钢基表面热镀锌镁合金镀层及其耐蚀性能研究

钢基表面热镀锌镁合金镀层及其

耐蚀性能研究

Hot2dip Zn2Mg Alloy Coating on Steel and

It s Corrosion Resistance

魏云鹤,于　萍,刘秀玉,崔　巍,主沉浮,张长桥

(山东大学化学与化工学院,济南250061) WEI Yun2he,YU Ping,L IU Xiu2yu,CU I Wei,ZHU Chen2f u,ZHAN G Chang2qiao (School of Chemist ry and Chemical Engineering,Shandong University,Jinan250061,China)

摘要:采用电解活化助镀剂法在A3钢基表面制得了镁含量为0.3%～2.0%(质量分数,下同)的热镀锌镁合金镀层,对各种成分的锌镁合金镀层进行了电化学测试和中性盐雾实验,并通过电子扫描显微镜观察了镀层的表面形貌。结果表明,在镁含量小于2%的范围内,随着镁含量的增大,热镀锌镁合金镀层的耐蚀性能逐渐提高,但提高的幅度逐渐降低;随着镁含量的增大,镀层晶粒不断细化,组织结构趋于均匀;镁元素主要分布于晶界,起到细化晶粒的作用。

关键词:锌镁合金;热浸镀;暂态线性极化技术;耐蚀性能

中图分类号:T G174 文献标识码:A 文章编号:100124381(2005)0720040203

Abstract:For acquiring new alloy coating wit h good corro sion resistance and p roduction cost equiva2 lence wit h hot dip zinc coating,t he hot2dip Zn2Mg alloy coating of containing0.3%～2.0%Mg on sur2 face of A3steel have been prepared by t he met hod of elect rolysis2activated auxiliary.Elect rochemist ry and neutral salt spray testing have been do ne for Zn2Mg alloy coating of various component s and t he surface appearance of coating is observed by SEM.The result s show t hat t he corrosion resistance of hot2dipped Zn2Mg alloy coating is improved gradually wit h increase of t he content of Mg,but t he in2 crease degree decreases,at t he same time,coating crystal particles diminish and st ruct ure tends to uni2 formity.Mg is mainly dispersed to crystal interface for diminishing crystal particles.

K ey w ords:Zn2Mg alloy;hot2dip;t ransient linear galvanostatic polarization met hod;corrosion resist2 ance

钢基表面热镀锌铝镁合金镀层是国际上金属表面防腐研究的热点问题之一。近年来,随着大气环境的不断恶化,特别是工业污染地区、酸雨频繁地区和沿海地区,传统热镀锌产品已经不能很好地满足实际需要,因此,人们竞相开发各种新型更加耐蚀的合金镀层,来代替传统的热镀锌镀层。为充分利用锌的阴极保护性能特点,新镀层往往以锌基合金的形式出现。国外最有代表性的、已经工业化的镀层是被称为Galvalume (55%Al243.3%Zn21.6%Si,质量分数,下同)、Galfan (5%Al295Zn%20.1%Re)和Dymazinc(0.5%Mg2Zn)的锌基合金镀层[1-3],这些镀层的耐蚀性比传统热镀锌有较大提高,但生产工艺复杂,生产成本较高。因此,研究生产成本与传统热镀锌相当,耐蚀性能有较大提高的新镀层,仍然是该领域的研究趋势之一。

据文献[4,5]报道,在铝锌合金中加入少量镁能够起到细化晶粒、强化晶界的作用,但在锌中直接添加少量镁的合金镀层研究鲜有报道。因此,本工作在钢基表面采用电解活化助镀剂法制备了不含铝的锌镁合金镀层,通过暂态线性极化技术和中性盐雾实验研究了锌镁合金镀层的耐蚀性能,并通过电子扫描显微镜观察了镀层的表面形貌,获得了耐蚀性能优良、生产成本与传统热镀锌相当的合金镀层。

1　实验方法

1.1　热镀锌镁合金镀层的制备

将厚度为3mm的A3钢片裁切成40mm×18mm 的基片,依次经过碱洗、水洗、酸洗、水洗进行预处理,然后经过电解活化、溶剂助镀、烘干、热浸镀、冷却制得实验样品。其中助镀剂为自行研制的锌镁合金专用助镀剂,镀液为不同镁含量的液态锌镁合金。为防止镁的氧化,熔池表面需加入熔盐进行覆盖。当镁含量小

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于2%(质量分数,下同)时,镀层表面均匀、光亮,当镁含量大于2.5%时,镀层表面发黑。因此本实验仅对镁含量小于2%的镀层进行研究。

1.2　暂态线性极化技术测定镀层的自腐蚀电流

1.2.1　实验仪器

HDV27恒电位仪(福建三明产),L Z23函数纪录仪(上海自动化仪表二厂),饱和甘汞电极、铂金电极, FQ Y型盐雾腐蚀实验箱(上海实验仪器厂)。

1.2.2　实验方法

暂态线性极化技术原理参见文献[6]。

将甘汞电极作为参比电极、铂金电极作为辅助电极、锌镁合金镀层试片作为研究电极分别固定在电解槽中,加入1mol/L NaCl溶液作为腐蚀介质,待腐蚀电位稳定后,开始用电流I1(=1μA)进行阴极极化,使极化值ΔE1在0.5～1.0mV之间。1min后再给以极化电流I2(2I1),这样,每过1min给一个极化电流I n (nI1),7-8次后,由台式记录仪得到极化值ΔE随时间和极化电流的变化规律。参照文献[6]进行数据处理,可求得被测试样的稳态极化电阻R p。

