黃久貴
（寶山鋼鐵股份有限公司冷軋薄板廠，上?！。玻埃埃矗常保?/span>
摘 要：采用金相顯微鏡、掃描電鏡和電化學(xué)分析方法，研究了基板金相結(jié)構(gòu)對鍍錫板錫鐵層特性和錫層結(jié)合力的影響。結(jié)果表明，晶粒細小的鍍錫基板獲取的鍍錫層較為粗糙，且鍍錫層存在明顯的孔隙；隨著鍍錫基板晶粒的增大，鍍錫層的孔隙減少，且鍍層均勻致密；晶粒粗大的鍍錫基板沉積錫層的自腐蝕電位明顯大于晶粒細小的鍍錫基板表面鍍錫層；晶粒粗大的鍍錫基板表面沉積錫層的結(jié)合力較好。
關(guān)鍵詞：金相結(jié)構(gòu)；鍍錫板；錫層；結(jié)合力；晶粒
１前言
鍍錫板是在冷軋低碳薄鋼板雙面上鍍覆純錫，其集鋼的強度和成形性與錫的耐蝕性、焊接性和外觀性于一體，被廣泛應(yīng)用于食品制罐、飲料制罐工業(yè)、容器、沖壓制品、包裝材料及制作玩具、瓶蓋等［１，２］。隨著我國食品、輕工、汽車及家電工業(yè)的發(fā)展，對包裝材料的需求不斷擴大，但同時鋁材、塑料、復(fù)合材料和硬紙板等包裝新材料不斷涌現(xiàn)，電鍍錫板作為食品或非食品容器包裝材料面臨的市場競爭壓力越來越激烈，這就要求必須不斷提高鍍錫板的產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。
鍍錫板生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜［３］，不同的生產(chǎn)工藝可改變鍍錫基板的晶粒特征和物理特性。鍍錫基板的晶粒特征對鍍錫板的生產(chǎn)工藝及其產(chǎn)品質(zhì)量均有著非常明顯的影響，如電鍍過程錫的電化學(xué)生長機制及其與基板的結(jié)合力。由于鍍錫層硬度較低，且生產(chǎn)過程中與其接觸的輥系或部件較多，鍍錫層與基板的結(jié)合力差可能導(dǎo)致鍍錫機組輥系粘錫缺陷、鍍錫板表面的小白點缺陷等，而關(guān)于這方面的研究報道較少［４－５］。本文通過金相顯微鏡分析各基板的金相組織，采用電化學(xué)方法和涂層劃痕實驗分析相應(yīng)的鍍錫基板特性和錫層結(jié)合力的差異，對提高鍍錫板產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的意義。
２實驗
實驗用鍍錫基板為寶鋼的低碳鋼板，分別剪?。担埃恚?times;４０ｍｍ尺寸４種不同材料的基板，并用６００＃砂紙打磨以確保其相同的表面狀態(tài)。觀察其金相組織，之后，經(jīng)堿洗、水洗、酸洗、水洗，采用弗洛斯坦法進行電鍍錫以獲取錫層厚度為５．６ｇ／ｍ２的鍍錫板（１＃～４＃）。
板表面形貌，進行電化學(xué)測試，即標準三電極系統(tǒng)，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑片，工作電極為樣品，留出工作面，其他表面以聚四氟乙烯和石蠟封固。進行電位極化曲線測試時，掃描速度為０．２ｍＶ／ｓ；進行循環(huán)伏安測試時，掃描速度為１０ｍＶ／
ｓ。腐蝕介質(zhì)為３．５％（質(zhì)量分數(shù)）ＮａＣｌ溶液，測試溫度為室溫。采用自動涂層劃痕儀，以ＨＢ或２Ｂ鉛筆為探頭，改變探頭的加載力，依據(jù)加載力在鍍錫層表面的變化表征錫層的結(jié)合力［６］。
