1、 第 卷第 期 年 月钢 铁 ， 热浸镀锌铝镁镀层微观组织试验吕家舜，李锋，杨洪刚，康永林（鞍钢股份有限公司技术中心，辽宁 鞍山；北京科技大学材料科学与工程学院 ，北京 ）摘要 ：研究了热浸镀工艺对于镀层的微观结构的影响 ，利用扫描电镜 （）及能谱分析 （）观察了 镀层表面以及截面的微观结构 、合金层的形貌 、镀层中各相的成分组成 ，利用辉光放电发射光谱仪 （）分析了镀层中各元素沿深度方向的分布 ，利用电子探针 （）分析了镀层中各元素的分布 ，利用 射线光电子能谱（）分析了镀层表面元素 ，利用射线衍射（）分析了镀层的相组成 。结果表明 ，镀层中各元素沿镀层的深度方向的分布并不均匀 ，在镀层表面
2、富集 ，镀层组织呈现多相混合结构 ，以 晶粒 、与 组成的共晶为主 ，同时存在块状富铝相以及一层较薄的合金层 。关键词 ：热浸镀 ；镀层 ；射线光电子能谱 ；镀层微观组织文献标志码 ：文章编号 ：（） ， ， ， （ ， ， ，； ， ， ，）： ， ， ： ； ； 作者简介 ：吕家舜 （），男 ，博士 ；：；收稿日期 ：随着汽车在节能 、环保和安全性等方面要求的不断提高 ，必须保证其在服役期内钢铁材料不被严重腐蚀 ，传统的镀锌处理已经不能满足汽车工业的耐蚀性要求 。在过去的几十年中 ，相继开发了（），（），（）等具有优良耐蚀性能的镀层品种。由于的牺牲阳极保护功能及氧化铝膜层提供的物理隔离保护
3、 ，这些新型耐蚀镀层产品具有比常规镀锌板更加优良的耐腐蚀性能 。近年来 ，人们又发现了元素对于提高锌基镀层耐腐蚀性能的良好作用 ，诸 如 日 本 的 、和以及 的等多种镀层产品被开发应用 。目前镀层研究主要集中在耐腐蚀性能方面，对于镀层的组织 、结构 ，特别是、元素的含量对于组织 、结构的影响上的研究尚不多见 。本文重点研究了不同含量的、对于镀层的影响 ，镀层中各元素的存在状态以及镀层与钢板的界面层形貌及组成 。 试验方法热浸镀试验在 热镀锌模拟器上进行 ，模拟连续热镀锌生产线工艺条件 ，采用不同的镀液成分进行试验 。镀液成分见表，镀液温度为，基板采用普通商业级冷轧钢板 。钢铁 第 卷表 镀液
4、成分 （质量分数 ） 项目 利用扫描电镜 （）及其能谱附件 （）观察分析了镀层表面以及截面的微观结构 、合金层的形貌 、镀层中各相的成分组成 ，利用辉光放电发射光谱仪 （）分析了镀层中各元素沿深度方向的分布 ，利用电子探针分析了镀层中各元素的分布 ，利用 射线光电子能谱仪 （）分析了镀层元素的存在状态 ，利用 射线衍射仪 （）分析了镀层的相组成 。用扫描电镜观察截面图像之前 ，试样需要进行磨制 、抛光 、腐蚀 ，腐蚀剂为硝酸酒精溶液 。合金层形貌观察试样需要首先用浓硝酸浓硫酸（体积比）进行处理 ，然后在扫描电镜 （）下观察 。 试验结果 镀层表面及截面形貌图为镀层钢板的镀层截面微观组织形貌 ，
5、可以看出 ，镀层主要由粗大的晶粒 、晶粒之间的共晶组织组成 ，共晶组织较为细小 ，同时由于锌液中的含量较低 ，镀层中的与钢基体发生反应形成了合金相并向镀层中生长 。的镀层组织与相近 ，区别在于共晶组织的体积分数增加了 ，粗大晶粒得到了细化 ，同时在镀层与钢基体的界面没有发现合金组织 。的组织相比较于前种镀层更加细小 ，棒粒状的晶粒与共晶组织均匀相间分布 。（）；（）；（）。图 镀层钢板截面微观组织 图为镀层钢板的表面微观形貌 ，可以看出 ，和表面主要由块状相 、共晶组织组成 ，共晶组织较为细小 。与前种镀层 相比较 ，块状相较为粗大 ，数量较少 ，同时具有更（）；（）；（）。图 镀层钢板表面微
6、观组织 第 期 吕家舜等 ：热浸镀锌铝镁镀层微观组织试验加均匀而连续的共晶组织 。 镀层元素分布图为镀层截面各元素的分布情况 ，可以看出 ，中的呈网状 ，聚集于界面 、表面及晶界 ，只是在界面存在 ；的、均分布于表面和界面 ，其中在界面上的分布较为连续 ，在表面呈现连续分布 ；与前种成分的镀层相比较 ，、的分布更加均匀 ，晶粒也不再以大块的形式存在 ，而是变的细小弥散分布且以粒状富相存在 ，以树枝晶的形态存在于镀层的中部 ，表面的分布较少 ，富集于含树枝晶的间隙 ，另外从的分布图可以看出 ，分布于整个镀层之中 ，即所有镀层组成相中均含有大量的。图为镀层表面各元素的分布情况 ，与截面的元素分布相
