镀锌板表面缺陷的分析方法与流程

本发明属于钢铁材料表面质量分析方法技术领域，具体地属于一种镀锌板表面缺陷的分析方法。

背景技术：

汽车镀锌板是指在钢铁材料表面涂镀一层锌保护层，以提高汽车车身的耐腐蚀性。然后在汽车镀锌板制造和使用过程中，镀锌板表面较容易出现线状、黑斑、白斑、灰斑、凹坑、麻点、露钢、皱折、疤块、印痕、分层、穿孔、冲压开裂等各类缺陷，这些缺陷来源包括镀锌板材料在炼钢、热轧、冷轧、镀锌等工序中产生，或在汽车零部件的制造和装配过程中产生，弄清楚这些缺陷的类型、形成环节和原因，对于改进镀锌板表面质量具有重要的指导意义，对于企业具有显著的经济效益。

常规的镀锌板表面缺陷分析方法有(1)低倍显微镜观察材料缺陷的宏观形貌，(2)金相显微镜观察材料金相组织、夹杂物等情况，(3)电子显微分析方法观察分析缺陷部位的微观形貌、微区成分和微观取向等，(4)常规的强酸腐蚀去除表面镀锌层后的观察分析等。最终综合上述的观察分析结果，进一步的分析出镀锌板表面缺陷的类型、形成环节和成因。但是运用常规的分析方法无法有效的分析镀锌板表面的缺陷问题，具体原因如下：

1)对于镀锌板表面出现的质量问题，宏观观察后会采用电子显微分析方法，如扫描电镜或电子探针观察镀锌板表面的形貌和微区成分，但是由于镀锌层的覆盖，无法有效观察到基体板面的信息，因此无法确定缺陷是来自镀锌层还是基板；

2)观察完表面后需将试样的缺陷部位镶嵌成截面后进行观察，而试样在切割、磨制截面时，由于镀锌层容易粉化、外来物进入基体裂隙中等问题，无法判断该缺陷是由于试样本身的缺陷还是制样过程中人为带来的缺陷，因此导致分析结果不准确；

3)运用常规的强酸腐蚀去除表面镀锌层的方法，由于未考虑板面缺陷状态是否被破坏，原板面缺陷的信息是否保留完整，因此会导致缺陷的精确分析判断。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明公开了一种镀锌板表面缺陷的分析方法。本发明的分析方法包括腐蚀溶液的制备、镀锌层剥离试样的制备和镀锌层剥离试样的观察分析，在保留原基板缺陷信息的基础上，结合常规的缺陷分析方法，可系统有效地分析出镀锌板表面各种类型缺陷成因，对于提高镀锌板的表面质量起到了重要作用。

为实现上述目的，本发明提供了一种镀锌板表面缺陷的分析方法，包括制备试样，选择分析方法及综合分析的步骤，所述选择分析方法包括低倍显微镜观察、金相显微镜观察和电子显微分析方法观察，所述制备试样包括镀锌板表面镀锌层剥离试样的制备，具体过程如下：

(1)腐蚀溶液的配备：将盐酸缓慢的加入蒸馏水中，混合均匀后再加入乙酸，得到充分混合的混合溶液，再加入缓蚀剂，制备得到腐蚀溶液；

(2)镀锌层剥离试样的制备：取待测镀锌板，将待测镀锌板表面有缺陷部位标定，然后使有缺陷部位的一半或者全部浸没到所述步骤(1)制备的腐蚀溶液中，待不再产生气泡后取出，得到镀锌层剥离一半或全部剥离的镀锌板，用蒸馏水水洗后再迅速转移到沸水中洗涤1～2次，再依次进行干燥、超声清洗、再次干燥处理，制备得到镀锌层剥离一半或者全部剥离的试样。

