GA/Zn-Al-Mg镀层汽车用钢镀后相结构的对比研究

方 芳 毕玉梅 杜小峰 陈一鸣

(1.武汉钢铁有限公司技术中心 湖北 武汉：430080；2.武汉钢铁有限公司制造部 湖北 武汉：430080)

GA/Zn-Al-Mg镀层汽车用钢镀后相结构的对比研究

方 芳1毕玉梅2杜小峰1陈一鸣1

(1.武汉钢铁有限公司技术中心 湖北 武汉：430080；2.武汉钢铁有限公司制造部 湖北 武汉：430080)

在3种镀液成分配比下进行热镀试验，包括0.15%Al-Zn(GA)、2.1%Al-1.3%Mg-Zn (LAMZ)、7.2%Al-1.6%Mg-Zn (HAMZ)，对其进行镀后相结构对比分析。结果显示，在3种镀液下进行连续热镀后，试样表面平滑、无肉眼可见漏镀点，镀层厚度均在10～25μm。镀液中添加Mg后，镀层由四种相构成复杂的微观组织：富锌相，Zn和硬的金属间化合物MgZn2组成的二元共晶相，同时包含前两项以及富铝相的三元共晶相和富铝相枝晶结构。对3种镀层质量进行对比，在热镀工艺参数不变的条件下，GA和LAMZ镀层质量良好，HAMZ有较多粗大枝晶结构。

GA；Zn-Al-Mg；相结构；热浸锌钢板

据统计，全球每年因为腐蚀问题而报废的金属产品大约相当于全球金属年产量的1/3。仅经过涂漆的冷轧钢板现在已不能满足生产中对抗腐蚀方面的要求了，于是，耐腐蚀性能较好并且成本较低的热浸镀锌钢板受到了各界普遍的青睐[1]，并已经成为了汽车制造用薄板的主体。如今，人们更是发现Mg元素对于锌基镀层耐腐蚀性能具有较大的提高作用[2,3]。本文针对热浸镀锌钢板中普遍应用的合金化(GA)镀层，以及在镀液中添加Mg的Zn-Al-Mg镀层进行镀层质量的研究对比。

1 实验材料和方法

采用冷硬态超低碳深冲钢(0.06C-0.35Mn)作为试验钢。在生产现场经过连铸、热轧和酸轧。剪切成220mm×110mm标准试样，擦拭表面油污后经超声波清洗，在热浸镀工艺模拟试验机上进行连续热镀工艺模拟。主要热镀工艺参数如下：以5℃/s加热到700℃保温60s，快冷到475℃保温30s，镀液温度455℃，在不同镀液成分的镀锅中浸润4s，炉内气氛控制在露点-30℃、5%H2-95%N2。对于GA镀层来说合金化温度520℃，合金化时间20s。其中，GA钢板所用镀液成分0.15%Al-Zn(以下简称GA)，Zn-Al-Mg镀层钢板所用镀液成分为2.1%Al-1.3%Mg-Zn(以下简称LAMZ)和7.2%Al-1.6%Mg-Zn(以下简称HAMZ)。利用SEM (HITACHI-S-4300)对镀层相结构及形貌进行分析。

2 结果与讨论

2.1 GA的镀层质量

试验钢GA镀层的宏观、截面和表面形貌如图1所示。试样表面的宏观镀层完整(图1a)，无可视漏镀点，颜色为灰色。镀层表面呈柱状的是ζ-相，呈颗粒状的是δ-相，而韧性较好的ζ-相占有较大比例，对钢板表面锌层的抗粉化性有积极作用，ζ-相在钢基体晶界处快速反应而形成爆发组织，镀层表面的粗糙度增加。图1c显示，表面锌粒颗粒尺寸较为均匀，无较大尺寸偏差。

图1 试验钢GA镀锌形貌

2.2 LAMZ的镀层质量

由图2a可见，LAMZ镀层干净、无肉眼可见漏镀点，镀层光亮，呈镜面反射效果。图2b中LAMZ镀层的截面形貌显示，镀层厚度15μm左右，镀层内由大块纯锌、小块连续的锌铝共晶和细小的锌铝镁三元共晶组成，锌铝镁三元共晶所占体积分数最大，是镀层的主要组成部分，镀层与钢基之间存在极薄的合金层。表面形貌显示镀层由大的Zn晶粒和Zn-Al-Mg三元共晶组成，其中Zn 晶粒呈花瓣状(图2c)。

