蒸發(fā)制備鋅鎂合金鍍層中鋅鎂層的擴(kuò)散研究

　　鋅鎂合金鍍層是一種具有優(yōu)異防腐蝕性能的新型鋼板保護(hù)鍍層, 真空鍍由于其優(yōu)良的鍍層性能正逐步發(fā)展為鋅鎂合金鍍層的重要制備工藝。本文在鍍鋅鋼板表面采用真空熱蒸發(fā)鍍鎂, 再由快速退火工藝形成鋅鎂合金鍍層。通過(guò)X 射線衍射、二次離子質(zhì)譜和掃描電鏡分析了在退火過(guò)程中鋅、鎂層的擴(kuò)散過(guò)程, 并通過(guò)鹽霧試驗(yàn)和電化學(xué)測(cè)試研究擴(kuò)散過(guò)程對(duì)鋅鎂合金鍍層腐蝕性能的影響。研究發(fā)現(xiàn): 退火過(guò)程中鎂快速向鋅層擴(kuò)散, 并在鋅層內(nèi)一定深度處富集, 而鋅逐漸向鎂層擴(kuò)散, 這種相互擴(kuò)散形成了鋅鎂合金。同時(shí)鐵也會(huì)向鋅層擴(kuò)散, 形成鋅鐵合金。鎂富集區(qū)具有擴(kuò)散阻擋作用, 阻止鎂進(jìn)一步向內(nèi)擴(kuò)散的同時(shí)也阻止鐵向表面的擴(kuò)散。腐蝕性能測(cè)試表明, 370 􀀁 下退火60~ 120 s 的樣品具有較好防腐蝕性能。

　　鋅鎂合金鍍層作為一種新的鋼板防護(hù)鍍層由于其優(yōu)異的耐腐蝕性能而受到廣泛關(guān)注。真空鍍由于其鍍層具有良好的附著力、致密度、硬度和耐腐蝕性正逐漸取代傳統(tǒng)的熱浸鍍和電鍍成為制備鋼板鋅鎂合金鍍層的新技術(shù)。日本神戶制鋼所和德國(guó)蒂森克虜伯鋼鐵公司對(duì)真空鍍制備鋼板鋅鎂合金鍍層的研究表明鋅鎂合金鍍層具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。

　　目前采用的技術(shù)路線包括在鍍鋅鋼板上蒸鍍鎂層再通過(guò)快速退火形成鋅鎂合金鍍層以及直接在鋼板上鍍鋅鍍鎂兩種。Shimogori 等提出了一種鋅鎂雙源共蒸流水線, 通過(guò)調(diào)整蒸發(fā)源的位置、流水線行速和蒸發(fā)速率, 可以得到不同的鍍層結(jié)構(gòu)。福居康等的專利是在鋼板表面分別依次蒸鍍不同厚度的鋅單質(zhì)、鎂單質(zhì)和鋅單質(zhì), 蒸鍍結(jié)束后退火使鎂層和鋅層相互擴(kuò)散形成3 層或5 層的結(jié)構(gòu)。德國(guó)蒂森克虜伯鋼鐵公司考慮到與現(xiàn)今成熟的鍍鋅鋼板工藝相銜接, 采用鍍鋅鋼板上蒸鍍鎂再快速退火形成鋅鎂合金的工藝, 在中試線上獲得了成功。

　　目前對(duì)耐蝕機(jī)理的研究初步表明, 鋅鎂金屬間化合物的形成可能是其耐腐蝕性能提高的主要原因 , 而對(duì)真空蒸發(fā)制備鋅鎂合金的形成過(guò)程中鋅和鎂的擴(kuò)散行為未見(jiàn)報(bào)道, 而這恰恰是形成鋅鎂合金的一個(gè)關(guān)鍵因素。曾報(bào)道過(guò)退火工藝對(duì)鋅鎂合金晶相結(jié)構(gòu)的影響, 得到了形成鋅鎂合金的最佳退火條件。在此基礎(chǔ)上, 對(duì)鋅層和鎂層的擴(kuò)散行為進(jìn)行了研究, 發(fā)現(xiàn)鋅與鎂的擴(kuò)散行為并不完全相同,鎂會(huì)在鋅層中形成一個(gè)高濃度的阻擋層, 該阻擋層能有效地阻止基板上的鐵向外層擴(kuò)散, 避免了退火過(guò)程中由于鋅鐵合金層的形成而引起的防腐蝕性能的下降。

　　結(jié)論

　　鍍鋅鋼板真空蒸發(fā)鍍鎂之后快速退火形成鋅鎂合金的過(guò)程中, 鎂快速擴(kuò)散進(jìn)入鋅層并在一定深度富集, 而鋅逐漸向鎂層擴(kuò)散, 這種相互擴(kuò)散形成了鋅鎂合金。同時(shí)鐵也會(huì)向鋅層擴(kuò)散, 形成鋅鐵合金。鎂富集區(qū)具有擴(kuò)散阻擋作用, 阻止鎂進(jìn)一步向內(nèi)擴(kuò)散的同時(shí)也阻止鐵向表面的擴(kuò)散。

　　鹽霧腐蝕研究表明: 退火時(shí)間較短時(shí), 鋅鎂合金使得生成紅銹的時(shí)間大大增加, 退火時(shí)間120 s 的樣品出現(xiàn)紅銹的時(shí)間約為純鋅樣品的7 倍, 隨著退火時(shí)間的增長(zhǎng), 出現(xiàn)紅銹時(shí)間減少。電化學(xué)過(guò)程研究表明腐蝕分為鈍化層形成, 鈍化層溶解和鋅層溶解三個(gè)階段。如果表面還有較多鎂單質(zhì)存在時(shí), 則首先有鎂的溶解過(guò)程。鈍化膜溶解后則進(jìn)入鋅保護(hù)鋼板的階段。