7、对应 ，、镀层表（）；（）；（）。图 截面各元素分布情况 面的呈现网状分布于晶粒的晶界 ，中成面分布 。与的分布相对应 ，呈粒状分布 ；在晶粒中的含量极低 ，在、共晶中有一定的含量 ，另外 ，还存在一些含量较高的粒状 、点状的。（）；（）；（）。图 镀层表面 成分分布 种 成 分 的 镀 层 物 相 组 成 均 为、和，区别只在于物相含量的不同 ，中的含量较高 。图为（）镀 层 钢 板 的 界 面化合物的形貌 。由图可见 ，化合物生成的均匀致密 ，原因在于镀层中的含量一般较高 ，因此不会存在镀层粘附力不足的问题 。钢铁 第 卷图 镀层钢板的界面形貌 镀层富树枝晶形貌及表面元素含量图为镀层中富树
8、枝晶形貌及能谱分析 。可以看出 ，富树枝晶呈现典型的树枝晶结构 ，可见一次枝晶和二次枝晶 ，化学成分以为主 ，另外还含有、及其他一些不可避免的杂质 。从图可以看出 ，镀层表面由、和少量其他杂质组成 ，其中在镀层表面的含量远远高于其镀层中平均含量多倍以上 ，含量也高于镀层平均含量的倍 。图为利用对镀层的局部黑色区域进行分析的结果 ，可以看出 ，镀层黑色区域由、种元素组成 ，该区域以金属态存在 ，以金属态和化合态种形式存在 。图 镀层中的富 树枝晶形貌 （）及能谱分析 （） （） （）图 镀层表面 谱 结果分析 、含量对于镀层组织 、结构的影响在质量分数为的时候 ，镀层与钢基体界面上生成的合金层不
9、能够有效地阻止化合物的生长 ，脆性化合物的形成将严重恶化镀层的加工成型性 。在质量分数为和的时候 ，在镀层中形成了网状的富集区 ，而在质量分数为的时候 ，在镀层中形成了的树枝晶 ，由于的熔点较高 ，树枝晶的形成先于镀层其他部分的凝固 ，起到了分割镀层中富相的作用 ，细化了镀层的晶粒 。无论含量的多少 ，均存在表面富集的趋势 ，具有优良的耐蚀性 ，这也为镀层提供了良好的耐腐蚀性能 。质量分数在的时候 ，主要分布于晶界上 ，形成了在合金层 、晶界 、表面的富集 ，在表面存在大量几乎不含的块状区域 。质量分数在的时候 ，在镀层中的分布较为均匀 ，镀层的晶粒得到了有效的细化 ，镀层表面除极少量的块状区
10、域外几乎都有富集 。的加入 ，在镀层中形成了、的共晶组织 ，细化了晶粒 。第 期 吕家舜等 ：热浸镀锌铝镁镀层微观组织试验图 镀层 谱 镀层的组成相由射线衍射结果可以看出 ，在种成分的镀层中 ，均由、及组成 ，区别在于量的多少及存在相的差别 。随着、含量的增加 ，富相 、含共晶相的体积分数不断增加 。的凝固点高于，在镀层中 ，以种状态存在 ：一种是的先共晶相 ，呈现点状析出 ；另一种是随着凝固过程的进行 ，在共晶点附近以共晶的形式析出 ，可能是和的二元共晶 ，也可能是、和组成的三元共晶 。与相似 ，富相在镀层中也有种形态 ，先共晶相如的树枝晶 ，以及、和组成的三元共晶中的富相 。镀层与钢基体界
11、面上的合金层随含量的变化而有所不同 ，含量较低时存在相 ，含量较高时为单一的相 。 结论）镀层中各元素沿镀层的深度方向的分布并不均匀 ，元素在镀层表面 、界面及锌晶界处富集 。）镀层组织呈现多相混合结构 ，以晶粒 、含的二元或三元共晶为主 ，同时存在富相以及一层较薄的合金层 。镀层中以种状态存在 ，一种是的先共晶相 ，另一种是共晶相 。）镀层中质量分数为的时候 ，在镀层中形成了的树枝晶 ，起到了分割镀层中富锌相的作用 ，细化了镀层的晶粒 。但镀层与钢基体界面上生成的合金层不能够有效地阻止化合物的生长 。参考文献 ： ， ， ， ，： ， ， ， ，： ， ， ， “ ” ，： ， “” ： ， ， ： ，： ， ， ，（）： ， ，（）：
