TWI537436B - 鐵鋅鍍層鑑別方法 - Google Patents

Description

鐵鋅鍍層鑑別方法

本發明是有關於一種鑑別方法，且特別是有關於一種鐵鋅鍍層鑑別方法。

一般在鑑別鍍層結構的方式主要有三種。第一種方式係由期刊論文「熱鍍鋅鋼板以及鋅鐵合金鋼板之金相試樣製備技術(Metallographic Preparation Technique for Hot-Dip Galvanized and Galvannealed Coatings on Steel)」所提出，其係先利用環氧樹脂進行鋅鐵合金鋼板橫截面金相試片的對黏與鑲埋。然後，再搭配機械研磨與鑽石拋光液進行漸進式的研磨與拋光。接著，再使用由苦味酸、硝酸及氫氟酸所組成的化學腐蝕液進行化學腐蝕。此作法所建立的橫截面係以黑白對比呈現，故只能看出鍍層包含多相結構，並無法進行每一個相的鑑定。此外，此作法所使用的化學腐蝕液危險性較高。

第二種方式係由期刊論文「基材粒度對熱鍍鋅過程中的鐵鋅反應動力學的影響(Effect of Substrate Grain Size on Iron-Zinc Reaction Kinetics during Hot-Dip Galvanizing)」所提出，其係利用不同相結構的 耐腐蝕性不同的特性，使用電解拋光技術來使各結構相呈現不同的形貌。然而，此技術僅能看出鍍層包含多相結構，並無法進行每一個相的鑑定。

第三種方式係由期刊論文「穿透式電子顯微鏡 觀察熱鍍鋅之多層結構的橫切面(Cross-sectional TEM observation of multilayer structure of a galvannealed steel)」所提出，其係利用穿透式電子顯微鏡的電子繞射圖形分析各相的結構。然而，此種方式具有許多缺點。例如，製作穿透式電子顯微鏡的試片的步驟繁瑣複雜、利用穿透式電子顯微鏡分析的費用與時間成本較高，以及穿透式電子顯微鏡的操作與解析技術門檻高，需要專人操作，並不利於一般人使用。

因此，本發明之一目的就是在提供一種鐵鋅鍍層鑑別方法，其不需要研磨拋光製作金相並可避免掉使用穿透式電子顯微鏡之所有缺點，即可達到快速鑑別相結構所包含之鍍層結構與數量的功效。

根據本發明之上述目的，提出一種鐵鋅鍍層鑑別方法，包含以下步驟。將鋼板置入腐蝕液中。對腐蝕液通電，以對鋼板進行電化學剝除處理，並取得鋼板之電位-時間曲線。進行鑑別步驟，以透過電位-時間曲線鑑別鋼板之相結構。

依據本發明之一實施例，上述之鑑別步驟包含 以下步驟。對電位-時間曲線進行一次微分，以取得一次微分曲線。利用一次微分曲線判斷鋼板是否具有Γ相。

依據本發明之另一實施例，上述之鐵鋅鍍層鑑 別方法，上述利用一次微分曲線判斷鋼板是否具有Γ相包含以下步驟。從一次微分曲線之持平部分水平延伸繪製基準線。判斷一次微分曲線是否具有低於基準線的部分，若判斷之結果為是，則代表鋼板具有Γ相，若判斷之結果為否，則代表鋼板不具有Γ相。

依據本發明之又一實施例，上述之鑑別步驟包 含以下步驟。對電位-時間曲線進行二次微分，以取得二次微分曲線。利用電位-時間曲線以及二次微分曲線判斷鋼板之相結構所包含之鍍層結構與數量。

依據本發明之再一實施例，上述利用電位-時間 曲線以及二次微分曲線判斷鋼板之相結構所包含之材料鍍層結構與數量的步驟更包含以下步驟。從二次微分曲線之至少一反曲點的數量判斷相結構之數量。

