熱浸鍍鋁硅合金鍍層是繼熱鍍鋁鋅鍍層之后發展起來的一種性能優良的高效鋼鐵防腐保護鍍層。發達國家已將熱浸鍍鋁硅合金鋼廣泛應用于機械、輕工、交通、建筑等各個領域，我國使用熱浸鍍鋁硅合金鋼行業尚處于起步階段市場供不應求。目前，國內新建了多條熱浸鍍生產線，在生產技術上有很大提高。而熱浸鍍鋁硅合金鍍層的性能與組織結構有密切關系，因此，在微觀領域研究熱浸鍍鋁硅合金鍍層及銹蝕的不同階段鍍層的形貌和成份變化具有重要意義。將掃描電鏡分析技術應用于熱浸鍍合金層的研究中，必將有助于熱浸鍍工藝的發展。

    試驗相關參數

    試驗儀器：防銹油脂濕熱試驗箱（FUS-250，中國）

    試驗試片：進口熱浸鍍鋁硅合金鋼板

    包裝材料：防潮包裝紙

    試驗步驟：按照標準要求采用動態接觸濕熱試驗方法進行，每隔兩小時進行實驗觀察至試片完全銹蝕，記錄試驗結果，對觀察過的試片掃描電鏡、能譜儀進行形貌和成分分析。

    試驗結果分析

    1 熱浸鍍鋁硅合金鍍層分析

    從圖1可以看出熱浸鍍鋁合金鍍層的在宏觀條件下觀察（肉眼及20倍放大下）的外貌均呈兩種顏色，在微觀掃描電鏡下可見鍍層表面花紋呈兩種形貌分布：由宏觀白色【顯微觀查表面片狀花紋（20倍圖中a）】及宏觀灰色【顯微觀查表面網狀花紋（20倍圖中b）】組成，其元素的成分比例完全一致見（鋁硅合金鍍層成分的能譜分析）。

    20倍 鋁硅合金鍍層表面宏觀形貌

    2000倍 表面片狀花紋（左圖a）

    2000倍 表面網狀花紋（左圖b）

    圖1   熱浸鍍鋁硅合金鋼板表面掃描電鏡分析照片

    從圖2可以看出，熱浸鍍鋁硅合金鋼板鍍層的顯微組織主要由淺灰色的鋁-硅合金相構成，能譜分析鍍層鋁-硅合金相其平均成分為：A1=88.4％ Si=11.6％，其中分布有淺灰色的富硅相（a硅原子>15%）和深灰色的富鋁相（b硅原子<5%），鋁-硅比例嚴重影響鍍層質量。其間夾雜有白色結晶狀的鋁-硅-鐵合金相晶粒（c），鋁-硅-鐵合金相晶粒每個點的原子比例各不相同，這是由于在浸鍍過程中，鍍層中的鋁-硅與鋼基體中的鐵相互擴散的結果，它們的存在使鍍層與基體之間成為冶金結合，具有減少鍍層厚度，平坦相界面，增強的結合力等優點。

    5000倍 鋁硅合金鍍層

    圖2 熱浸鍍鋁硅合金鋼板鍍層能譜分析照片

    經分析該熱浸鍍鋁硅合金鋼板鍍層致密均勻，鍍層較厚，整體性強，其鋁硅合金鍍層對鋼基體提供了較好的防護作用。對腐蝕試驗結果的判定有良好的代表性和借鑒作用。

    2熱浸鍍鋁硅合金銹蝕分析

    銹蝕形貌變化

    熱浸鍍鋁硅合金鍍層動態接觸濕熱試驗中的銹蝕過程（宏觀肉眼可見）：首先鋁硅合金鍍層顏色逐漸變深由銀白色逐漸變為灰色，其次表面出現深灰色點狀銹蝕，再次表面點銹變大成為深灰色銹斑，然后銹斑變大互相連接成片，最后鍍層表面完全由灰黑色銹斑組成銹斑之間由網狀銀白色未銹蝕鋁硅鍍層隔離。用刀刮下表面深灰色銹蝕會露出底部銀白色的新鮮鋁硅鍍層。

    1000倍坑蝕形貌

    1000倍環蝕形貌

    380倍銹蝕面形貌

    圖3 銹蝕形貌變化掃描電鏡分析照片

    掃描電鏡顯微觀察圖3，隨著鍍層表面含氧量逐漸升高，氧化層個別位置出現“坑蝕”，繼而逐漸形成“環蝕”，同時向四周擴展形成“銹蝕面”。由于銹蝕（黑色）體積變化較大，不同階段的銹蝕狀態也同時可見于鍍層表面。如銹蝕面中位置的顏色越深，其含氧的比例越高，銹蝕產物越明顯。

    圖4   5000倍  銹蝕形貌變化掃描電鏡分析照片

    圖5  銹蝕形貌變化掃描電鏡分析照片

    銹蝕速度變化

    熱浸鍍鋁硅合金鍍層動態接觸濕熱試驗中的銹蝕過程（顯微觀察圖4、圖5）：隨著鍍層含氧量的升高，鋁-鐵-硅相結晶與鋁硅相的晶界處（多為富鋁相）和富硅相、先發生銹蝕，鋁-硅相銹蝕急劇增大互相連接，鋁-鐵-硅晶粒在銹蝕過程中能夠一直保持不變直至被銹蝕產物覆蓋。富鋁相由于發生鋁的氧化反應形成較厚的致密氧化膜銹蝕速度緩慢。

    鋁硅鍍層本身具有較好的耐蝕性，在大氣環境中初期很快形成一層致密的氧化膜，中后期由于氧化膜覆蓋完全，將金屬與氣體介質隔離，限制了其氧化腐蝕的速度，與純鍍鋁層相比表面質量明顯提升；但是一旦與水接觸鍍層表面形成電解質液膜則發生電化學腐蝕，腐蝕速度會急劇增大，其銹蝕產物與電化學反應時間有較大關系。

    結論

    1.熱浸鍍鋁硅合金鍍層的銹蝕過程是一個整體有序的演變過程，鋼板銹蝕過程的表面形貌隨暴露時間增長呈坑蝕-環蝕-面蝕變化規律。

    2.暴露時間越長，銹蝕程度越強，銹蝕產物中的氧含量越高。

    3.熱浸鍍鋁硅合金鍍層的初始銹蝕發生在富硅相（硅含量15%以上）和晶粒之間的交界處（多為富鋁相硅含量5%以下）。

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責任編輯：王元

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