熱浸鍍鋅層界面的微區(qū)電化學(xué)腐蝕行為

林學(xué)亮，王友彬，辛延琛，高鋒，韋悅周，Toyohisa FUJITA

熱浸鍍鋅層界面的微區(qū)電化學(xué)腐蝕行為

林學(xué)亮，王友彬，辛延琛，高鋒，韋悅周，Toyohisa FUJITA

（廣西大學(xué) a.廣西有色金屬及特色材料加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 b.資源環(huán)境與材料學(xué)院，南寧 530004）

探究鋼鐵熱浸鍍鋅的鍍層/鋼基體界面的微區(qū)電化學(xué)特性及腐蝕行為。采用掃描電化學(xué)顯微鏡（SECM）分析技術(shù)，研究鍍層/鋼基體界面在0.1 mol/L NaCl溶液腐蝕過(guò)程中微區(qū)電流的演變過(guò)程，結(jié)合掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、3D顯微鏡以及X射線(xiàn)衍射技術(shù)（XRD）等分析腐蝕產(chǎn)物的物相組成與分布規(guī)律。在腐蝕過(guò)程中，鍍鋅鋼的腐蝕產(chǎn)物主要分布在熱浸鍍鋅層界面處靠近鋼基體的一側(cè)，在鍍鋅層表面的分布較少，腐蝕產(chǎn)物主要由Zn5(OH)8Cl2、Zn5(OH)6(CO3)2與ZnO等物相組成。在腐蝕開(kāi)始階段，鋼基體區(qū)域的SECM還原電流（=1.2）大于鍍鋅層（=1.1）。隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，鍍層/鋼基體界面處的SECM還原電流整體降低，同時(shí)在界面靠近鋼基體一側(cè)存在電流凹陷區(qū)（=1.0），表明腐蝕產(chǎn)物主要沉積在此處，并對(duì)鍍層的腐蝕起到保護(hù)作用。此外，在腐蝕過(guò)程中氧氣的消耗主要發(fā)生在鋼基體區(qū)域，隨著腐蝕時(shí)間的增加，鍍層和鋼基體表面的溶解氧含量都逐漸降低。在浸泡腐蝕過(guò)程中，鍍鋅層作為陽(yáng)極，溶解生成Zn2+，并向鋼基體區(qū)域擴(kuò)散，同時(shí)鋼基體表面消耗氧氣，還原形成OH–向鍍鋅層區(qū)域擴(kuò)散。Zn2+與OH–以及溶液中其他離子結(jié)合，生成腐蝕產(chǎn)物，在靠近鍍層/鋼基體界面處的鋼基體一側(cè)沉淀，對(duì)鋼基體起到一定的保護(hù)作用。

微區(qū)電化學(xué)；熱浸鍍鋅；界面；掃描電化學(xué)顯微鏡；腐蝕行為；

熱浸鍍鋅是鋼鐵腐蝕防護(hù)最常用的表面處理技術(shù)，鋼鐵表面的熱浸鍍鋅層由表層的純鋅層（η-Zn）和內(nèi)部的鋅鐵合金層組成。表面鍍鋅層主要通過(guò)隔離防護(hù)與犧牲陽(yáng)極性能來(lái)防止鋼基體的腐蝕[1-2]，因其耐腐性較強(qiáng)，而廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)，如汽車(chē)板材、輸電鐵塔、石油化工輸油管及海洋裝備等[3]領(lǐng)域。

鍍鋅鋼在服役使用前，不可避免地要進(jìn)行切割組裝，切割邊緣的鋼基體將失去鍍鋅層的隔離防護(hù)而暴露在環(huán)境中，可能導(dǎo)致鋼基體的腐蝕。此時(shí)，鍍鋅層將向鋼基體提供電化學(xué)陽(yáng)極保護(hù)，其中鋼基體為大陰極，鋅鍍層為小陽(yáng)極，兩者面積差距較大。關(guān)于鍍鋅層在這種情況下如何提供電化學(xué)陽(yáng)極保護(hù)的研究較少，因此需要深入探究鍍鋅鋼橫截面的電化學(xué)腐蝕行為，特別是鍍鋅層/鋼基體界面的微區(qū)電化學(xué)行為。宏觀電化學(xué)分析方法[4-7]（如電化學(xué)阻抗譜和極化曲線(xiàn)等），空間分辨率較低，只能得到鍍鋅鋼橫截面的平均腐蝕信息[8]，無(wú)法深入表征鍍層/鋼基體界面的微區(qū)腐蝕行為。因此，需要借助具有高空間分辨率的微探針電化學(xué)系統(tǒng)來(lái)分析熱浸鍍鋅層界面的腐蝕行為。

