1 镀锌板常规表面处理为磷酸盐或铬酸盐处理，即在钢板表面形成一层无机化学处理膜。
近年来，为满足用户对镀锌产品的耐指纹性、自润滑性和环保性能的要求，各种新的表面化学处理镀锌钢板已陆续开发成功，并深受用户欢迎。这些新产品是钢板经镀锌后通过化学处理在其表面形成一层薄有机膜(1～2μm)而获得的。因而了解国内外薄有机涂层钢板的研发思路、生产应用和发展趋势，以及相应涂层性能评价试验方法和影响因素，对攀钢热镀锌产品新品种开发具有十分重要的现实意义。
2 薄有机涂层钢板的开发及应用
为进一步提高电镀锌板的耐蚀性，1982年NKK公司率先成功开发出薄有机涂层板UZ-NX，并投放市场[1]。该产品是电镀锌钢板表面经反应型铬酸盐钝化处理形成一层薄的有机复合膜(丙烯酸一环氧树脂一二氧化硅基)而成。UZ—NX具有良好的耐蚀性和涂装粘附性，主要用于空调、冰箱、洗衣机、售货机等。为解决富锌涂层钢板在冲压成形过程中因涂层脱落而导致耐蚀性能下降和焊接困难等问题，NKK公司于1985年开发了有机硅酸盐复合涂层钢板EZN_UC，主要用于汽车[1]。该种钢板表面处理层结构为：Zn-NI电镀层(防腐作用)、铬酸盐层(钝化作用)、有机硅酸盐复合薄膜层(屏障作用)，其特点是耐蚀性好，冲压成形性明显改善，且易焊接。该产品于1987年改进为EZNUC-Ⅱ，允许低温固化并具有更强的耐蚀性。
为避免在生产过程中指纹印留在零件表面而影响涂装附着性或外观质量，NKK公司研发了耐指纹涂层板UZ—C2，并于1984年投放市场，主要用于磁带录像机(VTR)和其他视听(AV)产品。UZ—C2具有中等的耐蚀性(SST一100h)。1987年NKK公司新开发的涂布型铬酸盐处理钢板UZ—MC具有良好的接地导电性、适中的耐指纹性和中等的耐蚀性，可用于视听产品和办公自动化(0A)产品的底座和其他内部件，不用涂装[1]。目前烨辉、盛馀、新日铁、浦项等公司均可批量供应电/热镀锌耐指纹板。
为了改善涂油作业对环境的影响，1984、1993年NKK公司相继开发了高润滑性薄膜型有机复合涂层钢板UZ—L和UZ—SL，用于需进行复杂冲压成形且要求成形后保持良好外观的部件。UZ—L和UZ—SL具有优良的自润滑性，在冲压成形过程中不必加润滑油，而且成形后外观良好[1,2]。
到20世纪90年代，随着热镀铝锌板在建筑业的应用日趋广泛，为改善其镀层成形性能，同时提高耐蚀性和外观质量，NKK公司开发了薄有机涂层板Genius C0at，广泛用于建筑物屋顶Nj。Genius Coat的设计理念有三：一是通过增强化学处理液(磷酸盐、铬化合物)与钢板的反应性，形成不溶性钝化膜，提高铬的固定率，从而改善传统铬酸钝化层的使用环境，否则因在使用中铬的溶解流失会使其耐蚀性降低，且会造成环境污染;二是钝化层上涂敷具有优良韧性的有机树脂，可避免无机涂层在辊压成型过程中因韧性不足而造成的划伤、剥落问题;三是通过向钝化液添加磷酸根阴离子，形成无色钝化液，解决了传统钝化工艺因钝化膜厚度不均而导致的色差问题。为改善Gen—ius Coat在弯曲部位的耐蚀性及进一步提高成形性能，NKK公司于2000年又开发出一种新的有机复合涂层板Super Genius。其是将一种新开发的无铬腐蚀抑制剂(有自修复作用)加入到Gen—ius Coat呈梯度结构的有机涂层中，再涂覆一种新开发的有机树脂。Super Genius优异的性能得到广大用户的认可，取得了作为55%A1一Zn合金镀层结构钢板新的工业标准的地位[1,4]。
此外，为提高热镀铝锌板的成形性及环保性，1986年日本Daido钢铁公司首先将辊涂丙稀酸工艺应用于热镀铝锌板生产，以取代传统的铬酸钝化。20世纪80年代末期欧洲一些热镀铝锌生产厂也开始应用该技术。BHP公司于20世纪90年代中期将该技术引入北美，并迅速得到广泛应用。到2001年，北美的许多生产线采用了对热镀铝锌进行辊涂丙烯酸的后处理工艺，撤除了传统的铬酸钝化装置。如Bethlehem公司于1999年和2000年分别对其3#、4#线进行改造，生产出具有优良成形性能的丙稀酸涂层GL产品“GalvaluIne Plus”[5]。
