Page 82 - 理化检验-物理分册2023年第一期

林传华, 等: 热镀铝锌钢板表面锌花尺寸不均匀原因

图4 锌花尺寸不同的试样中间合金层表面的SEM 形貌
致锌元素渗透; 大锌花试样的铁元素溶解量多, 除了形
成抑制层外, 还引起钢基板表层铁元素的过饱和, 铁元
素在富铝相固溶体中的溶解度有限, 在富铝相固溶体
结晶时, 过饱和的铁元素会被排出, 限制了铝固溶体的
形核速率, 导致形核数量减少, 形成大锌花。
液相中的铁、 硅元素有很强的亲和力, 铁元素在
液相中的过饱和将促进硅元素溶质分配, 从而引起
液相中硅元素含量增加。对于被羧酸铁覆盖的钢
图5 小锌花试样镀层截面的SEM 形貌
板, 铁元素的溶解受到阻碍, 溶解量不足, 无法形成
的质量分数约为 5% , 大锌花试样外覆层与合金层 过饱和。先结晶的富铝相中包含较少的硅元素, 导

界面处锌元素的质量分数约为10% 。 致最后凝固部分的硅元素含量多, 形成更多的硅针,
3 综合分析 因此小锌花比大锌花的硅针数量多, 这个结果与相
关文献的研究结果一致 [ 4 ] 。

热镀铝锌工艺使用的镀液熔点高( 590℃以上), 钢板的浸润性能影响了钢基板铁元素的溶解
在镀液中加入质量分数为1.6%的硅元素, 可以防止 量, 进而影响了热镀铝锌钢板镀层的化学成分。表
镀液与钢基板之间发生迅速且强烈的放热反应, 促进 面带有锌灰的钢板, 固相与固相之间扩散速率慢, 钢
薄而连续的合金层形成, 避免镀液与钢基板之间过度 基板铁元素的溶解量少, 浸镀后形成小锌花; 钢板没
反应 。镀层结晶凝固时, 先形成富铝相, 铁、 硅等溶 有锌灰覆盖的正常部位, 钢基板铁元素的溶解量充
[ 4 ]
质元素被富铝相的枝晶隔离在未凝固的液相 L 中。 足, 浸镀后形成大锌花。铁元素溶解差异引起锌花
随着温度进一步降低, 铁、 硅元素不断扩散进入未凝 尺寸不同的机理如图6所示。大锌花试样的浸润性
固的液相 L , 促进二元共晶反应( L→富铝相+硅针), 好, 铁元素溶解量大, 在结晶之前的熔体中, 过饱和
富铝相的枝晶持续生长, 而硅针则在枝晶间沉淀, 最 的铁元素促进了硅元素的溶解, 结晶后共晶硅少, 微
后约在380℃的环境下发生三元共晶反应( L→富铝 观下呈现的硅针数量少, 三元共晶反应后, 富锌相占

[ 5 ]
相+富锌相+硅针), 并完成凝固过程 。 比多; 小锌花试样的浸润性差, 铁元素溶解量小, 在
轧硬态钢板表面残留有羧酸铁, 使钢板的浸润性 结晶之前的熔体中, 欠饱和的铁元素不利于硅元素
变差, 进而影响了钢基板与镀液之间的反应, 导致铁元 溶解, 结晶后共晶硅多, 微观下呈现的硅针数量多,
三元共晶反应后, 富锌相占比少, 成分过冷导致镀层
素的溶解量减少, 无法形成致密的铁 - 铝抑制层。 S EM
分析结果表明: 小锌花试样没有形成致密的抑制层, 导 凝固结晶形成小锌花。
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