目前用來(lái)分析微區(qū)腐蝕的微探針電化學(xué)技術(shù)有掃描電化學(xué)顯微鏡（SECM）[9-10]、局部電化學(xué)交流阻抗譜（LEIS）[11-12]、掃描開(kāi)爾文探針（SKP）[13-14]、掃描參比電極技術(shù)（SRET）[15-16]和掃描振動(dòng)電極技術(shù)（SVET）[17-20]等。其中掃描電化學(xué)顯微鏡技術(shù)（SECM）具有較高的空間分辨率，可用于表征各種微區(qū)的電化學(xué)反應(yīng)，如金屬表面鈍化膜的降解過(guò)程[21-22]、有機(jī)涂層的缺陷行為[23-24]，金屬的點(diǎn)蝕行為[25-26]以及金屬之間的電偶腐蝕[27-28]等。已有研究人員采用SECM研究鍍鋅鋼的電化學(xué)腐蝕行為，如Marques等[29]利用SECM和SVET技術(shù)聯(lián)合研究了不同pH溶液中鍍鋅鋼界面微區(qū)腐蝕電化學(xué)電流的分布。Fernández- Pérez等[30]利用SECM分析了鍍鋅鋼在浸泡腐蝕過(guò)程中溶液的氧氣與pH值的分布規(guī)律。目前關(guān)于鋼鐵熱浸鍍鋅界面的微區(qū)腐蝕研究主要集中在探究微區(qū)電流和pH值的分布規(guī)律，對(duì)微區(qū)腐蝕過(guò)程中腐蝕產(chǎn)物形成行為的探究較少。腐蝕產(chǎn)物的沉淀分布狀態(tài)將影響熱浸鍍鋅界面的微區(qū)電化學(xué)行為，進(jìn)而影響微區(qū)腐蝕電流的分布。因此，探究腐蝕產(chǎn)物在熱浸鍍鋅層界面的分布和形成機(jī)理，有助于深入理解熱浸鍍鋅界面的微區(qū)電化學(xué)腐蝕機(jī)理。

本工作旨在利用SECM探究熱浸鍍鋅層界面在0.1 mol/L NaCl溶液中的微區(qū)電化學(xué)腐蝕行為，分析了浸泡腐蝕過(guò)程中，鍍鋅層/鋼基體界面區(qū)域的反應(yīng)活性電流、氧氣的分布規(guī)律及原因，探討腐蝕產(chǎn)物在界面區(qū)域的分布規(guī)律及形成機(jī)理，揭示鍍鋅層/鋼基體界面的微區(qū)電化學(xué)腐蝕機(jī)理。

1 試驗(yàn)

1.1 樣品的制備

試驗(yàn)采用的Q235鋼板（化學(xué)成分見(jiàn)表1），厚度為2 mm，用鋅錠（0#，≥99.995%）熔融后作為熱浸鍍鍍液。采用溶劑法浸鍍工藝制備鍍鋅層，首先用10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH水溶液堿洗Q235鋼板，去除鋼鐵表面的油脂，用蒸餾水清洗干凈。接著在16%HCl水溶液中酸洗，除去表面的氧化物，用蒸餾水清洗干凈。將Q235鋼片在15%ZnCl2+15%NH4Cl的水溶液中進(jìn)行助鍍處理，在120 ℃下烘干Q235鋼板表面的助鍍劑。最后將鋼片放入450 ℃的鋅液中熱浸鍍3 min，獲得的Q235鋼表面鍍鋅層厚度約為80 μm。

