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长期以来,改善硅镇静钢,特别是含硅量>0.25%的高硅活性钢热浸锌镀层质量,包括镀层外观、镀层厚度与镀层耐腐蚀性能等,始终是相关领域的研究焦点。现有的新技术还不能很好地解决这个问题。目前在工业上广泛应用的Technigalva(热浸Zn-Ni合金镀层技术)等仍不能解决含硅量大于0.25%钢热浸镀锌层超厚生长问题。而热浸Zn-Sn合金技术虽然能解决含硅量大于0.25%钢镀层超厚问题,但对锌浴中的Sn含量要求较高,需在5%以上,而高含量的Sn不仅使成本增加,还会腐蚀锌锅。为了解决这个长期困扰热浸镀锌行业的难题,本文探讨了热浸Zn-Sn-Ni合金解决活性钢(特别是含硅量大于0.25%)镀层超厚生长的新方法。
本文选取了了四种典型含硅量的钢(0.04%,0.09%,0.14%和0.36%),在锌浴中含Ni%≤0.12,Sn%≤3范围内,通过一系列的热浸镀锌实验,利用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪等测试技术,对四种钢在450℃热浸Zn-Sn-Ni合金镀层的生长动力学及组织变化进行了系统研究,并提出Zn-Sn-Ni合金浴法抑制镀层快速生长的机理。通过盐雾实验和电化学实验,探讨了热浸Zn-Sn-Ni镀层的耐腐蚀性。主要取得了如下研究成果:
含硅钢在Zn-Sn-Ni合金浴中的热浸镀锌层的生长动力学及组织研究表明:在含Sn锌浴中加Ni,可在较低的Sn量和Ni量下有效抑制0.36%Si钢镀层超厚生长,并且镀锌层发生了显著变化,各种含Si钢镀层均连续致密;在Ni含量一定的情况下,随着Sn含量的增加,镀层逐渐变薄;在Sn含量一定的情况下,随着Ni含量的增加,镀层逐渐变薄;0.04%、0.09%、0.14%、和0.36%Si钢分别热浸1Sn0.08Ni锌浴10min,10min,5min和3min,所得镀层的合金层厚度分别降低至55μm,55μm,62μm,70μm;当Sn%=3且Ni%≥0.04,Sn%=2且Ni%≥0.08时,Sn%=1且Ni%≥0.12,圣德林效应完全消失;随着锌浴合金成分的增大,0.09%和0.36%Si钢的合金层生长速率时间指数分别由0.696和0.721降低至0.5以下,说明合金层生长由反应机制控制变为主要由扩散机制控制的趋势。
锌浴中加Sn抑制镀层快速生长的原因是由于Fe-Zn合金不能溶解Sn,它在生长过程中向外排Sn,在ζ/n界面形成一个阻碍锌向Fe-Zn合金扩散的富Sn区;Ni抑制镀层生长的原因是,Ni在ζ相前沿生长富Ni的化合物,与Sn协同阻碍镀层的快速生长。
电化学实验以及盐雾实验结果表明:Zn-Sn-Ni合金镀层耐腐蚀性不亚于纯锌镀层,Sn会降低镀层的耐腐蚀性能,而Ni会提高镀层的耐腐蚀性能;对盐雾腐蚀产物的XRD分析表明,合金元素的加入并没有改变腐蚀产物的类型。 Zn-Sn-Ni合金浴法能够有效抑制含硅活性钢镀层的快速生长,获得厚度适宜、组织致密的镀层,可显著降低锌耗及成本。