理膜層質(zhì)量的計(jì)算

使用式(3)計(jì)算GA板鈍化膜或耐指紋膜質(zhì)量W4，單位為g/m2。

2.   結(jié)果與討論

準(zhǔn)備若干鈍化GA板和耐指紋GA板試樣，先用X射線熒光光譜法分別測(cè)定鈍化膜、耐指紋膜的質(zhì)量，再用本方法進(jìn)行測(cè)定，比對(duì)數(shù)據(jù)見表3。從表3中數(shù)據(jù)可以看出，本方法測(cè)定結(jié)果與X射線熒光光譜法（XRF）的分析結(jié)果基本一致。采用獨(dú)立雙樣本t檢驗(yàn)來判斷，由統(tǒng)計(jì)學(xué)t檢驗(yàn)臨界表查得，雙側(cè)的顯著性水平為5%、自由度為7時(shí)的t值為2.365，2種方法鈍化膜測(cè)定數(shù)據(jù)t值為0.075、耐指紋膜測(cè)定數(shù)據(jù)t值為0.142，均小于t0.05(7)（2.365），說明與X射線熒光光譜法比較，重量法的測(cè)定結(jié)果差別不顯著；鈍化膜測(cè)定數(shù)據(jù)P值為0.47、耐指紋膜測(cè)定數(shù)據(jù)P值為0.44，均大于0.05，說明結(jié)果無差異。

3.   結(jié)論

（1）建立了一種測(cè)定熱鍍鋅鐵合金板鈍化膜、耐指紋膜質(zhì)量的方法，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

（2）與X射線熒光光譜法相比，采用重量法一方面不需要去深究鈍化膜、耐指紋膜的組分構(gòu)成，另一方面排除了鈍化液、耐指紋液成分不穩(wěn)定導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差的影響。

文章來源——金屬世界