表1 Q235鋼化學(xué)成分

Tab.1 Chemical composition of Q235 steel wt.%

將鍍鋅鋼加工為10 mm×10 mm×2 mm的尺寸，試樣用環(huán)氧樹(shù)脂密封，只保留鍍鋅鋼的橫截面裸露。將鍍鋅鋼橫截面試樣依次用320#、600#、1200#、2500#和5000#砂紙磨拋，然后用0.3 μm的金剛石拋光膏拋光至鏡面，用純水超聲清洗去除表面吸附物，最后用酒精清洗，并在空氣中干燥。

1.2 SECM測(cè)試

采用上海辰華CHI920d掃描電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)（如圖1所示）對(duì)樣品進(jìn)行表征，采用雙恒電位儀四電極測(cè)試體系，10 μm的Pt絲為探針工作電極，鍍鋅鋼為基底工作電極，Pt絲為對(duì)電極，Ag/AgCl電極為參比電極。鍍鋅鋼基底工作電極在測(cè)試中設(shè)置為開(kāi)路，腐蝕溶液為1 mmol/L FcMeOH+0.1 mol/L NaCl，分別進(jìn)行SECM反饋模式和競(jìng)爭(zhēng)模式分析。測(cè)試結(jié)束后，使用無(wú)量綱電流對(duì)SECM電流數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，用=/lim繪制電流分布圖，即探針線(xiàn)掃描電流值與探針遠(yuǎn)離基底的穩(wěn)態(tài)電流之比，表示探針的測(cè)試電流，lim表示探針遠(yuǎn)離樣品時(shí)的穩(wěn)態(tài)電流。

1.3 結(jié)構(gòu)及形貌分析

采用SEM（SU8220，Hitachi，Japan）分析浸泡腐蝕前后熱浸鍍鋅層界面的微觀形貌，并采用能譜儀（QUANTAX，Bruker，Germany）分析鍍鋅鋼及其腐蝕產(chǎn)物的元素成分組成。將熱浸鍍鋅層界面的腐蝕產(chǎn)物剝離收集，然后采用XRD（D/MAX 2500 V，Rigaku，Japan）分析腐蝕產(chǎn)物的物相結(jié)構(gòu)，XRD工作時(shí)采用Cu靶Kα線(xiàn)，電壓為40 kV，電流為200 mA，掃描角度為10°～80°，掃描速率為8 (°)/min，數(shù)據(jù)分析用Jade 6.5軟件完成。采用3D顯微鏡（DVM6，Leica，Germany）獲得浸泡腐蝕不同時(shí)間后熱浸鍍鋅層界面的三維腐蝕形貌。

圖1 SECM實(shí)驗(yàn)裝置

2 結(jié)果與討論

2.1 熱浸鍍鋅層界面腐蝕產(chǎn)物的分布

Q235鋼/鍍鋅層的界面微觀組織及相應(yīng)的EDS成分的線(xiàn)掃描如圖2所示。在熱浸鍍過(guò)程中，F(xiàn)e和Zn相互擴(kuò)散，在鋼表面形成鋅鐵合金鍍層。根據(jù)鍍鋅層中Fe與Zn的含量分布，可將鍍鋅層分為δ-FeZn10子層、ζ-FeZn13子層以及最外層的η-Zn子層[3]。

熱浸鍍鋅層界面區(qū)域的三維腐蝕形貌隨浸泡時(shí)間的變化如圖3所示。在浸泡腐蝕剛開(kāi)始時(shí)，鍍層/鋼基體界面的高度差較小。經(jīng)過(guò)1 h的浸泡腐蝕后，腐蝕產(chǎn)物開(kāi)始沉積到鋼基體的表面。隨著浸泡時(shí)間的增加，越來(lái)越多的腐蝕產(chǎn)物沉積到鋼基體表面。浸泡腐蝕3 h后，腐蝕產(chǎn)物與鍍鋅層的高度差約10 μm。腐蝕產(chǎn)物主要分布在熱浸鍍鋅層界面處靠近鋼基體的一側(cè)，在鍍鋅層表面的分布較少。

圖2 熱浸鍍鋅層界面的形貌(a)及相應(yīng)的EDS線(xiàn)掃描成分(b)

