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在特高压输送电、高速铁路、海洋钻井勘探以及光伏光热发电等国家重大工程建设中,钢结构批量热浸镀锌技术被广泛应用,也被提出了更高的耐大气腐蚀性能要求。通常热镀锌层越厚,则其耐蚀性越好,但镀层过厚往往影响镀层的粘附性。而连续热浸镀锌中,GF（Zn-5Al-Re）、GL（Zn-55Al-Si）和ZAM（Zn-6Al-3Mg）等镀层的耐腐蚀性能是同等厚度热镀锌层的210倍,但这些镀层较薄,且无法使用常规溶剂法制得。本论文尝试设计并制备一种具高耐腐蚀性能的Zn/Zn-Al双镀层,获得内层为常规Fe-Zn金属间化合物（intermetallic compound,后文或简称为IMC）组织、外层为Zn-5Al共晶相组织的Zn/Zn-Al双镀层结构,并在其表面构筑无铬超疏水膜层。主要研究结果如下:采用两次浸镀法,研究了具有常规Fe-Zn IMC(δ-FeZn10、ζ-FeZn13和η-Zn)镀层在400℃的Zn-5Al合金液中的反应过程。借助Fe-Al-Zn三元相图分析表明:由于合金液中Al的作用,与Fe-Zn IMC层的反应在极短的浸镀时间（≤20 s）内完成。其反应过程及机理为:（1）Zn-5Al合金液中Al快速扩散进入η-Zn相层。这是因为合金液中的Al会迅速在固-液界面富集,在界面处出现成分过冷并形成有助于液相Al传输的快速通道,促进η-Zn的快速溶解;（2）液相Al与ζ-FeZn13相发生反应生成Fe4Al13Znx相和液相锌。生成的Fe4Al13Znx相仍维持柱状晶的形貌;另一反应产物液相Zn被排出至ζ-FeZn13相前端,或排出至柱状ζ-FeZn13相晶界处,进一步为液相Al的扩散提供了快速液态传输通道,加速了ζ-FeZn13相向Fe4Al13Znx相的快速转变;（3）Fe4Al13Znx相层整体从ζ/δ界面剥落。这是因为一方面液相Al与ζ-FeZn13相反应至ζ/δ界面,生成的液相Zn造成界面处生成的Fe4Al13Znx相层与δ-FeZn10相层结合松弛。同时,液相Al在界面处与δ-FeZn10反应生成物固态Fe2Al5和固态锌,产生体积膨胀及应力,也会促使Fe4Al13Znx层从界面上整体剥落;（4）δ-FeZn10相层持续与液相Al反应而逐渐消失,最终在钢基体界面生成一层薄且稳定的Fe-Al-Zn层。升高Zn-5Al合金液温度至450℃,研究具有常规Fe-Zn IMC镀层在Zn-5Al金液中的反应过程发现:反应初期液相Al与ζ-FeZn13相反应与在400℃合金液中反应机理相同,但速度更快,浸镀时间仅3 s即完成了反应;而液相Al与δ-FeZn10反应则有所不同,其生成疏松的Fe4Al13相层和液相Zn,从而在Fe4Al13相层的前端又形成了一个液相Zn层;随着浸镀时间延长,原先的Fe-Zn相已完全转变成疏松Fe-Al-Zn相从基体脱落,而在基体处会形成较厚的Fe-Al-Zn相层,并以小块状方式脱落溶解。降低Zn-Al合金液中Al浓度（1 wt.%和0.2 wt.%）,研究具有常规Fe-Zn IMC镀层在450℃合金液中的反应结果表明:在Zn-1Al合金液中,液相Al与ζ-FeZn13和δ-FeZn10相反应,持续形成破碎的Fe-Al-Zn粒子脱离界面,ζ-FeZn13相层很快溶解消失,但δ-FeZn10相始终在基体界面处存在,未发现有明显的Fe-Al-Zn相层生成。而相同Fe-Zn镀层在Zn-0.2Al合金液中,液相Al与ζ-FeZn13相反应,一方面形成Fe-Al-Zn相粒子脱离于ζ-FeZn13相;另一方面也使ζ-FeZn13相疏松并出现孔洞,并形成液态锌的传输通道,使δ-FeZn10层继续生长变厚。整个试验过程中,δ-FeZn10和ζ-FeZn13虽然微观形貌有所变化,但相组成没有改变,未发现Fe-Al-Zn相层的出现。综合上述研究结果,通过控制双镀层的制备工艺,采用在450℃下纯锌浴中浸镀30s,然后在400℃下Zn-5Al合金浴中浸镀36 s,可以制备出内层为常规Fe-Zn IMC(δ-FeZn10、ζ-FeZn13)、外层为Zn-Al共晶组织的Zn/Zn-5Al双镀层。对所制备的Zn/Zn-5Al双镀层进行中性盐雾试验和NaCl溶液浸泡腐蚀试验,结果表明,双镀层耐蚀性明显比纯锌镀层好。Zn/Zn-5Al双镀层表面合金元素Al的存在明显改变了其腐蚀机理:Zn/Zn-5Al双镀层在腐蚀初期其表面因为存在Al氧化层的物理屏障作用而耐腐蚀性好;随着腐蚀时间的延长,氧化层逐渐溶解,镀层表面形成的腐蚀产物逐渐覆盖镀层表面,该双镀层腐蚀产物中除碱式氯化锌Zn5（OH）8Cl2·H2O/氢氧化锌Zn（OH）2外,还形成了Zn-Al层状双氢氧化物Zn6Al2（OH）16CO3·4H2O,腐蚀产物较纯锌镀层更为致密,因而具有远比纯锌层更好的耐蚀性能,但腐蚀产物耐蚀性不如铝氧化层好,而使其耐蚀性比腐蚀初期有所降低。在Zn/Zn-5Al双镀层表面采用铈盐粗糙化磷化膜、再经硬脂酸改性,构筑出无铬超疏水膜层。研究发现,膜层的疏水性随磷化时间的变化不大;但随铈盐处理时间延长,其疏水角先增大后减少。磷化2 min后、铈盐处理2min再经硬脂酸改性所制备的超疏水膜层疏水性最佳,其水接触角达到158.2°。这种双镀层上的无铬超疏水膜层极化曲线腐蚀电流密度达1.996E-8 A/cm2,交流阻抗值达2.2E5?cm2,这是因为这种超疏水膜层在腐蚀过程中会在其表面形成一层隔绝腐蚀介质渗入的空气层,阻碍了腐蚀的发生,具有优异的耐腐蚀性能。单频EIS试验表明,该膜层在长时间浸泡腐蚀时表现出较稳定的耐腐蚀性能。这是因为采用了具有一定钝化作用的铈盐处理磷化膜粗糙结构,其自身具有较好的耐腐蚀性能,故在长时间腐蚀浸泡过程中超疏水膜层的空气层被腐蚀破坏后,这种粗糙结构膜层仍可对镀层进行保护。