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2021第四届中国国际热镀锌技术与市场应用发展论坛

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2021第四届中国国际热镀锌技术与市场应用发展论坛

专家分享:Zn-Al-Mg热浸镀合金研究进展【热镀锌发展论坛】

来源:SMM

【热镀锌会议|专家分享:Zn-Al-Mg热浸镀合金研究进展】在由上海有色网信息科技股份有限公司(SMM)举办的2021第四届中国国际热镀锌技术与市场应用发展论坛上,东北大学冶金学院教授、博导,俄罗斯自然科学院外籍院士高波详细介绍了Zn-Al-Mg热浸镀合金研究进展。

SMM 9月14日讯:在由上海有色网信息科技股份有限公司(SMM)举办的2021第四届中国国际热镀锌技术与市场应用发展论坛上,东北大学冶金学院教授、博导,俄罗斯自然科学院外籍院士高波详细介绍了Zn-Al-Mg热浸镀合金研究进展。

目前已经商业化的几种多元热镀浸合金镀层有Zn-55Al-1.6Si镀层 (Galvalume)、  Zn-5Al-0.1RE镀层 (Galfan)、  Zn-23Al-0.3Si镀层 、Zn-4.5Al-0.1Mg镀层 (Superzinc )、  Zn-11Al-3Mg-0.2Si镀层 (Super Dyma)  、Zn-0.5Mg镀层 (DYMAZINC)、以及  Zn-6Al-3Mg镀层 (ZAM)等,这七种镀层已大规模工业生产,均由国外的钢铁公司研制,但是受到国外专利的保护。

其中Zn-4.5Al-0.1Mg镀层 (Superzinc ) 是由日本钢铁研究中心在1985年研制的4.5%Al-Zn-0.1%Mg镀层钢板, 在大气中经过十个月的暴露实验得到的试验结果表明,热镀锌镁合金钢板比普通的热镀钢板腐蚀性能提高一倍以上;而Zn-11%Al-3%Mg-0.2Si镀层(Super Dyma) 是2000年,由新日铁公司首次开发出成分为Zn-11%Al-3%Mg-0.2Si的合金镀层。此种合金镀层较薄,以铝铁为主,含有少量的锌和镁。其耐腐蚀性是热浸镀锌钢板的15倍,热浸镀Galfan钢板的6-8倍。Super Dyma合金具有较好的抗刮擦性能,其表面硬度接近140HV,是热镀锌镀层表面硬度的3倍左右,切口耐蚀性优于Galvalume镀层。

此外,Zn-6%Al-3%Mg合金镀层(ZAM) 则是上世纪90年代,日本的新日铁公司在前人研究的基础上,开发出耐腐蚀性更高的成分为Zn-6Al-3Mg的镀层合金材料,被称为第4代高耐蚀镀层材料此种镁含量在3%的Zn-Al共晶组织镀层耐腐蚀性能为镀锌(GI)钢板的10-20倍,Galfan 镀层钢板的5-8倍,是目前耐蚀性最好的热镀锌合金镀层。

本课题组以Zn-6Al-3Mg(ZAM),Zn-55Al-1.6Si (Galvalume)和Zn-23Al-0.3Si镀锌板为研究对象,分别研究Si和RE对ZAM镀层耐蚀性和成形性的影响,以及Mg和RE对Galvalume和Zn-23Al-0.3Si镀层耐蚀性和成形性的影响。

ZAM镀层改性研究

Zn-6Al-3Mg-0.1Si镀层的厚度约为23μm,与ZAM镀层相比厚度减薄了约10μm,镀层中没有缺陷;在Zn-6Al-3Mg-0.1Si镀层/钢板的界面上只存在一个厚度仅约1μm的合金层;Zn-6Al-3Mg-0.1Si镀层由Zn/Al/MgZn2三元共晶组织和块状相构成,其中块状相为铝枝晶。

Si和RE对ZAM镀层厚度和质量的影响

从中性盐雾试验和电化学检测结果可以发现,添加0.1%的Si和0.1%的RE,能显著提高ZAM镀层的耐蚀性。

在室温下,5%的NaCl溶液中做全浸试验测试测试Si和RE对ZAM镀层耐蚀性的影响,最终得出结论,Zn-6Al-3Mg-0.1Si-0.1RE镀层的厚度仅为ZAM的49.7%,但是其在NaCl溶液中的使用寿命却是ZAM的1.61倍,说明Si和RE明显地改善了ZAM镀层的耐腐蚀性。