进一步地，所述步骤(1)中，蒸馏水、盐酸与乙酸的体积比为5:3:1～2，所述活化剂的加入量占混合溶液的体积百分比为1～3％。

再进一步地，所述缓蚀剂为六次甲基四胺。

再进一步地，所述步骤(2)中，采用刻线笔将待测镀锌板表面有缺陷部位标定，且将待测镀锌板加工成长×宽为30×30mm的矩形。

再进一步地，所述电子显微分析方法观察包括采用扫描电镜或电子探针观察，或者将扫描电镜、电子探针分别结合能谱仪观察的分析方法。

本发明的原理：

1、本发明制备试样的原理：

对于镀锌板表面缺陷试样的制备主要包括镀锌层表面观察制样、镀锌层截面观察制样和镀锌层剥离试样的制备，其中，(1)镀锌层表面观察制样为在完成镀锌层表面缺陷部位的宏观观察和分析后，将试样切割成合适的尺寸，应用超声清洗仪等设备对试样表面的污染物进行清洗、干燥后，直接置于扫描电镜或电子探针中进行观察；(2)镀锌层截面观察制样为依据GB/T 13298《金属显微组织检验方法》进行金相截面试样的制备，在制样过程中为了防止镀锌板出现变形或粉化等问题，需要采用精密切割机在低速下进行切割，将切割完的试样运用冷镶嵌设备进行试样镶嵌，防止镀锌层出现热挤压变形的情况，在磨制和抛光阶段，也尽量保证在设备低速运转中进行；(3)镀锌层剥离试样的制备不同于常规的采用强酸腐蚀，本发明优选新配备的腐蚀溶液，能够保证将镀锌层剥离一半或者全部剥离，而不会影响原基板表面缺陷的信息。

2、本发明分析方法的原理：

分析方法包括低倍显微镜观察、金相显微镜观察和电子显微分析方法观察，其中低倍显微镜观察的过程为首先采用肉眼或放大镜对试样表面状态、颜色、表面附着物、缺陷位置、尺寸与分布等形貌特征进行仔细地观察，然后采用实体显微镜对缺陷特征及位置作进一步的观察与分析，并用文字描述、草图构画、照相等方式进行详细记录，在缺陷附近做标记，有利于显微分析时快速寻找待分析区域；金相显微镜观察为分别依据GB/T 13298《金属显微组织检验方法》、GB/T13299《钢的显微组织评定方法》和GB/T 10561《钢中夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》等对金相样品进行组织观察、夹杂物级别评定，记录缺陷的光学形貌及特征等，可依据GB/T 4340.1《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》对所选区域进行显微硬度测定，金相观察分析项目，是由综合分析要求而决定；电子显微分析方法观察为应用扫描电镜(或电子探针)的二次电子像(SEI)或背散射电子像(BEI)观察缺陷区域的显微形貌，背散射电子像对钢中夹杂物、析出相及异物压入的观察十分有效，利用电子背散射像衬度的差异，可以初步确定待分析区域平均原子序数的差异；应用电子探针(或扫描电镜)结合波谱仪或能谱仪可定性分析试样微区的元素组成及分布；依据GB/T 15074《电子探针定量分析方法通则》或GB/T 17359《微束分析能谱法定量分析》定量分析显微成分。

本发明分析方法的观察过程中优选分析顺序为：

a)低倍观察确认缺陷位置，并从低倍观察逐渐过渡到高倍观察；

b)首先进行镀锌层表面观察，若涉及材料内部缺陷时，制备缺陷截面试样进行观察；

c)若镀锌层表面观察无法确定缺陷形貌等信息，应用镀锌层剥离试样的制样方法来脱去表面镀锌层观察原板表面信息。

3、本发明的待测镀锌板试样和仪器选用原理：

待测镀锌板试样为DX53D+ZF镀锌板；

扫描电镜为FEI Quanta 400；

电子探针为EPMA 1720；

金相显微镜为OLYMPUS GX71。

有益效果：

1、本发明的分析方法开发了一种可保留原基板缺陷信息的脱锌制样工艺，有效地解决了镀锌板表面缺陷分析中的制样难题。

2、本发明的分析方法结合常规的金相、扫描电镜/电子探针、能谱仪等分析手段，再进一步地结合待测镀锌板生产工艺过程、材料产品质量、储存和使用条件等，能够系统分析镀锌板表面各种类型缺陷成因，且本发明的分析方法对于提高镀锌板的表面质量具有重要作用。

附图说明

图1为实施例镀锌板试样表面缺陷部位的宏观形貌；

图2为图1中试样脱锌前表面缺陷部位的电镜扫描图；

图3为图2的能谱图；

图4为图1中试样脱锌后表面缺陷部位的电镜扫描图；

图5为图4的能谱图；

图6为图1中试样截面处理后的电镜扫描图；

图7为图6的能谱图；

图8为图1中试样脱锌前表面缺陷部位的金相组织结构图。

具体实施方式

本实施例提供了一种镀锌板表面缺陷的分析方法，所述分析方法包括制备试样，选择分析方法及综合分析的步骤，所述选择分析方法包括低倍显微镜观察、金相显微镜观察和电子显微分析方法观察，所述电子显微分析方法观察包括采用扫描电镜或电子探针观察，或者将扫描电镜、电子探针分别结合能谱仪进行观察。

