Al对溶剂法热镀Zn-Al合金界面反应的影响

The properties of hot-dip galvanizing coating can be improved with the addition of Al element. However, Zn-Al（＞wt.2%） coating can not be obtained by traditional solvent process because of Al addition. Up to now no proper fluxing has been available for industrial application. Therefore, the application of Zn-Al（＞wt.2%） coating on wire and structure which can be protected by batch galvanizing only is limited. This study is undertaken to prepare Zn-Al（＞wt.2%） alloy coating by solvent hot dipping. The effect of surface condition before and after fluxing, Al addition to the wetting properties of molten zinc will be studied. The mechanism of Al influence to the interface reaction will be studied by analyzing the physical and chemical action between Al and fluxing film. So there is important academic significance and application value to carry out this research which will reveal the inherent reasons of traditional fluxing failure on Zn-Al（＞wt.2%） coating.

热镀锌中添加铝元素能够改善其性能。但Al元素添加使得传统溶剂法热镀工艺无法制备出良好的镀层。至今仍未见适用于热镀Zn-Al（＞wt.2%）合金的助镀剂广泛应用。而线材、结构件等只能采用溶剂法热浸镀，由此限制了Zn-Al（＞wt.2%）合金的应用。本研究拟通过溶剂法制备钢基热镀Zn-Al（＞wt.2%）合金镀层，分析溶剂法助镀后钢基表面状态、Al元素对锌液润湿性、及其与助镀后钢基的反应，得出Al元素对界面反应的影响机理。该研究将从根本上解释Zn-Al（＞wt.2%）合金难以采用溶剂法热镀的原因，对于开发新型助镀剂，实现Zn-Al（＞wt.2%）合金的广泛应用具有重要的理论和实际意义。

热镀锌层广泛用于钢铁防腐，添加铝元素能够进一步提高其耐蚀性。随铝含量增加 ，传统助镀剂无法满足要求。因而限制了高性能热镀合金在线材、结构件等只能采用溶剂法热镀的基体应用。本项目采用溶剂法在430℃-530℃温度范围内以Q235钢为基体制备了热浸镀Zn-Al合金镀层，研究了浸镀温度、锌浴中Al含量等对合金镀层界面层相组成及微观组织的影响；分析了五种助镀剂在钢件表面的成膜状态；确定了温度及锌浴中Al含量等对Zn-Al合金与钢基体间润湿性能的影响；通过改进的滴定法分析了助镀剂盐膜对熔融合金液与钢基反应润湿性的影响；并采用小容器短时浸镀方法，确定了助镀剂种类对热镀Zn-5%Al合金镀层组织及界面反应的影响规律。研究发现熔融Zn-5%Al合金液与钢基体润湿过程分为初始接触阶段、孕育期及界面反应阶段。助镀剂对前两个阶段影响显著。钢基体表面助镀剂膜与合金液接触后，会还原合金液表面的ZnO和Al2O3。助镀效果最好的助镀剂使镀液与钢基体间初始接触角从122.3°降低到99.7°，孕育期从332 s缩短到220 s。孕育期之后助镀剂分解完全，界面反应润湿速率将不受助镀剂种类影响。热镀Galfan合金界面层由不规则的块状Fe2Al5和少量片层状FeAl3组成，其尺寸接近1 μm。浸镀时钢基体与合金液反应，并优先在钢基体表面形成FeAl3相。随界面处Al含量降低，部分FeAl3相转化为Fe2Al5相。最终FeAl3相分布在远离钢基体一侧，Fe2Al5相则紧邻钢基体表面。热浸镀过程中快速分解的助镀剂会漂浮到锌灰中或挥发掉，而分解慢的助镀剂则会残留于镀液中或钢基体表面。本研究确定了钢基助镀后表面状态及其对镀层形成的影响，明确了铝元素与助镀膜之间的物理、化学反应，及界面层反应过程；通过优化所得专用助镀剂为批量热镀件应用高性能Zn-Al合金提供广阔的应用前景。