汽车镀锌板表面缺陷的案例分析

秦兴祖，沈 健，张 雯Qin Xingzu，Shen Jian，Zhang Wen

汽车镀锌板表面缺陷的案例分析

秦兴祖，沈 健，张 雯
Qin Xingzu，Shen Jian，Zhang Wen

（北京汽车研究总院有限公司，北京 101300）

通过金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪对2例汽车镀锌板表面缺陷进行分析。案例1为车门外板表面目视黑点缺陷，缺陷位置的镀锌层厚度约是正常位置4倍，镀锌层中含有富铁相，基板表面存在下凹现象，说明缺陷是富铁相锌渣粘附于钢板表面形成局部镀锌层厚区，经平整或开卷后表现为目视可见的黑点；
案例2为侧围外板零件表面目视亮点缺陷，缺陷位置的基板表面下凹，镀锌层之间存在分层现象，说明缺陷是热镀锌板冲压掉落的锌屑被模具压入零件表面，经打磨后表现为目视可见的亮点。

目视黑点缺陷；
富铁相锌渣；
目视亮点缺陷；
锌屑掉落

为满足防腐要求并保证涂装后的外观质量，钢制汽车外覆盖件通常使用超高级精整表面镀锌板[1]。镀锌板相比裸板生产工艺较为复杂，易在镀层表面产生锌渣、黑点等缺陷[2]。钢厂研究人员使用金相显微镜、SEM（Scanning Electron Microscope，扫描电子显微镜）和EDS（Energy Dispersive Spectroscopy，能谱仪）等试验工具结合工艺流程进行排查分析，明确镀锌板表面缺陷问题的产生原因、整改方向，并将相应问题关闭在钢厂内部，避免缺陷产品流向汽车主机厂[3-5]。但是，在应用过程中，会在已开卷的板料表面或已冲压生产的零件表面发现缺陷，需要通过试验分析明确缺陷产生原因并推动整改。本文针对汽车镀锌板冲压生产过程中遇到的2类缺陷问题，使用金相显微镜、SEM和EDS对缺陷板料和零件的截面微观结构、表面形貌及成分进行试验分析。

1.1 外观检验

某车型的车门外板来料入厂检验时，发现板料表面分散分布着目视可见的黑点缺陷，大小不一且板材正反面均有分布，外观形貌如图1所示。车门外板材料牌号HC180BD+Z50/50，热镀锌。为明确缺陷产生的原因，对材料进行外观、金相、SEM等检验。

图1　目视黑点外观形貌

图2　目视黑点位置表面SEM形貌

取目视黑点缺陷位置进行表面形貌SEM观察，由图2可知，缺陷位置的颜色较正常位置偏深，表面形貌与镀锌层之间无分层或嵌入现象，由此排除镀锌之后压入异物的可能。

1.2 金相分析

取目视黑点缺陷位置进行截面金相制样和检验分析。制样时标记缺陷位置，在采用P2000砂纸打磨及抛光过程中，使用工业酒精作为介质，防止镀锌层接触水出现腐蚀发黑，避免对金相观察和分析产生影响。

采用层层递进的打磨方式，当到达标记位置时进行金相显微镜观察和记录。由图3（a）可知，目视黑点缺陷的基材表面存在下凹现象，镀锌层厚度为22.3 μm，是镀锌量Z50/50计算的平均厚度7 μm的3倍多；
同时发现该处镀锌层没有分层现象，说明镀锌层厚度偏大不是镀锌工艺后经平整或开卷等其他过程压入的锌屑导致，而是形成于镀锌工艺过程中。相比之下，正常区域的基材表面较平整且镀锌层厚度为7.2 μm，如图3（b）所示。为确定目视黑点缺陷位置的镀锌层厚度偏大的原因，对金相试样继续进行打磨和观察，在接近黑点中心的位置，发现镀锌层中存在其他相，且镀锌层厚度进一步增大至30.6 μm，基板下凹现象越发明显，如图3（c）所示。

1.3 SEM和EDS检验

为明确目视黑点缺陷位置的镀锌层中其他相的主要成分和产生原因，取截面金相试样进行SEM和EDS检验。SEM微观形貌如图4（a）所示，经EDS面扫成像显示，除Zn元素外主要成分为Fe元素，如图4（b）所示，说明该镀锌层中其他相为富铁相，应是锌锅中富铁相的锌渣粘附于钢板表面导致。