依據本發明之再一實施例，上述之鋼板為鍍鋅 板(galvanized steel，GI)，且腐蝕液為2wt%~8wt%的鹽酸。

依據本發明之再一實施例，上述之鋼板為鋅鐵 合金板(galvanealled steel，GA)，且腐蝕液為5vol%~15vol%的硫酸。

依據本發明之再一實施例，上述進行電化學剝 除處理步驟包含以鋼板作為工作電極，以及以飽和甘汞電極作為參考電極。

依據本發明之再一實施例，上述之鑑別步驟包 含以下步驟。從電位-時間曲線之至少一平台部所對應之電位值判斷相結構所包含之材料鍍層結構。

由上述可知，本發明之鐵鋅鍍層鑑別方法主要 係利用鋼板在進行電化學剝除處理過程中所得到的電位-時間曲線，並可搭配X光繞射分析，以達到分析鋼板之鍍層結構之目的。此外，透過分別對電位-時間曲線進行一次微分與二次微分後所得到的一次微分曲線以及二次微分曲線，可鑑別出鋼板之各鍍層結構以及數量，進而可達到快速鑑別鋼板之相結構之功效。

100‧‧‧方法

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

106‧‧‧步驟

108‧‧‧步驟

201‧‧‧曲線

202‧‧‧曲線

203‧‧‧曲線

204‧‧‧曲線

205‧‧‧基準線

206‧‧‧基準線

301‧‧‧曲線

302‧‧‧曲線

303‧‧‧曲線

304‧‧‧曲線

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鐵鋅鍍層鑑別方法的流程圖；〔圖2A〕及〔圖2B〕係繪示依照本發明之一實施方式的兩種鋅鐵合金板的電位-時間曲線以及一次微分曲線圖；以及 〔圖3A〕及〔圖3B〕係繪示依照本發明之一實施方式的兩種鍍鋅板的電位-時間曲線以及二次微分曲線圖。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種鐵鋅鍍層鑑別方法的流程圖。本實施方式之方法100主要是用來鑑別相結構中的鍍層結構。在方法100中，可先如步驟102所述，進行前置作業。在前置作業中，可先將鋼板以慢速切割機切成20mm*20mm的薄片，再以美工刀去除切割時所產生的毛邊。然後，再將切成薄片之鋼板先後進行鹼洗以及烘烤處理。在一示範例子中，鹼洗處理係以丙酮超音波震盪清洗，而烘烤處理係將清洗完之鋼板放入烘箱中，並以90℃烘烤5分鐘。接著，再將完成鹼洗與烘烤之鋼板固定在鐵氟龍載台上，並露出固定面積，例如直徑12mm的圓。

在一實施例中，前述之鋼板可為極低碳鋼(interstitial free，IF)或極低碳鋼再磷化(interstitial free rephosphorized，IFP)所製成之鍍鋅板(GI)或鋅鐵合金板(GA)。

接下來，如步驟104所述，將鋼板置入腐蝕液中，並使腐蝕液蓋過鋼板所露出之面積。在一實施例中，當鋼板為鍍鋅板時，腐蝕液為以去離子水所配置之鹽酸，濃度為2wt%~8wt%。在其他實施例中，當鋼板為鋅鐵合金板時，腐蝕液則為以去離子水所配置之硫酸，濃度為 5vol%~15vol%。在一例子中，腐蝕液的容量約為100ml，但並不以此為限。

隨後，如步驟106所述，對腐蝕液通電，以對 鋼板進行電化學剝除處理。在一些例子中，步驟106係以鋼板作為工作電極，飽和甘汞電極作為參考電極。其中，飽和甘汞電極同樣係置入腐蝕液中，且腐蝕液需蓋過飽和甘汞電極之端點。在電化學剝除處理過程中，可以恆電位儀來量測鋼板中各鍍層剝除之開路電位，並獲得鋼板之電位-時間曲線。在一些示範例子中，恆電位儀可為EG&G 263A恆電位儀。

