热基镀锌是热轧基板经过酸洗、平整、还原气氛感应加热处理后进行热浸镀锌和三价铬酸盐钝化处理，其产品广泛应用于建筑、电器柜、畜牧、汽车结构件等行业，但其在制管使用过程容易发生黑变缺陷，不仅影响外观质量，还对其使用性能造成不良影响，给生产厂家和使用客户带来巨大损失，成为行业亟需解决的重要质量问题。锌层黑变一般情况下是指表面出现一层连续略带黑色的薄膜，视觉上为呈现灰暗的区域。从国内外关于锌层黑变产生原因的相关研究结果来看，锌层黑变产生的主要原因有2大类：一是腐蚀类黑变，二是摩擦类黑变。
对于腐蚀类黑变而言，黑变部位与正常部位的差异在于产生了一些锌的腐蚀产物。游先政[1]对含铅镀锌板产生黑变的原因进行了分析，提出了镀层中“杂质元素”是产生黑变的主要原因，钝化产生的不均匀相在表面形成电位差，使富集相表面的阳极反应活性化，最终导致表面形成了黑变膜类的腐蚀产物。杨芃[2]等人针对涂油无铬钝化热镀锌钢板进行分条加工出现的摩擦条纹缺陷设计实验进行分析，发现该缺陷是由于锌层尖峰被毛毡磨损下来，形成锌粉与油的混合物，油在其中起显色和富集作用从而产生缺陷。亢业峰[3]针对某厂出口三价铬热镀锌产品辊压成形制方管时表面出现“发黑”情况研究分析，方管表面“发黑”是由于辊压过程中钢板与辊压机摩擦产生的纵向辊印形成的色差带。
本文通过适当的表征手段和试验方法研究热基板表面状态对锌层性能的影响；通过摩擦磨损实验研究钝化膜润滑性对摩擦磨损的影响，最终确定黑变成因，并采用有效的控制策略控制镀锌制管表面黑变缺陷。
1. 缺陷研究
为了研究热基镀锌板在成型后的黑变缺陷的物质组成，借助激光共聚焦等进行微观组织观察（图1），确定微观形貌和轮廓；对选取的试样分别进行X射线光电子能谱仪测试分析，激发源为Al Kα射线（1486.6 eV），以样品表面污染碳的Cls结合能（284.8 eV）定标并校正荷电效应，先对样品进行快速扫描，得到样品各元素的总谱图，然后对O、Zn和Mn等元素进行高分辨扫描，获得各元素电子的结合能信息，其结果如图2所示。锌层黑变区域与正常区域均存在Zn、ZnO、微量Si，样品黑色区域ZnO略多于白色处，这一结果符合摩擦导致暴露新鲜纯Zn在空气中，发生轻微氧化的效果，Si元素的存在说明该区域有三价铬钝化膜，其它元素无明显差异。黑变缺陷与正常区域有明显边界，黑变区域斜向摩擦痕显著，摩擦痕方向与板材成形时的运行方向呈斜向。通过以上综合分析，确定镀锌产品的制管黑线缺陷属于摩擦类黑变而非腐蚀类黑变。