首先选择待测镀锌板试样，即型号为DX53D+ZF的镀锌板试样，进行表面宏观观察，得到如图1所示的表面缺陷部位的宏观形貌，从图1中可看出镀锌板试样表面存在隐约可见的线状缺陷，然后将上述镀锌板试样切割成合适的尺寸，应用超声清洗仪等设备对镀锌板表面的污染物进行清洗、干燥后，直接置于扫描电镜中进行观察，得到如图2所示的电镜扫描图和图3所示的能谱图，图2反映了镀锌板试样脱锌前表面缺陷部位的形貌，即镀锌板表面缺陷部位与正常部位之间的差别不明显，只是存在一些细小的裂缝，图3反映了微区成分，微区成分主要探测到Zn元素峰。

为了进一步的分析出镀锌板表面缺陷的类型、形成环节和成因等，对镀锌板表面的镀锌层进行部分或全部剥离，然后置于扫描电镜或电子探针中进行观察。

本实施对型号为DX53D+ZF的镀锌板试样进行镀锌层完全剥离实验，具体过程为：(1)腐蚀溶液的配备：将50mL蒸馏水注入洁净的200mL的烧杯中，用移液管将30mL盐酸缓慢注入装有蒸馏水的烧杯中，操作过程中要防止盐酸飞溅；待盐酸与水充分混合后，加入15mL乙酸，充分混合得到混合溶液，再加入4滴缓蚀剂六次甲基四胺，制备得到腐蚀溶液；(2)镀锌层剥离试样的制备：采用刻线笔将待测镀锌板试样表面有缺陷部位标定，然后进行加工，为防止观察部位锌层的粉化，试样剪切加工成30×30mm的矩形，同时试样必须平整，不能产生翘边、划伤等二次加工缺陷；然后夹取试样的边部，使表面有缺陷部位全部浸没在腐蚀溶液中，并轻轻摆动约35秒，缓慢反应至镀锌层完全溶解，观察到腐蚀溶液的液面上逸出直径约1～3mm的氢气气泡，待气泡消失，立即取出试样，观察到试样的钢基部位呈亮白色，与腐蚀溶液接触的部位则变成深黑色，迅速将试样移到装有蒸馏水的烧杯中，然后再快速移动到装有100℃沸水的烧杯中，轻轻摆动约20秒，取出试样用电吹风吹干，再将试样放入装有酒精的烧杯中，在超声波清洗机中清洗3min，取出吹干待观察；本实施例采用的缓蚀剂能腐蚀掉镀锌层，却能抑制对钢基的腐蚀；(3)采用扫描电镜对上述步骤(2)的镀锌层剥离试样进行观察，得到了得到如图4所示的电镜扫描图和图5所示的能谱图，图4反映了镀锌板试样脱锌后表面缺陷部位的形貌，即镀锌板表面缺陷部位呈现叠皮特征，图5反映了图4的试样的颗粒成分，即主要探测到Al元素峰和O元素峰，表明在叠皮缝隙中存在较多的细小氧化铝夹杂物。

为了进一步验证上述结果，对待测镀锌板表面缺陷部位截面观察，得到如图6所示的电镜扫描图和图7所示的能谱图，图6体现了待测镀锌板的镀锌层与钢基部位之间存在夹杂物，图7反映了微区成分，微区成分分析夹杂物为氧化铝(Al₂O₃)，由此可见，采用截面观察的分析结果与镀锌板试样脱锌后观察分析的结果保持一致，验证了采用镀锌板试样脱锌后观察的分析方法的准确性。

图8为试样脱锌前表面缺陷部位的金相组织结构图，体现了缺陷部位附近组织为正常的铁素体组织。

基于上述镀锌板表面缺陷部位的低倍显微镜观察、金相显微镜观察和电子显微分析方法观察，再结合待测镀锌板生产工艺过程、材料产品质量、储存和使用条件等，本实施例对型号为DX53D+ZF的镀锌板试样表面存在隐约可见的线状缺陷进行分析，最终确定线状缺陷是由氧化铝夹杂物引起的。