圖3 熱浸鍍鋅層界面浸泡腐蝕不同時(shí)間后的三維形貌

2.2 熱浸鍍鋅層界面的SECM微區(qū)電化學(xué)分析

為了確定FcMeOH在NaCl溶液中的穩(wěn)定性，并選擇合適的SECM探針電位，對(duì)溶液進(jìn)行循環(huán)伏安分析。圖4描繪了溶液中FcMeOH的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，電位高于0.2 V時(shí)，對(duì)應(yīng)于二茂鐵的氧化反應(yīng)[31]；在電位值高于0.3 V時(shí)，F(xiàn)cMeOH極限擴(kuò)散電流基本趨于穩(wěn)定。據(jù)此，將SECM探針電極電位設(shè)置在0.5 V，此時(shí)的反應(yīng)見(jiàn)式（1）。

FcMeOH→FcMeOH++e–(1)

圖4 SECM探針在0.1 mol/L NaCl + 1 mmol/L FcMeOH溶液中的循環(huán)伏安曲線(xiàn)（掃描速率為0.1V/s）

由于SECM探針上施加的電位能夠使FcMeOH氧化成FcMeOH+，通過(guò)探針電流的大小可以分析溶液中FcMeOH的含量。同時(shí)，鍍鋅鋼基底電極可將FcMeOH+還原為FcMeOH，但熱浸鍍鋅層界面不同區(qū)域的電化學(xué)還原能力不同，使得溶液中FcMeOH的分布出現(xiàn)差別，引起探針電流的變化。因此，此方法可用于跟蹤熱浸鍍鋅層界面腐蝕過(guò)程中表面的還原電流隨時(shí)間的演變，從而判斷熱浸鍍鋅層界面不同區(qū)域的電化學(xué)活性。

氧還原電流采用Pt絲探針工作電極進(jìn)行檢測(cè)，鉑絲探針電極在腐蝕液中較穩(wěn)定，不易被腐蝕而改變表面狀態(tài)。在0.1 mol/L NaCl溶液中，溶解氧的電化學(xué)還原反應(yīng)如圖5所示。在–0.4 V時(shí)，開(kāi)始發(fā)生溶解氧的還原，見(jiàn)式（2）。當(dāng)電位低于–0.9 V時(shí)，出現(xiàn)析氫現(xiàn)象。因此，檢測(cè)溶液中氧氣的分布時(shí)，可將探針電位設(shè)置在–0.4～–0.9 V。本試驗(yàn)的探針電極的電位設(shè)置為–0.7 V，在此電位只發(fā)生氧的還原反應(yīng)，探針的電流大小僅與溶解氧的含量有關(guān)，通過(guò)分析氧還原電流的大小來(lái)表征探針位置溶解氧含量的高低[32]。

O2+4e–+H2O→4OH–(2)

對(duì)于鍍鋅鋼基底電極，在發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)時(shí)，陰極發(fā)生氧氣的還原反應(yīng)，在微觀尺度上，導(dǎo)致鍍層/鋼基體界面溶解氧分布不均勻。通過(guò)探針電流的變化，可表征鍍層/鋼基體界面溶解氧含量的分布，從而分析熱浸鍍鋅層界面的微區(qū)電化學(xué)腐蝕行為。

在0.1 mol/L NaCl溶液中，熱浸鍍鋅層界面不同浸泡時(shí)間下的SECM線(xiàn)掃描曲線(xiàn)。電流分布曲線(xiàn)顯示，SECM電流的最大值位于鋼基體的上方，且距離鍍鋅層有一定的距離，靠近鍍層/鋼基體界面區(qū)域的鋼基體上方電流值較小，存在明顯的電流凹陷區(qū)。鍍層/鋼基體界面分為3個(gè)不同電化學(xué)行為的區(qū)域：鍍鋅層表面的陽(yáng)極區(qū)（A），2個(gè)金屬表面之間的低活性區(qū)域（B）以及鋼基體中間區(qū)域的陰極區(qū)（C）。從圖3腐蝕產(chǎn)物的分布可知，腐蝕產(chǎn)物主要分布在B區(qū)域，其電流較小可能是腐蝕產(chǎn)物的覆蓋導(dǎo)致的。隨著腐蝕時(shí)間的增加，探針電流值逐漸減小，說(shuō)明電化學(xué)反應(yīng)逐漸變慢，是由于熱浸鍍鋅層界面逐漸沉積腐蝕產(chǎn)物，使表面導(dǎo)電性降低。鋼基體兩側(cè)鍍鋅層的電流分布不一致，線(xiàn)掃描開(kāi)始側(cè)鍍層的電流高于結(jié)束側(cè)。這可能是由于樣品在制備過(guò)程中的細(xì)微差異[33]或者探針在掃描的過(guò)程中吸附物質(zhì)，降低了探針對(duì)FcMeOH的氧化速率，導(dǎo)致電流下降[29]。

