熱浸鍍新型Zn-Al-Mg合金鍍層耐蝕性能研究

許紅 冀英杰 中國核電工程有限公司河北分公司 石家莊 050021

熱浸鍍新型Zn-Al-Mg合金鍍層耐蝕性能研究

許紅 冀英杰 中國核電工程有限公司河北分公司 石家莊 050021

研究了Zn-1%Al-2.5%Mg合金鍍層微觀形貌并通過中性鹽霧試驗(yàn)、Na2SO4溶液全浸試驗(yàn)測定其腐蝕失重速率，從而確定其耐蝕性能。結(jié)果表明Zn-1%Al-2.5%Mg合金鍍層耐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于純Zn鍍層，接近Zn-5%Al鍍層。

熱浸鍍；Zn-1%Al-2.5%Mg合金；耐蝕性能

引言

熱浸鍍是一種經(jīng)濟(jì)而有效的鋼鐵材料表面處理方法[1]，由于其工藝簡單、防腐蝕性能良好而被普遍使用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類社會的進(jìn)步，傳統(tǒng)的鍍層種類已不能滿足防腐蝕的需要，這就需要開發(fā)出性能優(yōu)良的新型合金鍍層。

在鍍層中加入鋁、鎂元素具有很多優(yōu)點(diǎn)，可以改善鍍層表面外觀和耐蝕性能。以往的研究主要集中在純鋅鍍層、Zn-5%合金鍍層、Zn-55%Al合金鍍層。本文在以往研究的基礎(chǔ)上開發(fā)了新型的Zn-Al-Mg耐蝕合金鍍層，研究了Zn-Al-Mg合金鍍層的耐蝕性能，并分析了鍍層的耐蝕機(jī)理。

1 新型Zn-Al-Mg合金鍍層耐蝕性能研究

1.1 掃描電鏡觀測鍍層形貌

合金鍍層樣品加工成10mm×10mm大小，截面分別用粗、中、細(xì)砂紙打磨，用丙酮或乙醇清洗試樣，自然晾干，觀察鍍層表面和截面的微觀形貌；用1：1鹽酸腐蝕鍍層表面，觀察鍍層表面腐蝕后形貌。

由各鍍層樣品的微觀形貌圖可以看出，純鋅表面為粗大的晶粒，當(dāng)加入Al、Mg元素后，發(fā)現(xiàn)金屬晶粒明顯細(xì)化[2,3]，主要是由于Mg與Zn結(jié)合生成金屬間化合物Zn2Mg。同時正是由于Mg元素的存在使鍍層組織形成以Zn/Al/Zn2Mg三元共晶體為主體的鍍層結(jié)構(gòu)，且鍍層結(jié)構(gòu)致密，有效地阻止晶間腐蝕的發(fā)生，這也是鍍層耐蝕性能提高的重要因素。通過比較各鍍層樣品腐蝕后表面微觀形貌，可以看出純鋅鍍層發(fā)生了明顯的晶間腐蝕，并且鍍層表面也出現(xiàn)了大量的蝕孔。當(dāng)加入Al、Mg元素后，鍍層表面的蝕孔消失，只發(fā)生了輕微的晶間腐蝕，這是由于Zn/Al/Zn2Mg三元共晶組織的存在，鍍層結(jié)構(gòu)致密，有效地阻止了孔蝕的發(fā)生，鍍層耐蝕性能明顯增強(qiáng)。

1.2 中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)（NNS試驗(yàn)）

試樣用丙酮或乙醇浸泡擦洗除去表面油污，自然晾干，在樣片無鍍層處用清漆覆蓋，將樣品放置與垂直方向成25±5°角，試樣上邊緣與鹽霧收集器頂端平行放入鹽霧箱，避免鹽霧直接噴射到試樣表面。試驗(yàn)使用（50±5）g/L NaCl溶液，pH 6.5～7.2，試驗(yàn)時鹽霧箱內(nèi)溫度控制在35±2℃，連續(xù)噴霧96小時，取出計算試樣腐蝕速率。

由表1結(jié)果可以看出，在NaCl中性鹽霧試驗(yàn)中，Zn-1%Al-2.5%Mg合金鍍層的耐蝕性能介于純Zn和Zn-5%Al合金之間，約為純Zn鍍層的2.3倍，這是由于合金鍍層的腐蝕產(chǎn)物及腐蝕產(chǎn)物的水合物附著在鍍層表面，形成一層致密的保護(hù)膜，減緩了合金鍍層的腐蝕速度。

表1 鍍層中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

表2 全浸腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

1.3 Na2SO4溶液全浸腐蝕試驗(yàn)

試樣上端鉆一個小孔，用丙酮或乙醇浸泡擦洗除去表面油污，自然晾干，用棉線拴在橡皮塞上，置于盛有（50±5）g/L Na2SO4溶液的廣口瓶中，試樣全部浸入溶液中，上端距液面2cm，橡皮塞上開一小孔以促進(jìn)空氣流通，放入恒溫箱中，試樣在保溫118小時后取出，試驗(yàn)結(jié)束后取出試樣，計算腐蝕速率。

由表2結(jié)果可以看出，在Na2SO4溶液全浸腐蝕試驗(yàn)中，Zn-1%Al-2.5%Mg合金耐蝕性能比純Zn鍍層有了很大提高，約為純Zn鍍層的2.2倍，耐蝕性能接近Zn-5%Al。合金鍍層在Na2SO4溶液全浸腐蝕試驗(yàn)中腐蝕速率遠(yuǎn)小于純Zn鍍層，這是由于合金鍍層少量的腐蝕產(chǎn)物及腐蝕產(chǎn)物的水合物附著在鍍層表面，形成一層致密的保護(hù)膜，有效地減緩了合金鍍層的點(diǎn)蝕和晶間腐蝕，減緩了合金鍍層的腐蝕速度。

2 結(jié)論

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果可得出如下結(jié)論：

（1）當(dāng)加入Al、Mg元素后，金屬晶粒明顯細(xì)化，主要是由于Mg與Zn結(jié)合生成金屬間化合物Zn2Mg，且鍍層結(jié)構(gòu)致密，有效地阻止晶間腐蝕的發(fā)生，這也是鍍層耐蝕性能提高的重要因素。

（2）由腐蝕試驗(yàn)結(jié)果可知：Zn-1%Al-2.5%Mg合金鍍層耐蝕性能接近Zn-5%Al鍍層，比傳統(tǒng)純Zn鍍層有了很大提高。

[1]顧國成，劉邦津.熱浸鍍[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1991

[2]陳冬，項(xiàng)長祥，韓其勇. 熱鍍鋅合金及其在鋼絲中的應(yīng)用[J]. 金屬制品.1986，12(4)：27-34

[3]龔鳴明，莊金榜. 鋁、鎂、稀土對低鋁鋅合金鍍層性能的影響[C]. 全國第二屆熱浸鍍學(xué)術(shù)交流會.株洲，1992

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.095