Mg對Zn-6%Al鍍層凝固組織的影響及耐腐蝕性的研究

熱浸鍍鋅是一種在電力、交通和建筑等生產實際中得到廣泛應用，用來防止鋼鐵產品腐蝕的最常用技術。鋅液中Al的加入，使鍍層不僅具有鋁鍍層的耐蝕性和高溫抗氧化性，還具有鋅鍍層的陰極保護性。因此，Zn-Al合金鍍層以其高耐蝕性、良好的力學性能和涂裝性能，正在漸漸取代純鋅鍍層。1984年國際鉛鋅研究組織(ILZRO)開發了一種含有5%Al和微量稀土的合金鍍層，商品名為“Galfan”，它的耐蝕性是純鋅鍍層的2～3倍。為了適應不斷提高的耐腐蝕要求，其他合金元素被加入到Zn-Al合金鍍層中。Mg加入Zn-Al合金鍍層中后有細化晶粒和強化晶界的作用。日本日新制鋼公司在20世紀90年代開發成功商品名為ZAM的鋅鋁鎂鍍層合金，其成分為Zn-6％A1-3％Mg，其耐蝕性為純鋅鍍層的10倍，為Galfan合金的5倍。目前，已有許多研究人員對Zn-Al-Mg合金鍍層開展了科研工作，但是關于鍍層形貌結構及其對性能影響的相關文獻十分有限。本文在Zn-6%Al鋅池中加入不同含量Mg，通過SEM、EDS以及XRD對鍍層進行分析，結合相圖研究Mg對Zn-6%Al合金鍍層凝固組織及形貌的變化，進一步分析這種變化對鍍層耐蝕性的影響。

在實驗室用井式爐以及石墨粘土坩堝熔煉合金鋅浴，Zn錠、Al錠和Mg錠的純度均為99.9%，熱浸鍍基體為99.96%高純Fe片，使用線切割機切成15mm×15mm×1mm的試片，鋅池設計溫度460℃。鐵片用預磨機打磨→15%的NaOH溶液堿洗2～3min除油(70℃)→清水沖洗→15%的HCl溶液酸洗3min除銹→清水沖洗→助鍍3min(70～90℃)→干燥→熱浸鍍10s→冷卻。助鍍劑為每100ml水中10.7g的ZnCl2，10g的NH4Cl，8g的SnCl2配置的水溶液。

Mg加入量在3%以內，Zn-6%Al合金鍍層凝固過程為：先出現初生富Al的fcc相，隨后富Zn的hcp相作為第二相在鍍層中形核生長，當液相成分到達共晶點成分后發生共晶轉變，生成了Zn/Al/MgZn2三元共晶。Mg含量為3%～4%，凝固生成的第二相為MgZn2，而不再是Zn-hcp；Mg含量超過4%，凝固過程中MgZn2作為初生相率先在鍍層中形核，第二項為Al-fcc，最后發生共晶反應生成Zn/Al/MgZn2三元共晶。電化學腐蝕結果顯示，Zn-6%Al鍍層的耐腐蝕性能隨Mg含量增加而提高，Mg加入合金鍍層中能增加Zn-Al合金鍍層的耐腐蝕性能，Zn-6%Al-3%Mg的合金鍍層腐蝕速率最低，耐蝕性最好，但加入的Mg含量繼續升高后耐蝕性有明顯下降。比較Zn-6%Al和Zn-6%Al-3%Mg合金鍍層可發現，Zn-6%Al的腐蝕產物為Zn5(OH)8Cl2?H2O、Zn(OH)2和少量ZnO，而Zn-6%Al-3%Mg合金鍍層在鹽霧腐蝕后表面主要形成了難溶、致密、低導電性的腐蝕產物Zn5(OH)8Cl2?H2O。說明Mg的加入抑制了Zn(OH)2向ZnO而促進了向Zn5(OH)8Cl2?H2O轉變，大大提高了鍍層的耐腐蝕性。