到20世纪90年代末期，随着全世界对地球环境问题的关注日益增强，欧盟RoHS指令的颁布，电器制造商已开始建立自己的原材料绿色采购标准。同时，用户希望同一种产品集耐蚀性、耐指纹性、自润滑性、涂装性、环保性、导电性等多种功能于一体，以降低生产成本和便于采购。对此，1996年NKK公司成功开发出一种新的有机复合涂层钢板UZ—C3，其具有高的润滑性，兼有优异的涂装粘附性，这是通过使用改性乙烯树脂而达到的(改性乙烯树脂能增加极性基表面密度而显著改善涂装粘附性)[1]。1998年NKK公司又成功开发出一种无铬有机复合涂层钢板Geo-Fron—tier Coat，广泛应用于办公自动化产品底架和视听产品的各类成形件[6]。Geo—Frontier是世界上首个同时具有优良的耐蚀性、导电性和焊接性的有机涂层钢板产品，其涂层不仅使用了一种特殊的、屏障效果优异的鳌合改性环氧树脂;而且使用了独有的无机腐蚀抑制剂，具有自我修复作用。此外，为了满足用户对难成形件冲压时不使用润滑油的要求，NKK公司开发了Ge旷FrontierCoat Type-L，其具有优异的润滑性。
此外，日本川崎公司也相继成功开发出RIV—ER ZINC系列多功能薄有机涂层产品，其主要性能见表[7,8]。
由于有机涂层钢板表面处理膜很薄(1～2μm)，对镀锌板的表面质量要求较高，因此一直只能采用电镀锌板为基板进行生产，而国内仅宝钢具有电镀锌生产线，所以宝钢在薄有机涂层钢板的开发方面已走在国内同行的前列。宝钢自1992成功开发出电镀锌耐指纹板以来，目前已形成SECCNl～SECCN4系列产品，2002年产量达到11万t左右，产品主要应用于机芯、电脑机箱、VCD及电控柜等电子行业[9,10]。2004年，宝钢开始试制无铬电镀锌耐指纹板、热镀锌及热镀铝锌耐指纹板。表2所示为宝钢耐指纹板性能[11]。
此外，随着热镀锌技术的进步，产品表面质量的改进，国内家电行业正逐步以热镀锌板替代电镀锌板。为适应市场需求形势，鞍钢、武钢、攀钢、马钢等企业也在积极研发热镀锌耐指纹板、无铬钝化板等薄有机涂层产品。
3 涂层性能的评价及影响因素
3.1 膜厚
薄有机涂层钢板的涂层膜厚对其耐蚀性、耐指纹性、导电性等均有显著影响，是影响涂层性能的关键因素。涂层膜厚的测试方法主要有2种：
(1)采用适当的溶液溶胀剥离涂层，根据剥离前后的重量差求出单位面积皮膜重量;
(2)采用化学分析仪器(如ICP)测试主成膜物的含量，然后根据配比计算出皮膜重量。日本学者Tanokuchi等通过研究，得出了涂层膜厚的公式[12]，并从中得出，涂层膜厚主要受涂料比重、固体分含量、粘度、带钢速度、涂敷辊线速度、粘料辊线速度、涂敷辊与粘料辊间的压力、带钢张力或包角(θ)等因素的影响。
日本加古川制铁所表面处理部的伴诚二等人使用水溶性低粘度树脂涂料进行了涂层厚度为1μm以下的辊涂试验[13]得出：
(1)涂层厚度随着涂敷辊、粘料辊线速度的增加而增加，达到饱和后逐渐降低。
(2)在同一涂层条件下，钢板平均表面粗糙度Ra值越大，涂层越厚。对中、高粘度涂料，钢板表面粗糙度对涂层厚度的影响很小。
(3)涂敷辊与粘料辊间的剪切力对涂层厚度的影响与辊子表面的光洁度有关，表面越光滑，影响越大，两辊间的剪切力过小会导致涂层厚度不稳定。
(4)当涂敷辊速度低于一定值时，由于涂料粘度低，带入涂敷辊和钢板之间的涂料少，因而会导致涂层的不连续性。
3.2 耐蚀性
中性盐雾腐蚀试验(SST)用于评价涂层耐蚀性能较成熟，是经典的、应用最为广泛的人工加速腐蚀试验。
薄有机复合涂层钢板主要是利用铬酸盐膜的钝化作用和上层有机树脂膜的阻挡层效果，特别是通过上层膜的阻挡层来抑制腐蚀环境下铬酸盐中六价铬的过剩析出，使铬酸盐膜的钝化作用长期持续，以提高耐蚀性。因此，涂层耐蚀性的影响因素主要有膜厚、涂层通透性(水、氧、离子等引发腐蚀的物质穿入有机涂层并在其中扩散的性能)。
通常，涂层耐蚀性随膜厚的增加而升高，涂层的通透性率越低，耐蚀性越好。Naoto Yoshimi等人研究表明，氧渗透率较低的涂层具有较好的耐蚀性[6]。也有研究表明，选择适宜的有机树脂类型，通过控制树脂的亲水性能可提高涂层耐蚀性[14]。此外，SiO2颗粒直径越小，在树脂中的分布越均匀，填充越致密;同时，因胶态氧化硅与部分基板上的锌生成硅酸锌，SiO2颗粒直径越小，生成的硅酸锌皮膜越致密，涂层耐蚀性越好[l5]。
3.3 耐指纹性