Mg对Galvalume镀层组织的影响

Zn-23Al-0.3Si镀层表面主要为枝晶结构,镀层表面主要由富铝相和纯锌相构成以及存在于纯锌相周围和内部的锌铝二元共晶组织。当向合金中加入少量的Mg后,镀层表面的富铝相仍保持其枝晶结构,但不同的是在白色的纯锌枝晶间区内,出现了条纹状的锌铝镁共晶组织。随着Mg含量的进一步增加,镀层组织内开始出现气孔和裂缝等缺陷。

Mg对Galvalume镀层耐蚀性的影响

由实验数据得知, Zn-23Al-0.3Si-2.0Mg镀层的腐蚀速度达到最小值(0.0245 g·m-2·h-1),此时可以认为镀层的耐腐蚀性最强。因此,在热浸镀过程中,向镀层中加入适量的合金元素Mg,有助于镀层耐蚀性的提高。

Mg对Galvalume镀层截面结构和厚度的影响

Mg的加入使得镀层的金属间化合物层变得更均匀,其厚度也变薄了。

Mg对Zn-23Al-0.3Si镀层截面成形性的影响

Zn-23Al-0.3Si镀层在拉深试验过程中产生了裂纹,由于裂纹的出现,当机械加工后镀层处于腐蚀环境时,腐蚀介质能通过裂纹直达钢板基体,对钢板进行腐蚀。Zn-23Al-0.3Si-2.0Mg镀层极少部分裂纹依然存在,但是裂纹宽度明显变窄,镀层成形性得到很大的改善。

Mg对Zn-23Al-0.3Si镀层腐蚀类型的影响

Zn-23Al-0.3Si镀层表面清除腐蚀产物后的形貌图,由图可以看出,镀层的腐蚀层较厚,由于裂纹的存在,镀层的腐蚀较为严重,腐蚀扩展到镀层的内部,这种情况对镀层极为不利。

由Zn-23Al-0.3Si-2.0Mg镀层清除腐蚀产物后的低倍和高倍形貌图可以看出,镀层的整体表面腐蚀不太严重,基本保持表面的平整,只是部分枝晶间区发生很浅的腐蚀,说明加入2.0wt.%的Mg使得镀层的富锌枝晶间区得到了强化,从而使得其耐蚀性得到了一定的提高。

废铝对Zn-5Al-0.1RE镀层影响研究

新铝废料是指铝材在加工过程中所产生的工艺废料及不合格废品。旧铝废料是指经社会消费后的报废铝料,如铝门窗、汽车铝铸件、易拉罐等,也包括新铝废料流入社会进行回收利用的废铝。

废铝对Zn-5Al-0.1RE镀层腐蚀性能影响

通过盐雾试验前后镀层表面形貌对比试验发现,不同含量废铝的Zn-5Al-0.1RE镀层出现了不同程度的腐蚀,腐蚀后表面黑色面积越大表示腐蚀越严重,通过对比可以发现Zn-5Al(90%)-0.1RE镀层较其他镀层耐腐蚀。

废铝对Zn-5Al-0.1RE镀层成形性的影响

Zn-5Al-0.1RE镀层有两层结构,内层为Zn-Fe-Al层,拉深之后,内层有裂纹产生,当加入90%废铝之后发Zn-5Al(90%)-0.1RE镀层只有轻微裂纹,几乎看不到,说明加入废铝增强了镀层的成形性,使镀层弯曲时不产生裂纹,提高了镀层的使用寿命。

废铝对Zn-5Al-0.1RE镀层腐蚀产物的影响

加入90%的废铝后的镀层腐蚀产物中有Al2O3,Al2O3有钝化作用,能起到保护作用,这也是加入废铝后耐腐蚀性提高的原因。通过实验对比发现,Zn-5Al-0.1RE、Zn-5Al(30%)-0.1RE、Zn-5Al(60%)-0.1RE、Zn-5Al(90%)-0.1RE四者的镀层都有晶间腐蚀发生,相比而言,加入90%废铝的Zn-5Al-0.1RE镀层的腐蚀程度就轻得多,而且比较均匀,腐蚀后的镀层表面仍然很平整。

综合来看,加入废铝之后,Zn-5Al(90%)-0.1RE镀层较其他镀层耐腐蚀,而且增强了镀层的成形性,使镀层弯曲时不产生裂纹,提高了镀层的使用寿命。

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