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(chǎn)實際中得到廣泛應(yīng)用,用來防止鋼鐵產(chǎn)品腐蝕的最常用技術(shù)。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(fā)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(yīng)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(fā)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(guān)于鍍層形貌結(jié)構(gòu)及其對性能影響的相關(guān)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(jié)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(shè)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(nèi),Zn-6%Al合金鍍層凝固過程為:先出現(xiàn)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(fā)生共晶轉(zhuǎn)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(fā)生共晶反應(yīng)生成Zn/Al/MgZn2三元共晶。電化學腐蝕結(jié)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(xù)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(fā)現(xiàn),Zn-6%Al的腐蝕產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)變,大大提高了鍍層的耐腐蝕性。