钢热镀锌抑制层及其合金化镀层界面结构

金相法、扫描电镜、x射线衍射等技术不能定量地分析热镀锌层的相结构。为此,通过扫描电镜和电解剥离法分别对不同合金化时间的热镀锌层进行了相结构分析,将其与扫描电镜的观察结果进行对比。结果表明,电解剥离在足够低的电位扫描速度下可以使镀层中的各相逐相溶解,利用测得的极化曲线和各相的初始溶解电位对镀层中各合金相实现定量分析。

利用合金化热镀锌模拟的方法,研究了ti-if钢基板晶粒对合金化热镀锌镀层的影响。首先利用不同的退火温度分别获得等轴晶和未再结晶基板,然后进行热镀锌并在不同温度下进行合金化处理,分别获得纯锌、欠合金化及合金化镀层。利用扫描电镜和光学显微镜观察镀层的表面、截面形貌以及镀层/基板界面上的fe-al阻挡层形貌。结果表明,等轴晶基板表面的ga镀层"火山口"形貌明显,微观上镀层厚度不均匀;未再结晶基板表面的ga镀层则表面较平,无"火山口"形貌,镀层厚度均匀。造成上述差异的原因是:等轴晶基板晶粒表面的fe-al阻挡层不均匀,而未再结晶基板晶粒表面的阻挡层均匀,从而导致合金化过程中合金化速度和程度的差异。

用装配3点弯曲试验装置的扫描电镜原位分析了ga钢板变形情况下镀层中裂纹的产生、扩展、镀层断裂及ga钢板在塑性变形过程中镀层与钢基体界面交互作用的情况。试验及分析结果表明:镀层承受拉应力的一侧,裂纹在г/δ1相界面处产生,在δ1相中沿着垂直于镀层平面的方向扩展,并沿着г相/钢基体界面延伸,镀层塑性变形的迹象不明显;镀层承受压应力的一侧表现出了明显的塑性变形,存在裂纹之间的相互作用和不均匀变形情况。合金化镀层无论承受拉应力还是压应力,镀层主要的破坏形式是断裂,而与镀层相接触的钢基体的主要破坏形式是局部不均匀塑性变形。

建立数学模型可确定热浸镀锌合金化变化状况,进而可改进其工艺,消除锌层在冲压时的粉化。在建模中是以锌为主扩散元素,还是以铁为主,目前仍不统一。基于热浸镀锌合金化过程中的组织演变规律及相变机理,以锌为主扩散元素,建立了一种合理的数学模型,采用数值解法及c语言编程来模拟合金化镀层组织生长规律;同时应用visualc++6.0平台开发了ga钢板镀层组织模拟计算软件。以连续镀锌合金化工艺最优参数,将合金化工艺参数输入,计算出ζ,δ和γ相的生长厚度、镀层铁含量及zn浓度-距离分布,分析η和ζ相消失的合金化时间点,能计算δ相内无浓度梯度的合金化时间点,以便控制γ相的快速生长。根据计算结果和合金化过程分析报告可优化合金化参数,模拟获得最佳镀层显微组织。结果表明:该软件具有较为全面的输入参数、预测结果准确和操作简单等优点,对指导热浸镀锌合金化工艺有重要的实际应用价值。

对汽车用基板含微ｔｉ的热浸镀锌板进行合金化处理，用光学显微镜和扫描电镜观察了合金化镀层的组织形貌，并用ｘ射线衍射方法和电子探针分析了合金层的相组成。研究表明，合金层的组织结构与合金化温度有关，并提出了合金化过程中的三种相变模式。

用esem原位观察了铝含量不同的两种热镀锌钢板合金化过程中镀层表面和断面铁-锌合金相的生长,并用gdoes分析了镀层中元素分布和相结构的变化。实验结果表明:铝含量对热镀锌钢板合金化过程中镀层结构的变化具有重要的影响。铝含量为0.13%时,镀层从ζ相的形成到转变为δ相的过程是均匀进行的,铁-锌合金相均匀地生长,镀层的相结构以δ相为主;铝含量为0.22%时,界面处的铁-锌反应不能同时进行,合金化过程局部被延迟,镀层中形成了大量的暴发组织,ζ相及δ相的形成时间不同且不能均匀有序地形成,镀层的相结构是δ和ζ相的混合物。

