锌铝镁镀层板分析

锌铝镁镀层钢板是一种新型的钢铁材料，可以通过现有的热镀锌工艺大批量生产。锌铝镁镀层钢板具有良好的耐蚀性和膜自修复性能，并能适应各种恶劣环境，是一种新型的环保节能钢板，还可以降低密封蜡、涂层等二次腐蚀防护要求或节省二次腐蚀防护成 本，提高生产效率; 其成形性能优于GI、GA板，适合深冲压零件制造，并且缩短了模具清理次数; 同时其焊接性能也与GI 板相当，综合性能更是优于GA板。

锌铝镁镀层钢板成为目前镀层钢板的最优选择，可代替普通镀锌板、彩钢、不锈钢及铝板等材料，主要应用于光能光伏产业、装备制造业、家电制造、高铁、大型变电站及汽车制造等多种领域。

新日铁公司生产的锌铝镁(ZAM) 镀层的化学成分为Zn-6%Al-3%Mg，镀层组织由Zn、Al、Zn2Mg3相组成。相比于普通热镀锌层，由于镀层中加入了Mg元素，致使ZAM镀层的耐蚀性得以显著提高。

而且， ZAM镀层具有更加致密的组织，在腐蚀过程中能够减少晶间腐蚀。ZAM镀层硬 度高，其维氏硬度为140～160HV，比普通纯锌镀层具有更好的抵御刮擦的能力。因此，ZAM镀层产品在极端恶劣的环境中也能适用。

2011年，新日铁公司推出了成分为 Zn-11%Al-3%Mg的SD镀层(SuperDyma)，其具有良好的防锈性、加工性、焊接性和油漆性，与热浸镀锌钢板和热浸镀锌-5%铝合金钢板相比较，其镀敷附着量少却能达到相同的耐腐蚀性能。

此外，由于其具有很好的耐红锈性，因此可代替不锈钢或铝板。在加工性能方面，对 SD镀层钢板进行弯曲和拉伸后，其弯曲和拉伸部分均不易生锈，加工部件的表面不会有缺陷，使产品更为美观。

某钢铁公司开发出了锌铝镁150g镀层产品(SCS) ，其镀锌板锌层厚度为20μm左右，与基体致密度较低，且存在Al、Zn、Zn2Mg3相。本工作主要对该镀层产品(SCS) 、新日铁公司的ZAM及SD的镀层形貌进行了分析研究，比较这3种产品在镀层形貌上的差别并找出SCS的不足，对后续的生产工艺进行调整。

1 试 验

采用FIB(共聚焦离子束)法制备镀层试样，从镀层表面用FIB直接切割制样，取样位置见图1。取样深度为沿镀层厚度方向10μm，试样尺寸为10μm×3μm×100nm。采用 TESCAN双束离子束聚焦场发射扫描电镜和TecnaiG2F30S-TWIN场发射高分辨透射电 镜沿着试样长度方向观察镀层深度方向的形貌。

2 结果与分析

2．1 不同锌铝镁镀层的形貌分析 采用FIB方法直接切割制备用于观察镀层三维架构的试样，试样深度为10μm。SCS、ZAM、SD试样的整体TEM形貌见图2。

从图2可以看出试样整体深度约为10μm，图2中箭头所指的方向是表面向基体的方向，在10μm×10μm的视野内，可以看出镀层的形貌组织大致可以分为2类:一类为细小、均匀致密的蜂窝状组织; 另一类为宽大的条状组织，而且条状组织占视场的绝大部分。

致密均匀的蜂窝状组织主要分布在试样的底部，位于距镀层外表面约7～10μm。

图3为放大倍数后不同区域SCS、SD、ZAM镀层的TEM形貌，蜂窝状组织更靠近试样基体，条状组织越细小越靠近镀层表面。由图3a可以看出，SCS镀层为均匀致密的蜂窝状镀层形貌，只占整个视场的1/8左右。蜂窝状组织主要由亮白色圆饼状、黑色点状或圆饼状及灰色长条状组织构成，其中，亮白色饼状组织大小约为100～200nm，黑色点状或圆饼状组织大小约为50～150nm，灰色条状组织宽度约为20～50 nm，这3种组织具体的相构成需要进一步进行能谱及衍射谱分析。

在整个观察视野中，板条状组织占了整个视场的绝大部分，主要为亮白色，板条宽度约为200nm，板条间有宽约100nm的灰色带状组织，同时还发现，在板条状组织中间夹杂着亮白色圆形或椭圆形白点。

由图3b可以看出，SD镀层整个视场内组织均匀，亮白色组织呈连片出现，片状宽度约为2μm，灰色和黑色组织呈块状，弥散分布于亮白色组织之间，灰色组织也呈带状分布，灰色带状组织宽度约为500nm左右。

