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            锌铝镁镀层板分析








            锌铝镁镀层钢板是一种新型的钢铁材料,可以通过现有的热镀锌工艺大批量生产。锌铝镁镀层钢板具有良好的耐蚀性和膜自修复性能,并能适应各种恶劣环境,是一种新型的环保节能钢板,还可以降低密封蜡、涂层等二次腐蚀防护要求或节省二次腐蚀防护成 本,提高生产效率; 其成形性能优于GIGA板,适合深冲压零件制造,并且缩短了模具清理次数; 同时其焊接性能也与GI 板相当,综合性能更是优于GA板。

            锌铝镁镀层钢板成为目前镀层钢板的优选择,可代替普通镀锌板、彩钢、不锈钢及铝板等材料,主要应用于光能光伏产业、装备制造业、家电制造、高铁、大型变电站及汽车制造等多种领域。

            新日铁公司生产的锌铝镁(ZAM) 镀层的化学成分为Zn-6%Al-3%Mg,镀层组织由ZnAlZn2Mg3相组成。相比于普通热镀锌层,由于镀层中加入了Mg元素,致使ZAM镀层的耐蚀性得以显著提高。

            而且, ZAM镀层具有更加致密的组织,在腐蚀过程中能够减少晶间腐蚀。ZAM镀层硬 度高,其维氏硬度为140160HV,比普通纯锌镀层具有更好的抵御刮擦的能力。因此,ZAM镀层产品在恶劣的环境中也能适用。

            2011
            年,新日铁公司推出了成分为 Zn-11%Al-3%MgSD镀层(SuperDyma),其具有良好的防锈性、加工性、焊接性和油漆性,与热浸镀锌钢板和热浸镀锌-5%铝合金钢板相比较,其镀敷附着量少却能达到相同的耐腐蚀性能。

            此外,由于其具有很好的耐红锈性,因此可代替不锈钢或铝板。在加工性能方面,对 SD镀层钢板进行弯曲和拉伸后,其弯曲和拉伸部分均不易生锈,加工部件的表面不会有缺陷,使产品更为美观。

            某钢铁公司开发出了锌铝镁150g镀层产品(SCS) ,其镀锌板锌层厚度为20μm左右,与基体致密度较低,且存在AlZnZn2Mg3相。本工作主要对该镀层产品(SCS) 、新日铁公司的ZAMSD的镀层形貌进行了分析研究,比较这3种产品在镀层形貌上的差别并找出SCS的不足,对后续的生产工艺进行调整。

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            采用FIB(共聚焦离子束)法制备镀层试样,从镀层表面用FIB直接切割制样。取样深度为沿镀层厚度方向10μm,试样尺寸为10μm×3μm×100nm。采用 TESCAN双束离子束聚焦场发射扫描电镜和TecnaiG2F30S-TWIN场发射高分辨透射电 镜沿着试样长度方向观察镀层深度方向的形貌。

            2 结果与分析 
            21 不同锌铝镁镀层的形貌分析 采用FIB方法直接切割制备用于观察镀层三维架构的试样,试样深度为10μmSCSZAMSD试样的整体TEM形貌。可以看出试样整体深度约为10μm,在10μm×10μm的视野内,可以看出镀层的形貌组织大致可以分为2:一类为细小、均匀致密的蜂窝状组织; 另一类为宽大的条状组织,而且条状组织占视场的绝大部分。

            致密均匀的蜂窝状组织主要分布在试样的底部,位于距镀层外表面约710μm
            放大倍数后不同区域SCSSDZAM镀层的TEM形貌,蜂窝状组织更靠近试样基体,条状组织越细小越靠近镀层表面。由图3a可以看出,SCS镀层为均匀致密的蜂窝状镀层形貌,只占整个视场的1/8左右。蜂窝状组织主要由亮白色圆饼状、黑色点状或圆饼状及灰色长条状组织构成,其中,亮白色饼状组织大小约为100200nm,黑色点状或圆饼状组织大小约为50150nm,灰色条状组织宽度约为2050 nm,这3种组织具体的相构成需要进一步进行能谱及衍射谱分析。

            在整个观察视野中,板条状组织占了整个视场的绝大部分,主要为亮白色,板条宽度约为200nm,板条间有宽约100nm的灰色带状组织,同时还发现,在板条状组织中间夹杂着亮白色圆形或椭圆形白点。

            可以看出,SD镀层整个视场内组织均匀,亮白色组织呈连片出现,片状宽度约为2μm,灰色和黑色组织呈块状,弥散分布于亮白色组织之间,灰色组织也呈带状分布,灰色带状组织宽度约为500nm左右。

