镀锌产品表面腐蚀现象研究

孙霖+朱金华

摘 要：本文以某钢厂镀锌机组的热浸镀锌产品为研究对象，通过现场取样和实验室模拟，研究不同锌层厚度镀锌钢板腐蚀各个阶段关键时间点，总结规律，并分析镀锌钢板在腐蚀不同阶段的形貌和重要元素的变化。

关键词：热镀锌；腐蚀；规律；成分组成；形貌

0 前言

随着社会发展，钢铁产品在钢铁在国民生活各个领域有着越来越广泛的应用，同时，用户在钢铁产品使用过程中对于耐蚀性的要求也越来越高。腐蚀不仅会影响产品的使用寿命，造成巨大的经济损失，还会引起重大的安全事故，造成人员伤亡。为了提高钢铁的使用寿命，相关领域研发了各类的防腐措施。其中，镀锌防腐由于效果显著，工艺简单，价格低廉等原因，得到了广泛应用。

本文通过对某钢厂镀锌机组实际生产的镀锌板进行研究，通过现场取样和实验室模拟手段，对不同锌层厚度镀锌钢板腐蚀各个阶段的关键时间点进行记录，总结规律，并分析镀锌钢板在腐蚀不同阶段的形貌和重要元素的变化。

1.试验设备和原理

本文以下试验是通过中性盐雾试验，在规定的时间周期后，观察不同镀锌样板表面的腐蚀程度和面积来评价镀锌板耐蚀性能，具体试验方法执行标准ASTM B117，同时通过扫描电镜对腐蚀不同阶段的微观形貌及成分组成进行检测分析，具体试验仪器设备如下：

2.试验与分析

一般认为，盐雾试验过程中样板表面出现白锈代表镀锌板表面锌层产生腐蚀现象，而样板出现紅锈表示镀锌板表面锌层已被完全腐蚀，开始对锌层覆盖下的铁基产生腐蚀。

2.1钝化膜对于耐蚀性影响

由于镀锌板锌层表面在运输储存过程中长时间与大气环境接触，易产生腐蚀生成白锈，因此根据用户使用需要，大部分镀锌板会在其表面进行钝化处理。

本次试验，首先分别选取同一时间段生产，表面未进行钝化处理、无铬钝化、耐指纹钝化的镀锌产品，同时放入盐雾箱进行耐蚀性试验比对，结果如下：

经过24小时试验后，未钝化的试样表面白锈面积已达100%，即锌层已被完全腐蚀；而其余两块经过钝化处理的试样表面未出现白锈。这表明镀锌板表面钝化膜对于锌层被腐蚀具有明显的防护作用。

2.2不同锌层重量对比分析

由于产品使用用途不同，镀锌板表面的锌层厚度也存在差异，一般使用单位面积的锌层质量来作为锌层厚度的衡量标准。本次试验的镀锌机组产品单面锌层厚度范围最小为40g/m2，最大为137.5g/m2。

选取表面进行无铬钝化处理，锌层单面厚度分别为40g/m2、90g/m2和137.5g/m2的镀锌板同时放入盐雾箱进行耐蚀性试验试验比对，记录结果如下：

从以上结果来看，三块样板出现白锈的时间基本相同，这是由于试验开始阶段，钝化膜对于锌层具有保护作用，腐蚀发生在钝化层。锌层表面未发生腐蚀，经过120小时后，三块样板表面的钝化膜被破坏，腐蚀进行到锌层，即开始出现白锈。

从白锈开始后，三块样板的腐蚀速度各不相同，具体表现为：锌层越厚的样板，出现紅锈和完全紅锈的时间要越慢，即腐蚀时间与锌层厚度成正比，这表明锌层越厚，腐蚀透过锌层到达铁基的时间越长。各锌层厚度样板单位面积锌层腐蚀实际速度见表1：

通过以上数据分析，表明不同锌层厚度的镀锌板，在中性盐雾试验条件下，单位面积锌层的腐蚀的速度较为接近，约在0.1～0.14g/m2*h范围内。

2.3腐蚀过程不同阶段分析

通过扫描电子显微镜（SEM）对盐雾试验的试样白锈阶段和紅锈阶段局部区域表面微观形貌进行分析，并采用能谱仪对局部区域成分组成进行检测。

2.3.1白锈阶段形貌

白锈阶段样板表面产生白锈的局部区域微观形貌如下：

2.3.2红锈阶段形貌

红锈阶段样板表面白锈局部区域、紅锈局部区域以及锌层腐蚀脱落后基板局部区域微观形貌如下：

2.3.3各阶段能谱检测

样板腐蚀各阶段不同区域的能谱照片及对应的成分质量百分比含量如下：

2.3.4分析

从上述检测结果来看，白锈阶段的具体表现：

在白锈区域微观形貌，表面覆盖有较为致密的颗粒状组织，成分构成以Zn、O、Cl。表明此阶段白锈主要是锌层被腐蚀后生成锌的氧化物和氯化物及尚未未反应的纯锌层为主，其中少量Cl元素为氯化钠气氛中氯元素与锌层反应所致。

紅锈阶段的具体表现：

（1）白锈区域微观形貌以致密状组织为主，成分构成与白锈阶段相似，除了O、Cl、Zn元素外，还存在少量Fe元素和微量Al元素。这主要为残留的镀锌板Fe基和Zn层之间的抑制层组织（成分为Fe2Al5），表明此时白锈区域的腐蚀已进行到锌层内部抑制层区域附近。

（2）紅锈区域微观形貌与白锈区域类似，以致密状组织为主，与白锈区域相比，成分中Fe含量明显提升，Zn含量明显降低，其余元素含量接近，表明此区域大部分锌层基被腐蚀，腐蚀开始进行到铁基部分。

（3）铁基区域形貌，主要为平整的基体表面，附带少量颗粒状氧化物，与紅锈区域相比，成分中Fe含量进一步提升，Zn含量进一步降低，其余元素含量无明显变化，结合微观形貌，表明此区域基本为腐蚀完锌层后，暴露在外界的被腐蚀的铁基，附带少量尚未完全腐蚀掉的锌的氧化物。

3.结论

1）镀锌板表面进行钝化处理对于镀锌板锌层被腐蚀具有明显的防护作用。

2）镀锌板锌层厚度与表面锌层完全腐蚀的时间成正比，通过试验计算，在中性盐雾试验条件下，单位面积锌层的腐蚀的速度约在0.1～0.14g/m2*h范围内。

3）对于镀锌板腐蚀周期不同阶段，白锈阶段时表面主要以致密状颗粒组织为主，成分为锌的氧化物和少量氯化物；紅锈阶段时表面白锈和紅锈区域表面形貌为致密状组织，主要物质为铁和锌氧化物和氯化物，随着腐蚀深度增加铁含量上升，锌含量降低。腐蚀到铁基阶段时表面主要为较为平整的铁基表面，附带少量颗粒状氧化物，成分大部分为铁的氧化物及少量未完全腐蚀的锌的氧化物。

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