1前言
Zn-55%Al合金鍍層鋼板因其優(yōu)異的耐腐蝕性和耐久性，廣泛應(yīng)用于建筑構(gòu)件等領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)鍍鋅鋼板良好的成形性和加工性，必須確保鍍層與鋼板界面的高附著性。
近年來，為滿足鋼板高強(qiáng)度和加工性的要求，添加Si和Mn作為合金元素的高強(qiáng)度鋼研究不斷推進(jìn)，但Al-Zn合金與鋼板間的固液界面反應(yīng)細(xì)節(jié)尚不明確。本研究制備了在熔融Al-25Zn合金中浸鍍的純Fe及Fe-Mn二元系合金試樣，研究了鋼板中合金元素對固液界面反應(yīng)的影響。
2試驗(yàn)方法
本研究所用熔融合金浸鍍液成分為Al-25Zn（原子比）。將純Fe及Fe-2Mn（質(zhì)量百分比）鑄錠經(jīng)熱軋和冷軋?zhí)幚?，制成厚度約0.8mm的板材。切出長250mm、寬50mm的試樣，對其表面進(jìn)行機(jī)械研磨和拋光。本研究的鋼板試樣浸鍍試驗(yàn)在熔融鍍層試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行。試樣首先在N2-15%H2氣氛中加熱至800℃并保溫600s，隨后冷卻至600℃，隨后浸于600℃的Al-25Zn浸鍍液中，時(shí)間2-60s，之后進(jìn)行急冷處理。上述溫度變化過程，通過板材上焊接的K型熱電偶測定。
試樣斷面經(jīng)機(jī)械研磨和拋光后，使用掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行試樣的組織觀察、元素分析及電子背散射衍射（EBSD）解析。
3試驗(yàn)結(jié)果及分析
浸鍍試驗(yàn)表明，純Fe試樣在10s以下短時(shí)浸鍍時(shí)，表面出現(xiàn)氧化物或未鍍層區(qū)域，30s以上浸鍍時(shí)可形成數(shù)毫米以上的鍍層，60s后更為明顯并伴隨界面剝離。而Fe-2Mn試樣在5s以下雖也有氧化物或未鍍層現(xiàn)象，但10s以上浸鍍即可形成厚鍍層，表明鋼板中Mn元素促進(jìn)了鍍層形成。
圖1是不同浸鍍時(shí)間的各試樣斷面的SEM圖像。SEM圖像顯示，純Fe試樣和Fe-2Mn試樣的厚度均隨著浸鍍時(shí)間的增加顯著減薄。兩種試樣在Al-25Zn浸鍍液中浸鍍60s后，純Fe厚度由800μm減至200μm，F(xiàn)e-2Mn試樣減至300μm，表明試樣在浸鍍液中Fe發(fā)生了顯著溶出。
圖2是各浸鍍時(shí)間試樣的鋼板表面-鍍層界面處的SEM圖像。所有試樣在鋼板基體與鍍層間均形成金屬間化合物層。Al-Zn液相側(cè)大量析出細(xì)小θ相（Fe4Al13）（圖2（a-f）），純Fe試樣浸鍍30s以上、Fe-2Mn試樣浸鍍2s和10s以上時(shí)，在鋼板基體側(cè)生成向內(nèi)部生長的η相（Fe2Al5）（圖2（a，c，e，f）），其界面呈正曲率。這說明η相向純Fe和Fe-2Mn（固相）內(nèi)部生長。
此外，對浸鍍后的試樣進(jìn)行微觀觀測，在η相內(nèi)部及η相/Fe界面附近存在許多Zn元素富集區(qū)（圖2（a-f）），出現(xiàn)在純Fe的5s、10s試樣和Fe-2Mn的2s、5s試樣中。根據(jù)上述結(jié)果，認(rèn)為試樣與浸鍍液發(fā)生如下界面反應(yīng)，首先Fe溶入Al-Zn液相，在Al-Zn液相與鋼板界面，觸發(fā)θ相析出；Fe富集促使固液界面處η相形成并向基體生長；伴隨η相生長產(chǎn)生的Zn富集在η相-固相Fe界面上生成低熔點(diǎn)的液相Zn，進(jìn)一步促進(jìn)固液界面反應(yīng)。
此外，觀察到Fe-2Mn的2s浸鍍樣品中金屬間化合物形態(tài)與純Fe的10s浸鍍試樣相似。同樣，F(xiàn)e-2Mn的10s浸鍍樣品中η相生長程度相當(dāng)于純Fe的30s試樣，且η相更早顯著生長。這表明鋼板中的Mn加速了Al-Zn液相與Fe固相間的界面反應(yīng)。
4結(jié)論
本研究分析了Zn-55%Al合金浸鍍過程中鋼板合金元素（特別是Mn）對固液界面反應(yīng)的影響，通過對比純Fe和Fe-2Mn試樣發(fā)現(xiàn)，Mn元素顯著促進(jìn)了鍍層的形成和金屬間化合物η相（Fe2Al5）的快速生長，同時(shí)加劇了Fe基體在熔融浸鍍液中的溶解，從而加速了界面反應(yīng)進(jìn)程。