由图3c可以 看出，ZAM镀层的整个视场内分为2部分，在距表面7μm以上的镀层组织较为粗大，亮白色组织呈大块状分布，亮白色组织粒径约为1．0～1．5μm，亮白色组织间分布着灰色带状组织，带状宽度约为250nm，在亮白色组织和灰色带状组织间镶嵌着黑色块状组织。在距表面7μm以内，镀层组织明显较为细小，而且越靠近镀层表面组织越细小。

2．2 不同锌铝镁镀层的成分及三维架构分析 通过TecnaiG2F30S-TWIN场发射高分辨透射电镜对SCS、SD、ZAM镀层进行能谱分析，其结果见图4。方框区域为扫描区域，1区域和2区域分别是亮色和暗色区域。从图4 可以看出，SCS、SD、ZAM镀层亮白色组织的主要成分为Zn元素，黑色部分的主要成分为Al元素，灰色部分的主要成分为Mg元素和Zn元素。C元素为钢中的主要元素，Cu 元素与O元素为承载试样的铜网的成分。

通过对衍射光斑的计算可以得出3种组织的相构成，3种组织的具体相结构应对3种组织做衍射光斑， 衍射花样见图5，镀层中的3相分别为Zn、Zn2Mg及Al的三元共晶相。

图5为SCS、SD、ZAM试样镀层中各相的形貌及衍射花样。结合图5中各镀层中各相的衍射花样，通过对SCS、SD、ZAM产品镀层形貌的三维架构观察，可以发现镀层中主要由3相构成，分别是亮白色的Zn相、灰色的Zn2Mg相及黑色的Al相，其分布见图6。

从图6a可以看出，SCS产品锌铝镁镀层中可以观察到Zn、Zn2Mg及Al的三元共晶相，其中Zn相呈板条状及块状分布，板条宽度约为200nm，Zn2Mg相呈带状或长条状分布，带状宽度约为100nm，Al相呈黑色点状分布，粒径约为50～100nm。

另外，随着镀层深度的增加，Zn相的分布逐渐由板条状过渡为块状形貌， Zn2Mg相由带状逐渐过渡为短条状分布，Al相随着深度的增加数量明显增加。从图6b可以看出，SD 镀层中Zn相呈条片状分布，板条宽度约为2μm，Zn2Mg相呈带状或长条状分布，带状宽度约为500 nm，Al相呈黑色点状分布，粒径约为1μm。

从图6c可以看出，ZAM产品中随着镀层深度的增加，组织明显变得粗大。在靠近镀层中间部分，Zn相呈粗大块状分布，粒径约为 0．5～1．5μm，Zn2Mg相呈灰色宽带状分布，带状宽度约为500nm，Al相呈黑色小块状分布，粒径约为250～500nm。随着镀层深度的增加，Zn、Zn2Mg、Al3相的尺寸均显著增大。

3 结 论

分析了新日铁公司的ZAM、SD及某钢铁公司生产的SCS的镀层形貌，并对这3种产品的镀层形貌沿深度方向用TEM进行了形貌及三维架构分析，以比较这3种产品镀层三维形貌上的差别，找出某钢铁公司锌铝镁产品的不足，得到如下结论:

(1) SCS、ZAM、SD3种产品镀层中均可观察到Zn、 Zn2Mg、Al相的三元共晶相存在;3种产品镀层的三维形貌在Zn、Zn2Mg、Al三相的分布、形貌、大小均不相同。

(2) SCS产品的镀层形貌组织大致可以分为2类: 一类为细小、均匀致密的蜂窝状组织，约占整个视场的1/8; 另一类为宽大的条状组织，而且条状组织占视场的绝大部分。SCS 产品镀层中的Zn相随镀层深度的增加，其形貌由板条状变为块状，板条宽度约为200nm，Zn2Mg相分布在Zn板条之间呈带状分布，带宽约为100nm。

(3) SD 产品的镀层形貌组织相对均匀，Zn、Zn2Mg、 Al三相分布及形貌基本不随镀层深度的增加而变化; SD产品镀层中Zn相呈条片状分布，片状宽度约为2μm，Zn2Mg相呈带状或长条状分布，带状宽度约为500nm，Al相呈黑色点状分布，粒径约为1μm。

(4)ZAM产品随着镀层深度的增加，其组织明显变粗大，在靠近镀层中间部分，Zn相呈粗大块状分布， 粒径约为0．5～1．5μm; Zn2Mg相呈灰色宽带状分布，带状宽度约为 500nm; Al相呈黑色小块状分布，粒径约为250～500nm。随着镀层深度的增加，Zn、Zn2Mg、Al三相的尺寸均显著增大。

(5) 通过比较可以发现，SCS产品随镀层深度的增加，其组织变化最大，组织及Zn、Zn2Mg、Al三相的分布也最不均匀，需要在以后的生产中对其生产工艺继续进行调整。