在獲得鋼板之電位-時間曲線後，如步驟108所 述，可進行鑑別步驟。在鑑別步驟中，主要是透過電位-時間曲線來鑑別鋼板之相結構。請先參照圖2A及圖2B，其係繪示依照本發明之一實施方式的兩種鋅鐵合金板的電位-時間曲線以及一次微分曲線圖。如圖2A所示，曲線201代表極低碳鋼所製得之鋅鐵合金板之電位-時間曲線。又如圖2B所示，曲線203代表極低碳鋼再磷化所製得之鋅鐵合金板之電位-時間曲線。由圖2A與圖2B可知，曲線201及曲線203分別具有數個平台部。此外，在進行電化學剝除處理的過程中，不同的鍍層結構會有不同的電位變化。因此，由平台部的數量及其所對應的電位值可判斷相結構所包含之鍍層結構。另一方面，搭配各平台部以及其所對應之反應時間，亦可推估各鍍層結構的厚度。

欲陳明者，在進行電化學剝除處理的過程中， 可透過觀察曲線201及203之變化，並搭配低掠角X光繞射分析鋼板表面之材料組成結構，來驗證各鍍層結構的判斷結果。在一些示範性的例子中，可在曲線201及203的每一個平台部之起始點所對應的時間點停止電化學剝除處理。然後再將鋼板取出，以去離子水清洗後，再以低掠角X光繞射分析鋼板表面之材料組成結構。

請繼續參照圖2A及圖2B，在一些實施例中， 鑑別步驟可包含以下步驟。首先，對電位-時間曲線進行一次微分，以取得一次微分曲線。如圖2A及圖2B所示，曲線202代表對曲線201進行一次微分所得到之一次微分曲線。 曲線204代表對曲線203進行一次微分所得到之一次微分曲線。然後，再利用一次微分曲線判斷鋼板是否具有Γ相。在一示範性的例子中，利用一次微分曲線判斷鋼板是否具有Γ相的步驟包含以下步驟。首先，分別從一次微分曲線202及204之持平部分水平延伸繪製基準線205及206。然後，分別判斷一次微分曲線202及204是否具有低於基準線205及206的部分。若判斷之結果為是，如圖2A所示，代表鋼板的鍍層中具有Γ相；若判斷之結果為否，如圖2B所示，則代表鋼板的鍍層中不具有Γ相。

欲陳明者，由於Γ相在鋅鐵合金板(GA)中的含 量較少，較難分析出來。當鋼板在進行電化學剝除處理時，電位會持續爬升，但鋼板的鍍層中如果有Γ相的存在時，此時的混合電位會使整體電位略微降低。因此，利用對電位- 時間曲線進行一次微分可看出電位-時間曲線的斜率變化，並得知鋼板的鍍層中是否具有Γ相。

在其他實施例中，鑑別步驟可包含以下步驟。 首先，對電位-時間曲線進行二次微分，以取得二次微分曲線。然後，利用電位-時間曲線以及二次微分曲線判斷鋼板之相結構所包含之鍍層結構與數量。在一示範性的例子中，利用電位-時間曲線以及二次微分曲線判斷鋼板之相結構所包含之鍍層結構與數量的步驟主要是從二次微分曲線之至少一個反曲點的數量判斷相結構之數量。

請參照圖3A及圖3B，其係繪示依照本發明之一 實施方式的兩種鍍鋅板的電位-時間曲線以及二次微分曲線圖。如圖3A所示，曲線301代表極低碳鋼所製得之鍍鋅板之電位-時間曲線。曲線302代表對曲線301進行二次微分所得到之二次微分曲線。又如圖3B所示，曲線303代表極低碳鋼再磷化所製得之鍍鋅板之電位-時間曲線。曲線304代表對曲線303進行二次微分所得到之二次微分曲線。由圖3A與圖3B可知，曲線301及曲線303分別具有數個平台部，且這些平台部及其所對應的電位值可判斷相結構所包含之鍍層結構。再者，從曲線302以及304可直接看出曲線301及曲線303具有幾個反曲點，而判斷曲線301及曲線303所具有的平台部數量。因此，藉由分析平台部的數量及其所對應的電位值可判斷相結構所包含之鍍層結構。另一方面，搭配各平台部以及其所對應之反應時間，亦可推估各鍍層結構的厚度。

