Mg对Zn-6%Al镀层凝固组织的影响及耐腐蚀性的研究

热浸镀锌是一种在电力、交通和建筑等生产实际中得到广泛应用，用来防止钢铁产品腐蚀的最常用技术。锌液中Al的加入，使镀层不仅具有铝镀层的耐蚀性和高温抗氧化性，还具有锌镀层的阴极保护性。因此，Zn-Al合金镀层以其高耐蚀性、良好的力学性能和涂装性能，正在渐渐取代纯锌镀层。1984年国际铅锌研究组织(ILZRO)开发了一种含有5%Al和微量稀土的合金镀层，商品名为“Galfan”，它的耐蚀性是纯锌镀层的2～3倍。为了适应不断提高的耐腐蚀要求，其他合金元素被加入到Zn-Al合金镀层中。Mg加入Zn-Al合金镀层中后有细化晶粒和强化晶界的作用。日本日新制钢公司在20世纪90年代开发成功商品名为ZAM的锌铝镁镀层合金，其成分为Zn-6％A1-3％Mg，其耐蚀性为纯锌镀层的10倍，为Galfan合金的5倍。目前，已有许多研究人员对Zn-Al-Mg合金镀层开展了科研工作，但是关于镀层形貌结构及其对性能影响的相关文献十分有限。本文在Zn-6%Al锌池中加入不同含量Mg，通过SEM、EDS以及XRD对镀层进行分析，结合相图研究Mg对Zn-6%Al合金镀层凝固组织及形貌的变化，进一步分析这种变化对镀层耐蚀性的影响。

在实验室用井式炉以及石墨粘土坩埚熔炼合金锌浴，Zn锭、Al锭和Mg锭的纯度均为99.9%，热浸镀基体为99.96%高纯Fe片，使用线切割机切成15mm×15mm×1mm的试片，锌池设计温度460℃。铁片用预磨机打磨→15%的NaOH溶液碱洗2～3min除油(70℃)→清水冲洗→15%的HCl溶液酸洗3min除锈→清水冲洗→助镀3min(70～90℃)→干燥→热浸镀10s→冷却。助镀剂为每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%以内，Zn-6%Al合金镀层凝固过程为：先出现初生富Al的fcc相，随后富Zn的hcp相作为第二相在镀层中形核生长，当液相成分到达共晶点成分后发生共晶转变，生成了Zn/Al/MgZn2三元共晶。Mg含量为3%～4%，凝固生成的第二相为MgZn2，而不再是Zn-hcp；Mg含量超过4%，凝固过程中MgZn2作为初生相率先在镀层中形核，第二项为Al-fcc，最后发生共晶反应生成Zn/Al/MgZn2三元共晶。电化学腐蚀结果显示，Zn-6%Al镀层的耐腐蚀性能随Mg含量增加而提高，Mg加入合金镀层中能增加Zn-Al合金镀层的耐腐蚀性能，Zn-6%Al-3%Mg的合金镀层腐蚀速率最低，耐蚀性最好，但加入的Mg含量继续升高后耐蚀性有明显下降。比较Zn-6%Al和Zn-6%Al-3%Mg合金镀层可发现，Zn-6%Al的腐蚀产物为Zn5(OH)8Cl2•H2O、Zn(OH)2和少量ZnO，而Zn-6%Al-3%Mg合金镀层在盐雾腐蚀后表面主要形成了难溶、致密、低导电性的腐蚀产物Zn5(OH)8Cl2•H2O。说明Mg的加入抑制了Zn(OH)2向ZnO而促进了向Zn5(OH)8Cl2•H2O转变，大大提高了镀层的耐腐蚀性。