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热镀锌钢板结合了锌的耐腐蚀性能和钢的加工成型性能,属于一种两维复合材料,具有广阔的应用领域与发展前景。稀土元素具有较高的表面活性,在热镀锌液中添加稀土,能够改善镀层的微观组织结构,提高热镀锌钢板的耐腐蚀性能。
本文中自行设计了适合实验室使用的热镀锌生产工艺,具体工艺参数为:25~30g/L NaOH碱洗;水洗、吹干;27ml/L HCl酸洗;50g/L ZnCl2+150g/L NH4Cl溶剂处理;260℃水平放置烘干;460℃浸镀2min,空冷至室温。此外,还分析了主要工艺参数对镀锌层表面质量的影响。利用该工艺制备了七种稀土含量不同的热镀锌液,具体成分如下:
试样编号 锌液成分(添加值,wt%,余量为Zn)
Al Re La CeA 0.177 - - -B 0.177 0.023 0.008 0.015C 0.177 0.036 0.012 0.024D 0.177 0.045 0.015 0.030E 0.177 0.069 0.023 0.046F 0.177 0.083 0.028 0.055G 0.177 0.11 0.034 0.067对该七种热镀锌板的镀层组织结构进行了观察和分析,发现添加稀土元素后,镀层中晶粒明显地被细化,枝晶数量增多,成分过冷引起的胞状组织不发达,镀层表面更为平整光洁。对锌液流动性的测量结果经计算,随着稀土含量的增加,锌液的流动性提高。根据Guggenheim表面张力方程,添加稀土元素降低了锌液的表面张力,结合晶体形核和长大的动力学条件,稀土元素可以提高固-液相变驱动力,降低相变阻力,降低临界形核功,增加异质形核数目,提高形核率。在胞状组织生长过程中,稀土降低了液相中的成分过冷度,抑制了胞状组织生长。
对该七种热镀锌钢板的耐腐蚀性能进行了测定和分析,包括盐雾腐蚀性能、极化曲线和微区电位的测量,结果表明在锌液中添加稀土可以显著提高镀层的耐腐蚀性能。热镀锌板出红锈时间从试样A的11天提高到试样E 的30天,红锈百分比从试样A的4%降低到试样E的1%。极化曲线的测量显示A、C、E、G四种样品的自腐蚀电位依次为EE>EC>EG>EA。在镀层表面微小区域内,未添加稀土的样板电位较高,差异性明显(-906meV~-998meV),添加稀土后,电位较低且分布更为均匀(-803meV~-844meV)。稀土元素在锌液中与O、S等结合,净化了锌浴,保证了镀层表面2ZnCO3?3Zn(OH)2保护膜的致密性和完整性,提高了热镀锌板的耐腐蚀性能。
具有较好组织结构和较高耐腐蚀性能的热镀锌板,稀土加入量在0.045wt%~0.069wt%区间范围内。