圖5 SECM探針在0.1 mol/L NaCl溶液中的循環(huán)伏安曲線(xiàn)（掃描速率為0.1 V/s）

圖6 熱浸鍍鋅層界面在0.1 mol/L NaCl + 1 mmol/L FcMeOH溶液中浸泡不同時(shí)間的SECM線(xiàn)掃描電流分布（探針電位為 0.5 V，探針–基底距離為30 μm，掃描速率20 μm/s）

為了進(jìn)一步探究熱浸鍍鋅層界面整體的反應(yīng)活性電流隨時(shí)間的變化，進(jìn)行了SECM面掃描測(cè)試，其結(jié)果如圖7所示。圖7中的顏色變化代表不同電流值的大小，可以看出，鋼基體中間區(qū)域的反饋電流值最大，且隨著腐蝕時(shí)間的增加，整體的反饋電流逐漸減小。與圖6的SECM線(xiàn)掃描的結(jié)果基本一致，證明了這些線(xiàn)掃描電流可以代表整個(gè)界面的掃描電流，用于快速跟蹤發(fā)生的腐蝕過(guò)程導(dǎo)致表面活性隨時(shí)間的演變。

圖7 熱浸鍍鋅層界面在0.1 mol/L NaCl+0.1 mmol/L FcMeOH溶液中SECM面掃描電流分布

0.1 mmol/L FcMeOH solution with different time

通過(guò)分析SECM 探針氧還原電流的分布來(lái)探究熱浸鍍鋅層界面的溶解氧分布情況。如圖8所示，當(dāng)探針經(jīng)過(guò)熱浸鍍鋅層界面邊緣兩側(cè)的環(huán)氧樹(shù)脂上時(shí)，其氧氣濃度接近于電解液中溶解氧的濃度。在鋼基體的中間區(qū)域，探針的氧還原電流值最小，表明此處的氧氣分布較少。鋼基體的中間區(qū)域在腐蝕過(guò)程中作為陰極還原消耗氧氣，鍍鋅層主要發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)，氧氣含量不受影響。隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，熱浸鍍鋅層界面相同位置的氧還原電流呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的氧氣消耗，熱浸鍍鋅層界面的氧濃度在整體下降。

為了確定熱浸鍍鋅層界面整體的氧氣濃度隨腐蝕時(shí)間的變化，進(jìn)行了SECM面掃描。熱浸鍍鋅層界面在0.1 mol/L NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間后的面掃描電流如圖9所示。圖9中的顏色變化代表不同電流值的大小，可表征微區(qū)電化學(xué)陽(yáng)極和陰極行為。從圖9中可以看出，隨著腐蝕時(shí)間的增加，鋼基體表面的電流值最小，這主要是由于該區(qū)域發(fā)生氧氣的還原反應(yīng)，溶液中溶解氧的含量減少，與圖8的SECM線(xiàn)掃描的結(jié)果基本一致。

2.3 腐蝕產(chǎn)物微觀形貌及相組成分析

熱浸鍍鋅層界面浸泡腐蝕4 h后的微觀形貌以及腐蝕產(chǎn)物的EDS圖譜見(jiàn)圖10。從圖10a可以看出，在靠近鍍層/鋼基體界面處的鋼基體表面形成了一層腐蝕產(chǎn)物膜，遠(yuǎn)離界面的鋼基體沒(méi)有明顯的腐蝕產(chǎn)物。圖10b顯示，鍍鋅層的腐蝕溶解較為明顯，存在明顯的腐蝕坑，且鍍鋅層上沒(méi)有腐蝕產(chǎn)物的覆蓋。圖10c顯示，腐蝕產(chǎn)物膜較為致密，在鍍層/鋼基體界面靠近鋼基體一側(cè)形成連續(xù)分布，保護(hù)該區(qū)域的鋼基體不受腐蝕。腐蝕產(chǎn)物的EDS結(jié)果顯示，其主要由Zn、O、Cl和C等元素組成。對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行剝離收集，然后進(jìn)行XRD分析（如圖11所示），腐蝕產(chǎn)物為Zn5(OH)8Cl2)、Zn5(OH)6(CO3)2和ZnO。