            可以看出,ZAM镀层的整个视场内分为2部分,在距表面7μm以上的镀层组织较为粗大,亮白色组织呈大块状分布,亮白色组织粒径约为1015μm,亮白色组织间分布着灰色带状组织,带状宽度约为250nm,在亮白色组织和灰色带状组织间镶嵌着黑色块状组织。在距表面7μm以内,镀层组织明显较为细小,而且越靠近镀层表面组织越细小。

            22 不同锌铝镁镀层的成分及三维架构分析 通过TecnaiG2F30S-TWIN场发射高分辨透射电镜对SCSSDZAM镀层进行能谱分析。方框区域为扫描区域,1区域和2区域分别是亮色和暗色区域。可以看出,SCSSDZAM镀层亮白色组织的主要成分为Zn元素,黑色部分的主要成分为Al元素,灰色部分的主要成分为Mg元素和Zn元素。C元素为钢中的主要元素,Cu 元素与O元素为承载试样的铜网的成分。通过对衍射光斑的计算可以得出3种组织的相构成,3种组织的具体相结构应对3种组织做衍射光斑, 衍射花样见图5,镀层中的3相分别为ZnZn2MgAl的三元共晶相。

            SCSSDZAM试样镀层中各相的形貌及衍射花样。结合图5中各镀层中各相的衍射花样,通过对SCSSDZAM产品镀层形貌的三维架构观察,可以发现镀层中主要由3相构成,分别是亮白色的Zn相、灰色的Zn2Mg相及黑色的Al相。可以看出,SCS产品锌铝镁镀层中可以观察到ZnZn2MgAl的三元共晶相,其中Zn相呈板条状及块状分布,板条宽度约为200nmZn2Mg相呈带状或长条状分布,带状宽度约为100nmAl相呈黑色点状分布,粒径约为50100nm。另外,随着镀层深度的增加,Zn相的分布逐渐由板条状过渡为块状形貌, Zn2Mg相由带状逐渐过渡为短条状分布,Al相随着深度的增加数量明显增加。从图6b可以看出,SD 镀层中Zn相呈条片状分布,板条宽度约为2μmZn2Mg相呈带状或长条状分布,带状宽度约为500 nmAl相呈黑色点状分布,粒径约为1μm

            可以看出,ZAM产品中随着镀层深度的增加,组织明显变得粗大。在靠近镀层中间部分,Zn相呈粗大块状分布,粒径约为 0515μmZn2Mg相呈灰色宽带状分布,带状宽度约为500nmAl相呈黑色小块状分布,粒径约为250500nm。随着镀层深度的增加,ZnZn2MgAl3相的尺寸均显著增大。

            3  

            分析了新日铁公司的ZAMSD及某钢铁公司生产的SCS的镀层形貌,并对这3种产品的镀层形貌沿深度方向用TEM进行了形貌及三维架构分析,以比较这3种产品镀层三维形貌上的差别,找出某钢铁公司锌铝镁产品的不足,得到如下结论:

            (1) SCS
            ZAMSD3种产品镀层中均可观察到Zn Zn2MgAl相的三元共晶相存在;3种产品镀层的三维形貌在ZnZn2MgAl三相的分布、形貌、大小均不相同。

            (2) SCS
            产品的镀层形貌组织大致可以分为2: 一类为细小、均匀致密的蜂窝状组织,约占整个视场的1/8; 另一类为宽大的条状组织,而且条状组织占视场的绝大部分。SCS 产品镀层中的Zn相随镀层深度的增加,其形貌由板条状变为块状,板条宽度约为200nmZn2Mg相分布在Zn板条之间呈带状分布,带宽约为100nm

            (3) SD
            产品的镀层形貌组织相对均匀,ZnZn2Mg Al三相分布及形貌基本不随镀层深度的增加而变化; SD产品镀层中Zn相呈条片状分布,片状宽度约为2μmZn2Mg相呈带状或长条状分布,带状宽度约为500nmAl相呈黑色点状分布,粒径约为1μm

            (4)ZAM
            产品随着镀层深度的增加,其组织明显变粗大,在靠近镀层中间部分,Zn相呈粗大块状分布, 粒径约为0515μm; Zn2Mg相呈灰色宽带状分布,带状宽度约为
            500nm; Al
            相呈黑色小块状分布,粒径约为250500nm。随着镀层深度的增加,ZnZn2MgAl三相的尺寸均显著增大。

            (5)
            通过比较可以发现,SCS产品随镀层深度的增加,其组织变化大,组织及ZnZn2MgAl三相的分布也不均匀,需要在以后的生产中对其生产工艺继续进行调整。




            来源:材料保护




            锌铝镁镀层板分析 2021-2-23 本文被阅读 43 次
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