藉此，由圖3A之實施例之曲線301以及曲線 302並搭配X光繞射分析可知，圖3A之實施例的極低碳鋼所製得之鍍鋅板最外表為純鋅層(Zn)，其次為鐵鋅(Fe-Zn)相，最後則為鋼板底材。而由圖3B之實施例之曲線303以及曲線304並搭配X光繞射分析可知，圖3B的極低碳鋼再磷化所製得之鍍鋅板最外表為純鋅層(Zn)，其次為鐵鋁(Fe-Al)相(不具有鐵鋅Fe-Zn相)，最後則為鋼板底材。

由上述之實施方式可知，本發明之鐵鋅鍍層鑑 別方法主要係利用鋼板在進行電化學剝除處理過程中所得到的電位-時間曲線，並可搭配X光繞射分析，以達到分析鋼板之鍍層結構之目的。此外，透過分別對電位-時間曲線進行一次微分與二次微分後所得到的一次微分曲線以及二次微分曲線，可鑑別出鋼板之各鍍層結構以及數量，進而可達到快速鑑別鋼板之相結構之功效。

100‧‧‧方法

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

106‧‧‧步驟

108‧‧‧步驟

Claims (7)

1. 一種鐵鋅鍍層鑑別方法，包含：將一鍍鋅鋼板置入一腐蝕液中；對該腐蝕液通電，以對該鍍鋅鋼板進行一電化學剝除處理，並取得該鍍鋅鋼板之一電位-時間曲線；以及進行一鑑別步驟，其中該鑑別步驟包含：對該電位-時間曲線進行一次微分，以取得一一次微分曲線；從該一次微分曲線之一持平部分水平延伸繪製一基準線；以及判斷該一次微分曲線是否具有低於該基準線的部分，若判斷之結果為是，則代表該鍍鋅鋼板具有Γ相，若判斷之結果為否，則代表該鍍鋅鋼板不具有Γ相。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鐵鋅鍍層鑑別方法，其中該鑑別步驟更包含：對該電位-時間曲線進行二次微分，以取得一二次微分曲線；以及利用該電位-時間曲線以及該二次微分曲線判斷該鍍鋅鋼板之該相結構所包含之鍍層結構與數量。
3. 如申請專利範圍第2項所述之鐵鋅鍍層鑑別方法，其中利用該電位-時間曲線以及該二次微分曲線判斷該鍍鋅鋼板之該相結構所包含之材料鍍層結構與數量的步驟更包含： 從該二次微分曲線之至少一反曲點的數量判斷該相結構之數量。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鐵鋅鍍層鑑別方法，其中該鍍鋅鋼板為一鍍鋅板(GI)，且該腐蝕液為2wt%~8wt%的鹽酸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鐵鋅鍍層鑑別方法，其中該鍍鋅鋼板為鋅鐵合金板(GA)，且該腐蝕液為5vol%~15vol%的硫酸。
6. 如申請專利範圍第1項所述之鐵鋅鍍層鑑別方法，其中進行該電化學剝除處理步驟包含以該鍍鋅鋼板作為工作電極，以及以一飽和甘汞電極作為參考電極。
7. 如申請專利範圍第1項所述之鐵鋅鍍層鑑別方法，其中該鑑別步驟包含：從該電位-時間曲線之至少一平台部所對應之一電位值判斷該相結構所包含之材料鍍層結構。