圖8 熱浸鍍鋅層界面在0.1 mol/L NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間的SECM線(xiàn)掃描電流分布圖（探針電位為– 0.7 V，探針–基底距離為30 μm，掃描速率20 μm/s）

Fig.8 SECM line scan image of interface of the hot-dip galvanized coating after immersion in 0.1 mol/L NaCl solution at different time (the tip potential is –0.7 V, the distance between tip and substrate is 30 μm, the scan rate is 20 μm/s)

圖9 熱浸鍍鋅層界面在0.1 mol/L NaCl溶液中SECM面掃描電流分布

圖10 鍍鋅鋼浸泡腐蝕4 h后的微觀組織

圖11 熱浸鍍鋅層界面在0.1 mol/L NaCl溶液中浸泡腐蝕4 h后的X射線(xiàn)衍射圖譜

Fig.11 XRD pattern of interface of the hot-dip galvanized coating after corrosion in 0.1 mol/L NaCl solution for 4 h

2.4 熱浸鍍鋅層界面的腐蝕機(jī)理

熱浸鍍鋅層界面在0.1 mol/L NaCl溶液中的電化學(xué)腐蝕如圖12所示。由圖12a可知，在浸泡腐蝕的初始階段，鍍鋅層發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)，見(jiàn)式（3），溶解產(chǎn)生Zn2+，并向鋼基體擴(kuò)散，隨著距離鍍鋅層區(qū)域的增加，Zn2+的濃度逐漸降低。鋼基體區(qū)域發(fā)生氧還原反應(yīng)，見(jiàn)式（4）。從圖8的氧濃度分析可知，在離鍍層/鋼基體界面較遠(yuǎn)的區(qū)域氧還原反應(yīng)較快，OH–的濃度較高，逐漸向鍍鋅層區(qū)域擴(kuò)散。Zn2+與OH–以及溶液中的Cl–、CO32–等離子發(fā)生式（5）—（7）所示的反應(yīng)，在靠近鍍層/鋼基體界面處鋼基體一側(cè)沉淀形成腐蝕產(chǎn)物，對(duì)鋼基體起到保護(hù)作用。由于擴(kuò)散到鍍鋅層表面的OH–與鍍層表面過(guò)量的Zn2+主要形成ZnOH+，見(jiàn)式（8），導(dǎo)致鍍鋅層表面沉淀的腐蝕產(chǎn)物較少。隨著腐蝕時(shí)間的增加，Zn2+的濃度增加，擴(kuò)散的距離更遠(yuǎn)，腐蝕產(chǎn)物也逐漸向遠(yuǎn)離鋼/鍍層界面處沉淀，覆蓋區(qū)域逐漸變寬變厚，如圖12b所示。

Zn→Zn2++2e–(3)

O2+4e－+H2O→4OH–(4)

5Zn2++6OH－+2CO32–→Zn5(OH)6(CO3)2(5)

5Zn2++8OH－+2Cl–→Zn5(OH)8Cl2(6)

Zn2++2OH–→Zn(OH)2(ZnO + H2O) (7)

Zn2++OH–→ZnOH+(8)

圖12 熱浸鍍鋅層界面在0.1 mol/L NaCl溶液中的腐蝕示意圖

Fig.12 Schematic diagrams of corrosion process of interface of the hot-dip galvanized coating in 0.1 mol/L NaCl solution

3 結(jié)論

1）鋼基體區(qū)域的SECM還原電流大于鍍鋅層，說(shuō)明鋼基體的還原活性大于鍍鋅層。在鍍層/鋼基體界面靠近鋼基體一側(cè)存在電流凹陷區(qū)，是由于此區(qū)域被腐蝕產(chǎn)物覆蓋，導(dǎo)致其表面還原活性降低。與鋼基體兩側(cè)的鍍鋅層相比，溶解氧在鋼基體區(qū)域分布較低，因?yàn)樵诟g過(guò)程中鋼基體作為陰極，發(fā)生溶解氧的還原反應(yīng)，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，鍍層和鋼基體表面的氧含量都逐漸降低。