采用恒流逐点法测定阴、阳极极化曲线,以lg i2E 作图,直线斜率即为T afel常数b c,b a。将R p及b c,b a带入Stern2G eary公式即可计算各试片的自腐蚀电流I corr。

为使数据可靠,每种试片一般测定六次,然后对数据进行统计处理。

1.3　中性盐雾实验

中性盐雾实验在中性盐雾实验箱中进行,实验条件按国家标准规定执行(G B10125—88),实验共进行96h。每种试片测定三次,取平均值。

2　结果及讨论

组成锌镁合金镀层的电化学参数列于表1中,中性盐雾实验结果列于表2中,电子扫描显微镜图像示于图1。

表1　锌镁合金镀层的电化学参数

Table1　Electrochemistry parameter of Zn2Mg alloy coating Coating R p/Ωb a/mV-b c/mV i corr/(μA?cm-2) Zn19628.3450.267

Zn20.3%Mg26426.233547

Zn20.6%Mg35424.429733

Zn20.9%Mg40822.126227

Zn21.2%Mg43221.623325

Zn21.5%Mg45921.222222

Zn22.0%Mg47421.420822

表2　锌镁合金镀层的中性盐雾实验结果

Table2　The neutral salt spray testing results of

Zn2Mg alloy coating

Coating Zn

Zn2

0.3%

Zn2

0.6%

Zn2

0.9%

Zn2

1.2%

Zn2

1.5%

Zn2

2.0%

Mg Corrosion

velocity

/(g?cm-2

?h-1)

0.42270.32370.18990.15280.13640.09250.

0841

图1　镀层表面电子扫描显微镜图像

(a)Zn镀层;(b)Zn20.3%Mg镀层;

(c)Zn20.9%Mg镀层;(d)Zn21.5%Mg镀层

Fig.1　SEM photograph of coating surface

(a)Zn coating;(b)Zn20.3%Mg coating;

(c)Zn20.9%Mg coating;(d)Zn21.5%Mg coating

从表1数据可见,在氯化钠介质中,其电化学参数R p增大趋势否则b a,-b c,i corr皆随着镀层中镁含量的升高而减小,特别是自腐蚀电流i corr的逐渐减小,表明镀层耐蚀性能逐渐提高。从表2数据可见,中性盐雾实验结果和电化学参数的测量结果相互印证。从表1和表2数据还可以看出,随着镀层中镁含量的升高,镀层耐蚀性提高的幅度也在逐渐减小,这表明在镀层中加入少量镁元素可以增加镀层的耐蚀性,但镁元素的含量无需很大。

镁的标准平衡电势为- 2.34V,在1mol/L NaCl 溶液中的稳定电势为- 1.45V,几乎是所有工业金属中最活泼的,并且镁的氧化膜疏松多孔不能形成膜保护,因此一般认为镁是不耐蚀的工业金属之一。为何在锌中加入少量镁元素却可以较大幅度提高锌基镀层

　钢基表面热镀锌镁合金镀层及其耐蚀性能研究

的耐蚀性,可通过图1进行初步解释。从图1可明显看出,随着镁元素的加入镀层的组织结构发生了很大变化,在镁含量小于2%的范围内,随着镁含量的增加,金属晶粒逐渐细化,镀层组织结构逐渐趋于均匀。据此可以判断,镁和锌并未形成均匀的固溶体合金,而是分布于锌的晶界上,起到细化晶粒、强化晶界的作用,这与镁在锌铝镁合金中的作用是相似的。可以预见,当镁含量继续增大时,锌镁合金镀层的耐蚀性提高幅度将越来越小,镁含量超过一定数值时耐蚀性能甚至有可能降低。这一分析已被镁含量增大镀层耐蚀性能提高幅度逐渐降低的实验结果所证实。

3　结论

(1)在A3钢基表面上,采用电解活化助镀剂法可制得锌镁合金镀层,镀层表面光滑均匀;通过电子扫描显微镜分析,镁元素主要分布于锌的晶界上,起到细化晶粒、强化晶界的作用。

(2)在镁含量小于2%范围内,锌镁合金镀层的耐蚀性能比热镀锌层有较大提高,并且随着镁含量的增加耐蚀性能逐渐提高,但是随着镁含量增加,镀层耐蚀性能呈现提高幅度逐渐降低的趋势。

参考文献

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[2]　虞万钟,孙瑛,张长桥.电解活化助镀剂法热镀铝锌合金工艺

[P].中国专刊:88105232.9,1992-10-14.

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(5):689-708.

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造及有色金属,1998,(2):7-9.

[5]　HIDETOSHI SHINDO.耐蚀性优良的镀锌镁钢板Dymazinc的

开发[J].钢铁译文集,2000,(2):3-7.

[6]　曹楚南.腐蚀电化学原理[M].北京:化学工业出版社,1989.

收稿日期:2005203228;修订日期:2005205210

作者简介:魏云鹤(1960-)男,副教授,理学硕士,研究方向为表面工程、化学工艺,联系地址:济南市山东大学化学与化工学院(250014)。

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