３結(jié)果與討論
３．１不同工藝條件下鍍錫基板的金相結(jié)構(gòu)
圖１為不同鍍錫基板的金相結(jié)構(gòu)。由圖１可知，４＃鍍錫基板的晶粒明顯粗大、均勻，單位面積下晶粒的個數(shù)少，晶界密度低，且無碎小晶粒。這可能是由于４＃鍍錫基板碳、錳等雜質(zhì)元素含量低、硬度小，導(dǎo)致其晶粒具有較好的延展性。因此，在壓下率相同的軋制制度下冷軋板基體的晶粒能保持較好的完整性；同時，退火溫度高和保溫時間長的罩式退火工藝促使基板晶粒長大更充分［６，７］。１＃鍍錫基板表面存在較多的細小晶粒，且大小不均，這可能是由于軋制工藝不同、軋制總壓下率不同導(dǎo)致晶粒沿軋制方向被拉伸，完整的大晶粒被破碎，晶粒進一步趨于細化，從而使退火過程的再結(jié)晶動力增加，形核率較高［７
，８］。
３．２不同金相結(jié)構(gòu)對鍍錫板特性的影響
圖２為不同金相結(jié)構(gòu)相應(yīng)的鍍錫板表面形貌。由圖２可知，晶粒細小的鍍錫基板其鍍錫層較為粗糙，且鍍錫層存在明顯的孔隙。隨著鍍錫基板晶粒的增大，鍍錫層的孔隙減少，且鍍層均勻致密，如圖２ｄ所示。這主要是由于晶格的完整性和放電效率直接影響著鍍層晶核形成及長大，而鍍錫基板中含有碳、錳、硅、磷和硫等雜質(zhì)元素，且碳、錳元素隨著基板強度升高其含量也隨之增加，這些雜質(zhì)元素主要富集在晶界處，而電鍍過程中錫晶核很難在這些元素晶界處形核生長，但是基板晶粒粗大處很容易生長錫晶核。因此，晶粒粗大的鍍錫基板表面沉積的錫層致密、孔隙少［９］。圖３為電化學(xué)極化曲線，晶粒粗大的鍍錫基板鍍錫層自腐蝕電位明顯大于晶粒細小的鍍錫基板鍍錫層。這主要是由于其相應(yīng)的鍍錫層的致密性和
孔隙率所決定。
３．３不同金相結(jié)構(gòu)對鍍錫層結(jié)合力的影響
圖４為不同金相結(jié)構(gòu)相應(yīng)的鍍錫層劃痕曲線。由圖４可知，對于１＃鍍錫基板的鍍錫層，
２Ｂ探頭的加載力為５．２Ｎ時，劃痕曲線出現(xiàn)了拐點。對于２＃鍍錫基板的鍍錫層，加載力為５．５Ｎ時，劃痕曲線出現(xiàn)了拐點。對于３＃鍍錫基板的鍍錫層，加載力為６．１Ｎ時劃痕曲線出現(xiàn)了拐點。而對于４＃鍍錫基板的鍍錫層，加載力為８Ｎ時劃痕曲線出現(xiàn)了拐點。由此可知，４＃鍍錫基板的鍍錫層與基板的結(jié)合力明顯好于其他鍍錫層。這主要是由于電鍍過程中，錫晶粒易沉積在晶粒粗大的鍍錫基板上，且電流效率明顯高于晶界處錫沉積的電流效率，進而決定了晶粒粗大的鍍錫基板表面沉積鍍錫層結(jié)合力要好于晶粒細小的鍍錫基板表面錫層結(jié)合力。
４結(jié)論
基板金相結(jié)構(gòu)對鍍錫板的特性和錫層結(jié)合力有著明顯的影響。晶粒細小的基板獲取的鍍錫層較為粗糙，且鍍錫層存在明顯的孔隙。隨著基板晶粒的增大，鍍錫層的孔隙減少，且鍍層均勻致密。電化學(xué)極化曲線表明，晶粒粗大的基板沉積錫層的自腐蝕電位明顯大于晶粒細小的基板。以２Ｂ鉛筆為探頭，依據(jù)加載力在鍍錫層表面的變化，在晶粒粗大的基板表面沉積錫層的探頭加載力達８Ｎ，結(jié)合力較好。
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