2）鍍鋅層發(fā)生陽(yáng)極溶解產(chǎn)生Zn2+，并向鋼基體擴(kuò)散，鋼基體區(qū)域發(fā)生陰極氧還原形成OH－，逐漸向鍍鋅層區(qū)域擴(kuò)散，Zn2+與OH－以及溶液中的其他離子結(jié)合形成腐蝕產(chǎn)物，主要沉積在鋼/鍍層界面處靠近鋼基體的一側(cè)。腐蝕產(chǎn)物膜連續(xù)致密，主要由Zn5(OH)8Cl2、Zn5(OH)6(CO3)2與ZnO等物相組成。

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Localized Electrochemical Corrosion Behavior of the Interface of Hot-dip Galvanized Coating

1,21,2,1,2,1,2,1,2,1,2

(1. Guangxi Key Laboratory of Processing for Non-Ferrous Metallic and Featured Materials, Guangxi University, Nanning 530004, China; 2. School of Resources, Environment and Materials, Guangxi University, Nanning 530004, China)

This work aims to explore the localized electrochemical characteristics and corrosion behavior of the Zn coating/steel substrate interface of the hot-dip galvanized steel. The evolution of the localized electrochemical current of the Zn coating/steel substrate interface in the 0.1 mol/L NaCl solution is studied by scanning electrochemical microscope (SECM). The distribution and composition of corrosion products are analyzed by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS), 3D microscopy, and X-ray diffraction (XRD). In the corrosion process, the corrosion products are mainly distributed on the surface of the steel substrate close to the interface of coating/steel substrate, and the corrosion products are less distributed on the surface of Zn coating. XRD results show that the corrosion products are mainly composed of Zn5(OH)8Cl2, Zn5(OH)6(CO3)2and ZnO. The SECM reduction current of the steel substrate (=1.2) is larger than that of the Zn coating (=1.1) at the beginning of corrosion, and the whole reduction current of the Zn coating and steel decreases with the prolonging of corrosion time. There is a current depression area (=1.0) on the steel substrate close to the interface, indicating that the corrosion products are mainly deposited in this area and play a protective role in the steel corrosion. In addition, oxygen consumption mainly occurs on the steel substrate area during the corrosion process. With the prolonging of corrosion time, the dissolved oxygen content on the coating and steel substrate gradually decreases. During the process of immersion corrosion, the Zn coating acts as an anode, dissolving to generate Zn2+and spreading to the steel substrate area. At the same time, the OH－forms on the surface of the steel substrate by the oxygen reduction, and diffuses to the Zn coating area. Zn2+combines with OH－and other ions in the solutionto form corrosion products, which will deposit on the steel substrate near the interface of coating/steel substrate, and play a protective role in the steel substrate.

localized electrochemistry; hot-dip galvanized; interface; scanning electrochemical microscopy (SECM); corrosion behavior

2021-09-12；

2021-11-17

LIN Xue-liang (1996-), Male , Master, Research focus: metal corrosion and protection.

王友彬（1985—），男，博士，講師，主要研究方向?yàn)榻饘俚母g與防護(hù)。

WANG You-bin (1985-), Male, Doctor, Lecturer, Research focus: metal corrosion and protection.

林學(xué)亮, 王友彬, 辛延琛, 等. 熱浸鍍鋅層界面的微區(qū)電化學(xué)腐蝕行為[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(9): 217-225.

TG172

A

1001-3660(2022)09-0217-09

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.000

2021–09–12；

2021–11–17

廣西自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（2021GXNSFAA196046）；國(guó)家自然科學(xué)基金（11975082）

Fund：Guangxi Natural Science Foundation (2021GXNSFAA196046); The National Natural Science Foundation of China (11975082)

林學(xué)亮（1996—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榻饘俚母g與防護(hù)。

LIN Xue-liang, WANG You-bin, XIN Yan-chen, et al. Localized Electrochemical Corrosion Behavior of the Interface of Hot-dip Galvanized Coating[J]. Surface Technology, 2022, 51(9): 217-225.

責(zé)任編輯：劉世忠