耐指纹性能测试一般以凡士林为人体汗液模拟介质，用干净软布蘸取少量凡士林均匀涂于试样表面，采用色差仪测定试样表面涂抹前后的色差值△L、△a、△b，计算：
式中，△L表示透明度;a表示对红、绿色的保护度;b表示对蓝、黄色的保护度;△E为随他值。通常，△E<2，涂层具有耐指纹性;△E<1涂层具有优良的耐指纹性。
影响涂层耐指纹性的因素主要是涂层类型和涂层膜厚。无机涂层耐指纹性就不及有机涂层(见表1)。涂层越厚，耐指纹性越好，如图1所示[1l]。
3.4 润滑性
评价涂层润滑性的主要指标是动态摩擦系数，可通过圆筒试验和压筋拉伸试验等测试。涂层润滑性主要取决于所添加的润滑剂和涂层厚度。NKK公司及川崎公司分别研究了润滑剂种类及涂层厚度对摩擦系数及表面电阻的影响[16,17]。结果表明，添加不同的润滑剂，涂层就具有不同的摩擦系数;涂层越厚，摩擦系数越小，但表面电阻越大，如图2、图3所示。
3.5 导电性
良好的导电性能是保证电子、电器外壳或外板用耐指纹板具有良好耐静电性(接地性)的前提条件。一般采用体积电阻率和表面电阻率来表征材料的导电性。电阻率一般采用四探针测试仪进行测试。宝钢采用层间电阻率表征材料的导电性，用层间电阻率测试仪来测定。根据经验，层间电阻率小于2Ω·cm2/片时，材料能获得良好的接地性。
薄有机涂层板的导电性与涂料本身的性质及涂层厚度有关，涂层越厚，导电性越差，如图4所示[11]。
3.6 涂装性
涂层涂装性的评价方法是：薄有机涂层样板经涂漆烘烤固化后进行划格试验(100格/cm2)、杯突试验(杯突值为7mm)及球冲试验(冲击功为9J)，用3M公司的SCOTCH一600型透明胶粘贴工作区之后用力撕拉，观察表面漆膜有无剥落。
影响薄有机涂层板涂装性的主要因素为涂料本身的性质和涂层的烘烤固化工艺。
4 对攀钢薄有机涂层钢板研发的建议
作为冷轧薄板产品市场定位于家电行业的攀钢，为适应市场对热镀锌产品环保性和功能性的要求，于2002年开始研发环保型薄有机涂层热镀锌钢板。在经历了采用国外知名化学品牌公司表面处理剂和自主研发表面处理剂进行小批量试制两个历程后，于2005年开始进行工业试制，目前已形成以SiO2、Cr(Ⅲ)为主成膜物的环保钝化、耐指纹、自润滑等环保型薄有机涂层热镀锌系列产品，累计产量已达10万t。通过美的、海尔等知名家电企业的试用结果表明，攀钢环保型薄有机涂层热镀锌系列产品具有优异的耐蚀性和优良的耐指纹性、自润滑性、导电性、涂装性、焊接性、耐热性等，完全能满足用户要求。
随着世界对环保的呼声越来越高，以及欧盟RoHS指令的颁布实施，传统铬酸钝化工艺正面临着被淘汰的命运。此外，集环保性、耐蚀性、耐指纹性、自润滑性、导电性、焊接性、涂装性等多功能于一体的薄有机涂层产品日渐成为家电、汽车行业用钢板的发展趋势。因此，虽然目前攀钢在环保型薄有机涂层热镀锌钢板的开发方面走在了国内同行的前列。但仍需在以下方面深入开展工作：
(1)加大自主研发各类表面处理剂的力度，为开发满足不同用户需求的各类功能的薄有机涂层板奠定坚实的基础。只有立足于自主研发，才能形成具有自主知识产权的核心技术，才能在环保型、功能型薄有机涂层板开发方面始终走在国内外同行的前列。
(2)降低成本，有效地利用资源。应针对不同用户的不同需求，开发相应的功能性产品，形成系列产品，如环保钝化板、环保耐指纹板、环保自润滑板等。开发集环保性、耐蚀性、耐指纹性、自润滑性、导电性、焊接性、涂装性等多功能于一体的薄有机涂层产品应被列为攀钢热镀锌板新品种的研发方向。
(3)加大热镀铝锌板表面环保涂层处理技术的研发力度。热镀铝锌板与热镀锌板镀层成分的差异导致其表面处理技术的不同，需开发新的表面处理剂体系。热镀铝锌板表面环保涂层处理技术的重点在于防黑变。
5 结语
薄有机涂层钢板在国外家电、汽车等制造业已获得广泛应用，也是国内家电、汽车制造业用材的必然趋势。攀钢冷轧薄板产品市场定位于家电行业，正努力打造国内家电用钢品牌。为适应世界对环保的要求和用户对材料特殊功能的需求，攀钢须持续自主研发满足市场需求的环保型功能性薄有机涂层钢板系列产品，形成拥有自主知识产权的核心技术，引领技术潮流，提高企业产品的市场竞争力，以利于攀钢家电用钢品牌形象的树立。
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