图4　镀锌层中其他相SEM和EDS检验结果

1.4 小 结

通过多种检验方法分析得到，车门外板表面目视黑点缺陷位置基板下凹、镀锌层厚度偏大、镀锌层中含有富铁相，这是由于锌锅中富铁相的锌渣粘附于钢板表面形成局部镀锌层厚区，在平整或开卷过程中与轧辊挤压摩擦后表现为目视可见的黑点缺陷。锌渣是一种热镀锌钢板常见的缺欠或缺陷类型，是导致上述目视黑点缺陷的根本原因。为了不影响白车身奥迪特评审和涂装质量，应对单个黑点尺寸和单位面积内的黑点数量进行管控。

2.1 外观检验

某车型的侧围外板零件在冲压成型后，经打磨目视可见亮点缺陷，外观形貌如图5所示。侧围外板材料牌号DC56D+Z50/50，热镀锌。为明确缺陷产生的原因，对材料进行外观、金相等检验。

图5　目视亮点外观形貌

2.2 SEM和金相检验

取目视亮点缺陷位置进行表面形貌SEM观察，其表面分布着打磨的条纹，如图6（a）所示。通过放大观察发现，亮点缺陷与零件表面存在分层现象，如图6（b）所示，说明缺陷产生的原因是有异物被压到零件表面导致。

为明确异物来源，取目视亮点缺陷位置进行金相截面制样和观察，由图7可知，异物与零件表面存在明显分层，异物金相与零件表面镀锌层一致，零件表面下凹基材镀锌层完整，说明有锌屑被压到零件表面。对冲压模具表面进行检查，发现模具表面存在掉落的锌屑，如图8所示，由此推测缺陷产生的原因是热镀锌板冲压过程掉落的锌屑被压到了零件表面。

图7 目视亮点缺陷位置截面金相

图8　冲压模具表面锌屑

2.3 小 结

通过多种检验方法分析得到，侧围零件表面目视亮点缺陷位置存在与基板分层的锌屑、基板下凹，这是由于热镀锌板冲压过程中掉落的锌屑被模具压入了零件表面，经打磨后表现为目视可见的亮点缺陷。在材料、模具、工艺、零件结构等优化至最佳状态的基础上，对热镀锌板冲压生产过程中擦模频率进行管控，防止掉落的锌屑被压入零件表面影响零件表面质量。

本文针对2类镀锌板表面缺陷问题，通过多种检验方法分析得出：（1）富铁相的锌渣粘附于车门外板钢板表面形成局部镀锌层厚区，经后续平整或开卷过程与轧辊之间挤压摩擦，在钢板表面形成目视可见的黑点，须对单个黑点尺寸和单位面积内的黑点数量进行管控；
（2）热镀锌板冲压掉落的锌屑被模具压入侧围零件表面，经打磨后形成目视可见的亮点，须对热镀锌板冲压生产过程中擦模频率进行管控，以防止掉落的锌屑影响零件表面质量；
（3）金相显微镜、SEM和EDS是分析镀锌板应用表面缺陷问题的有效工具。

[1]王彭涛，蒋光锐，刘李斌．热镀锌汽车板亮点缺陷研究[J]．热加工工艺，2019，48（8）：248-250．

[2]刘李斌，蒋光锐，马兵智，等．连续退火热镀锌板镀层表面黑点缺陷研究[J]．金属热处理，2014，39（9）：137-140．

[3]杨华，于洋，李晓，等．热镀锌汽车板表面黑色污点缺陷研究[J]．轧钢，2018，35（3）：33-36，40．

[4]陈刚，但斌斌，严开勇，等．热镀锌板隐形锌渣缺陷的典型特征及控制措施[J]．机械工程材料，2019，43（1）：31-35．

[5]葛志勇，杨波，杨继武，等．热镀锌汽车板表面小黑点缺陷研究及改进[J]．宝钢技术，2021（3）：33-36，40-44．

2022-08-29

1002-4581（2022）06-0028-04

U463.83+2

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2022.06.008

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