论文摘要
钢铁作为主要的结构材料广泛地应用于汽车、建筑和家电行业,但是在大多数的环境中其耐蚀性都比较低。热镀锌能延长钢铁的使用寿命,并具有生产成本低的优势。许多研究成果表明合金元素如Al、Mg、Si和Sn能提高锌镀层的耐蚀性和机械性能,多种锌合金镀层已经开始了商业化,比如Zn-55Al-1.6Si、Zn-5A1-0.1RE、Zn-4.5Al-0.1Mg、 Zn-11 Al-3Mg-0.2Si、Zn-0.5Mg和Zn-6Al-3Mg等。ZAM（Zn-6Al-3Mg）镀锌板是由日新制钢公司在上世纪九十年代研制成功的,它在大气和加速腐蚀的环境中都表现出了良好的耐蚀性。由于其优良的性能,许多研究人员通过不同的方法研究了其腐蚀机理。本文通过SEM、XRD、OM、中性盐雾试验、电化学测试和全浸实验等检测手段研究了合金元素Si和RE对ZAM镀层微观结构、耐蚀性和成形性的影响。表面微观组织检测表明：添加0.1wt.%的Si和0.1wt.%的RE能提高ZAM镀层组织的均匀性,RE有细化晶粒的作用。镀层截面检测表明：Si可以抑制Al-Fe反应,Si和RE都可以减薄镀层厚度,ZAM镀层的厚度为33μm,而Zn-6Al-3Mg-0.1 Si-0.25RE镀层的厚度只有11.2μm。腐蚀产物形貌表明：Si和RE的加入可以提高腐蚀产物中Zn5（OH）8Cl2·H2O的稳定性,进而提高了腐蚀产物的保护性。成形性检测表明：Si和RE的加入可以提高镀层的成形性,ZAM拉深杯在中性盐雾试验中抗腐蚀时间为1128h,而Zn-6Al-3Mg-0.1Si-0.1RE拉深杯的抗腐蚀时间为2136h。腐蚀类型检测表明：Si和RE的加入能改变ZAM镀层的腐蚀类型,ZAM镀层在腐蚀过程中发生了严重的晶间腐蚀、剥落腐蚀和点蚀,而Zn-6Al-3Mg-0.1Si-0.1RE镀层的腐蚀类型是均匀腐蚀。中性盐雾试验结果表明：Si和RE能显著改善ZAM镀的耐蚀性,在中性盐雾试验中ZAM、Zn-6Al-3Mg-0.1Si和Zn-6Al-3Mg-0.1Si-0.1RE镀层的腐蚀速度分别为0.056、0.045和0.033g·m-2·h-1,因此Zn-6Al-3Mg-0.1Si-0.1RE镀层的腐蚀速度只有ZAM的58.9%。因此,与ZAM镀层相比,Zn-6Al-3Mg-0.1Si-0.1RE镀层表现出了更加广阔的工业应用前景。Galvalume（Zn-55Al-1.6Si）镀锌板是上世纪七十年代伯利恒钢铁公司研制成功的多元合金镀层,由于其在苛刻的使用条件下（如酸雨和化冰盐环境下）表现出的良好的耐蚀性,在过去几十年它作为替代传统镀锌板的替代品使用量增长很快。本文通过SEM、XRT、OM、中性盐雾试验、电化学测试和全浸实验等检测手段研究了合金元素Mg和RE对Galvalume镀层微观结构、耐蚀性和成形性的影响。表面微观组织检测表明：添加1.5wt.%的Mg和0.15wt.%的RE能提高Galvalume镀层组织的均匀性,RE有细化晶粒的作用,Galvalume镀层由粗大的富铝枝晶和枝晶间区构成,而Zn-55A1-1.6Si-1.5Mg-0.15RE镀层由均匀的等轴晶构成。镀层截面检测表明：Mg和RE都可以减薄镀层厚度,Galvalume镀层的厚度为28.6μm,而Zn-55Al-1.6Si-1.5Mg-0.25RE镀层的厚度只有13.2μm。腐蚀产物形貌表明：Mg和RE的加入可以提高Zn5（OH）8Cl2H2O的稳定性,并能提高镀层腐蚀产物的致密性,因此提高了腐蚀产物的保护性。成形性检测表明：Mg和RE的加入可以提高镀层的成形性,Galvalume拉深杯在中性盐雾试验中抗腐蚀时间为1248h,而Zn-55A1-1.6Si-1.5Mg-0.15RE拉深杯的抗腐蚀时间为1968h。腐蚀类型检测结果表明：Mg和RE的加入能改变Galvalume镀层的腐蚀类型,在腐蚀过程中枝晶间区发生了严重的晶间腐蚀,枝晶间区出现了许多有一定深度的腐蚀坑；1.5wt.%的Mg能强化Zn-55Al-1.6Si-1.5Mg镀层的枝晶间区,但是该镀层腐蚀后的表面存在裂纹。相比之下,腐蚀后的Zn-55A1-1.6Si-1.5Mg-0.15RE镀层表面仍然很平整,该镀层的腐蚀类型是均匀腐蚀。中性盐雾试验结果表明：Mg和RE能显著改善Galvalume镀层的耐蚀性,在中性盐雾试验中Galvalume镀层、Zn-55Al-1.6Si-1.5Mg镀层和Zn-55A1-1.6Si-1.5Mg-0.15RE的腐蚀速度为0.0356、0.0223和0.0164g-m-2-h-1, Zn-55Al-1.6Si-1.5Mg-0.15RE的腐蚀速度只有Galvalume的46.1%。因此,与Galvalume镀层相比,Zn-55Al-1.6Si-1.5Mg-0.15RE镀层表现出了更加良好的工业应用前景。在试验中开发了适合多元合金热浸镀的助镀剂和电解助镀工艺,该助镀工艺可以一步完成热浸镀,镀层无漏镀等缺陷,而且镀层平整与基体结合良好。另外开发出了适合实验室用的钢板热镀锌模拟机,该设备具有操作简单、自动化程度高、易控制和投资小等优点。