合金化热镀锌钢板已广泛地用于汽车行业,如何消除汽车用合金化热镀锌钢板镀层粉化等缺陷是钢铁生产厂家和用户极为关注的热点问题。本文主要介绍汽车用合金化热镀锌钢板镀层粉化、亮点、波纹和条纹等缺陷的产生原因及其消除措施,同时还侧重介绍汽车用合金化热镀锌钢板今后需要研究的抗粉化课题。

合金化热镀锌钢板

合金化热镀锌钢板

利用光学显微镜、扫描电镜和能谱分析仪分析了合金化热镀锌if钢板表面的亮条纹缺陷。条纹部位与正常部位相比,镀层的表面形貌、截面特征以及侵蚀锌层后的钢板表面形貌均有不同。造成条纹的直接原因是钢板表面的微裂纹,而引起微裂纹的原因是al2o3颗粒。

用配备拉伸/三点弯曲试验装置的sem原位观察分析了热镀锌合金化钢板变形时镀层中裂纹产生、扩展、镀层断裂及在塑性变形过程中镀层与钢基体界面的交互作用。结果表明,在拉应力作用下,镀层的破坏可以分为两个过程:第一阶段主要表现为粉化;第二阶段主要表现为剥落。镀层在复合应力作用下的断裂并非沿着某一固定的界面发生,而是在载荷作用的不同阶段,发生不同类型的断裂和脱落,在不同区域镀层断裂的界面不同。当镀层承受拉应力时,裂纹在γ/δ相界面产生,在δ相中沿着垂直于镀层平面的方向扩展,并沿着γ相/钢基体界面延伸,镀层塑性变形的迹象不明显;但在压应力作用下,镀层表现出了明显塑性变形的迹象,在镀层和基体的变形过程中存在裂纹之间的相互作用和不均匀变形的情况。

电解剥离试验是一种定量分析热镀锌合金化镀层相结构的方法,但电解剥离的试验数据不能直接确定合金化镀层中的fe-zn相结构,需要考虑试验过程中产生的各种电化学副反应的影响,本文优化了电解剥离分析合金化镀层相结构的试验参数。结果表明:在足够低的电位扫描速度下,电解剥离试验可以使合金化镀层中的各相逐相溶解,能够准确分析合金化镀层中的铁含量和η、ζ、δ、γ等相的厚度。利用电解剥离试验测得的极化曲线和提出的数据分析方法结合各相的初始溶解电位准确测量了铝含量不同的热镀锌合金化镀层中各相的厚度和含量。

利用扫描电镜和电感耦合实验观察了不同基板粗糙度的合金化热镀锌钢板表面形貌,测定了镀层中的fe含量。结果表明,在相同的合金化工艺条件下,基板表面粗糙度越大,合金化镀层中的fe含量越高。较大的基板粗糙度使镀层中的微裂纹增多,镀层均匀性变差。

为了研究合金化热镀锌层与基体的剥离性能,设计了一种用于剥离合金化热镀锌层的特殊试验装置和专用胶。利用该装置可以在普通的万能拉伸仪上将合金化热镀锌层从镀锌板基体上剥离下来,同时测定出其镀层脱落过程的剥离力,发现镀层剥离时剥离力曲线趋于水平线。扫描电镜观察结果显示,镀层整体与基体分离,x射线衍射分析剥离前试样由г,г1,δ和α-fe相构成,剥离后基体侧含有г,г1,α-fe相,镀层侧只有г,г1和δ相。这说明合金化热镀锌层在外力的作用下出现了沿镀层与基体的交界层(г+г1)开裂而发生剥离。

