新型含Mg镀锌层微观组织及耐蚀机理研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:wacolt
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为了进一步提高连续热浸镀锌层的耐蚀性能,本研究以热力学分析和相图计算为基础,结合熔体的流动性测量,设计了新型耐蚀镀锌层的成分。以GI(Zn-0.2wt%)生产工艺为基础,采用连续热浸镀锌模拟机制备了Zn-0.2wt%Al、Zn-0.2wt%Al-Mg、Zn-0.2wt%Al-La以及Zn-0.2wt%Al-Mg-La四种镀层,并对镀层微观组织进行表征、耐蚀性能进行评价,探讨了镀层耐蚀机理。Zn-Al-Mg三元计算相图表明,在常规镀锌温度(460℃)附近,Zn-Al-Mg三元计算相图等温截面富锌角区域存在一个液相区,证实所设计的镀层成分是适合连续热浸镀锌的。Al含量为0.2wt%的Zn-Al-Mg计算相图垂直截面表明镀锌层的微观组织由Zn+(Zn+Mg2Zn11)共晶组织组成。锌液流动性测量表明,Mg(1-3wt%)、La(0.04-0.1wt%)加入锌池中能够提高锌液的流动性,从而提高钢板的可镀性。镀锌层中Mg含量由1wt%增加到3wt%,Zn-0.2wt%Al-(1-3wt%)Mg(ZM)镀层表面形貌相同,由平行形貌的(Zn+MgZn2)共晶组织组成,镀层中(Zn+MgZn2)共晶体的数量增加;当锌池中Mg含量达到3wt%时,Zn-0.2wt%Al-3wt%M(gZM3)镀层完全由(Zn+MgZn2)共晶组织组成。锌池中的Mg影响Zn和MgZn2的生长。随着Mg含量增加,Zn的形貌由块状变成条状最后变成网状,而MgZn2的形貌则由棒状变成网状。此外,锌池中的Mg也影响Fe2Al5抑制层的生长,使其变薄、厚度不均匀。Mg显著地提高镀层的耐蚀性能。在盐雾实验条件下,相对GI镀层,耐蚀性能提高2倍以上。当Mg含量小于2wt%时,ZM镀锌层的耐蚀性能随Mg含量增加,当Mg含量超过2wt%时,由于镀层中形成富Mg的过共晶区域,耐蚀性能反而下降。耐蚀性能顺序为:ZM2(Zn-0.2wt%Al-2wt%Mg)>ZM1(Zn-0.2wt%Al-1wt%Mg)>ZM3>GI。ZM镀锌层具有优异的耐蚀性能的根本原因是由于Mg抑制晶界腐蚀以及形成致密的腐蚀产物。电化学阻抗谱(EIS)实验结果表明,在整个腐蚀过程中,GI镀层一直以晶界腐蚀为主,而ZM镀锌层的晶界腐蚀受到抑制。随着镀锌层中Mg含量增加,ZM镀锌层优先腐蚀区域是不同的。当镀锌层中Mg含量为1wt%时,Zn-0.2wt%Al-1wt%Mg(ZM1)在整个腐蚀过程中以Zn晶体腐蚀为主;当Mg含量为2wt%时,ZM2镀层由腐蚀初期的轻微的局部腐蚀转变为均匀腐蚀;当Mg含量为3wt%时,ZM3镀层由腐蚀初期的均匀腐蚀转变为富Mg区域的局部腐蚀。Mg显著地提高镀锌层腐蚀产物的致密性,特别在盐雾实验条件下,Mg还有助于致密性腐蚀产物的形成。在线性极化腐蚀条件下,Mg主要提高腐蚀产物的致密性而不改变腐蚀产物的成分;在盐雾腐蚀条件下,Mg有助于致密的Zn5(OH)8Cl2.H2O的形成,特别是ZM2镀层,腐蚀产物几乎由片状的Zn5(OH)8Cl2.H2O组成,当Mg含量小于2wt%时,腐蚀产物不存在剥落,而Mg含量为3wt%时,由于富Mg区域存在,腐蚀产物成片状剥落,从而降低腐蚀产物的保护效果。锌池中La含量为(0.04-0.1wt%),并不改变GI镀层相成分及微观组织,但能提高镀层的耐蚀性能,锌池中最佳La含量为0.04-0.07wt%。微量的稀土La加入ZM锌池中改变了镀层的相成分。当锌池中Mg含量为1wt%时,Zn-Al-Mg-La镀层由MgZn2、Zn以及La组成;当锌池中Mg含量大于1wt%时,Zn-Al-Mg-La镀层由MgZn2、Mg2Al3、Zn、La组成,其中La偏聚于镀层表面。随着锌池中Mg含量增加,Zn-Al-Mg-La镀层中(Zn+MgZn2)共晶体的数量增加,当锌池中Mg含量达到3wt%时,镀层完全由(Zn+MgZn2)共晶体组成。盐雾实验结果表明,相对GI镀层,Zn-Al-Mg-La镀层初出红锈时间提高2倍以上,当锌池中La含量为0.07wt%、Mg含量为2wt%时,Zn-Al-Mg-La镀层获得最优的耐蚀性能,其耐蚀性能是GI镀层的5倍以上。锌池中Mg含量为1wt%时,Zn-Al-Mg-La镀层成形性能优于GI镀层,锌池中Mg含量大于1wt%时,Zn-Al-Mg-La镀层成形性能稍有下降。
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