采用电化学阻抗谱法,分析了不同合金化热镀锌钢板在3.5wt%nacl溶液中的腐蚀行为。结果表明,镀层充分合金化且具有适当比例的zn-fe金属相才具有良好的抗腐蚀能力。zn-fe合金相中铁的比例越高,其平衡电位越高,热力学稳定性越好。合金化时间不同时,生成两种具有不同电化学特性的相结构,一种为合金化不完全的η相,一种为合金化完全的ζ相,在含cl-的溶液中,ζ相易于发生点蚀。锌液中铝含量为0.13wt%时,ga镀层和纯锌镀层均表现出较好抗腐蚀性。

利用电沉积原理，提出了一种在钢丝表面热浸镀锌-10％铝-稀土合金镀层的工艺，在热浸镀合金之前电沉积一层锌镀层，以代替普通的“双镀法”。给出了各工序的溶液配方及工艺条件。指出重点应放在钢丝的预处理上。采用2道电解脱脂以及石英砂擦拭、水溢流漂洗工艺，得到非常清洁的钢丝表面，才能保证镀层质量。给出了合金液温度范围（455～460℃）、氮气抹拭温度参数等技术要点。该工艺较“双镀法”节约能源，生产成本低。探讨了影响镀层质量的富集铝漂浮物的产生原因及处理办法，使镀层光滑，无“疙瘩”等缺陷。该工艺所得钢丝的表面质量稳定，各项理化技术指标达到yb／t4221-2010《机编钢丝网用镀层钢丝》标准的要求。

分析了深冲合金化热镀锌钢dx53d+zf的镀层组织结构和微观成分,测试了试验钢的拉伸性能、成型性能和抗粉化性能特性。分析结果表明,产品具有良好的塑性应变性能,镀层厚度分布均匀;结构细小致密;镀层铁含量平均为10%,梯度变化平缓。

采用sem和afm对不同合金化工艺的热镀锌合金化镀层断面结构和表面形貌进行观察和表征,并用摩擦系数仪测定了压力对不同工艺的镀层表面摩擦系数的影响,分析了合金化工艺和载荷对热镀锌合金化钢板(简称ga钢板)镀层表面摩擦特性的影响。结果表明,合金化时间为50s时镀层表面的摩擦系数最大,此后随着合金化时间的延长镀层表面的摩擦系数基本保持不变;不同工艺的合金化镀层表面的相结构不同,当镀层表面以ζ相为主并伴有少量η相或以块状ζ相及致密的栅柱状δ相晶体为主时,镀层表面较平滑,表面没有出现明显的"火山口"状形貌时镀层表面的摩擦系数最小;随压应力的增加,镀层表面摩擦系数逐步增大,但是在较大压应力作用下,镀层表面摩擦系数的增幅明显降低。

铝是热浸镀锌中非常关键的金属元素,锌锅中铝含量决定了镀层的结构以及锌锅锌浴行为。本文分析了大生产下的gi和ga板镀层中的铝含量,结果表明,不管是gi或ga,带钢的运行速度即热浸镀时间将影响fe2al5抑制层的厚度,影响带钢从锌液中带走的铝含量。纯锌gi板,在有效铝含量为0.18%~0.20%的情况下,或者合金化ga板,在有效铝含量为0.125%~0.135%的情况下,镀锌时间越长或速度越慢,抑制层越厚,镀层中铝含量越高。在实际工业生产中锌锭的添加要考虑速度因素。本文目的是寻找镀层消耗铝的规律,为优化锌锭添加制度、稳定控制锌液成分做准备。

从热镀锌板镀层的合金化机理着手,综述了镀锌基板、锌液成分、镀层结构、合金化温度和时间等方面对合金化热镀锌板镀层的抗粉化性能的影响。

采用扫描电镜、能谱分析、x射线衍射和辉光放电光谱等技术对if钢合金化热镀锌镀层表面缺陷形成的原因进行了分析。研究结果表明,黑斑缺陷是由悬浮渣和面渣与硅氧化物夹杂形成的;灰斑缺陷是由底渣形成的;深色波纹缺陷是由合金化工艺不当造成锌铁合金层局部生长到镀层表面形成的。

文章介绍了国内外有关热浸锌合金技术研究及工业应用情况,简述了各种合金镀层的性能及耐蚀原理,指出热镀锌合金发展热点和趋势,对热镀锌合金的研究工作具有指导意义。