图2 试验钢LAMZ镀锌形貌

2.3 HAMZ的镀层质量

与LAMZ的镀液相比，HAMZ镀液Al、Mg含量均有提高。图3a显示，肉眼观察所得HAMZ较LAMZ镀层厚，没有LAMZ光亮，较为灰暗，与GA镀层的灰色不同，仍然有部分镜面反射效果。与LAMZ类似，图3b、3c显示，镀层包括三种不同形貌组织：亮白色Zn颗粒、粗大富Al相、细小密布富Mg相。镀层厚度为20～25μm。出现大量的粗大枝晶状组织，有的枝晶可贯穿整个视场。在相同的工艺和气刀参数下进行热镀，HAMZ较LAMZ有明显的镀层增厚现象，且枝晶状组织和Zn晶粒均更为粗大，截面多处出现黑色的孔洞。可认为粗大的富Al相较硬脆，与其它两相的结合力较小，易剥离脱落。

图3 试验钢HAMZ镀锌形貌

2.4 LAMZ镀层能谱分析

综合图1～图3，3种镀层与基体的结合处连续，未发现镀层脱落，镀层厚度均匀、无漏镀。由于GA镀层有多处文献进行分析讨论，且HAMZ镀层中的3个相结构差异较大，本文将对LAMZ镀层进行深入分析。

根据热力学特征，锌铝共晶、纯锌、锌铝镁三元共晶的凝固点从高到低的顺序为锌铝共晶、纯锌、锌铝镁三元共晶，但其差异较小，且纯锌、锌铝共晶的过冷度较大，因此在快速凝固条件下，锌铝共晶、纯锌、锌铝镁三元共晶完全可以同时凝固，从而出现如图4的镀层结构。图4面扫描结果显示，细小针状组织Al分布集中，较为粗大的枝状组织有Mg的集中，边部圆润的基本为纯锌。扫描结果中Mg含量较少，这与镀液中Mg含量为1.3%有关，导致镀层中合金相中Mg含量普遍较低。

图4 LAMZ面扫描形貌和元素分布

图5为LAMZ镀层表面能谱形貌，表面主要成分仍以Zn元素为主，Al 以细小针状或颗粒状存在，与Zn构成锌铝二元共晶相。镀层中部无法检测到Mg元素的存在，而表面则有明显的富镁、铝相存在，这与图4所示的面扫描分析结果一致。

图5 LAMZ镀层中扫描能谱检测各元素含量

3 结论

对GA、LAMZ、HAMZ镀层形貌和成分进行分析对比，结果如下：

(1)以不同的镀液成分在相同的工艺参数下完成热浸镀试验，试样表面均平滑无肉眼可见漏镀点，实验选用的冷轧薄板在3种镀液中均具有良好的浸润性。镀层截面形貌显示镀层与基板结合处平滑，并有较好的附着性，厚度均在10～25μm。

(2)镀液添加Mg，镀层相组成发生改变：LAMZ和HAMZ镀层表面由四种不同的相构成的复杂微观组织，主要的物相为富锌相，Zn和硬的金属间化合物MgZn2组成的二元共晶相，同时包含前两项以及富铝相的三元共晶相和富铝相枝晶结构。

[1] 阿保谷和洋,广畑和宏,喜安哲也,等.具有优良成型性和表面质量的汽车用热镀锌钢板[J].鞍钢技术,2003,(2):59-63.

[2] Hiseshi F, Rie K, Hiroshi I. Hot-dip Zn-5%Al alloy-coated steel sheets[J]. JFE Technical Report,2009,14(12):41-45.

[3] Morimoto Y, Honda K, Nishimura K, et al. Excellent corrosion-resistant Zn-Al-Mg-Si alloy hot-dip galvanized steel sheet “Super DYMA”[J]. Nippon steel technical report,2003:87.

ComparisonofPhaseStructureforGA/Zn-Al-MgCoatedAutoSteel

Fang Fang1Bi Yumei2Du Xiaofeng1Chen Yiming1

(1.R&D Center of Wuhan Iron &Steel Co., Ltd, Wuhan 430080, Hubei; 2.Manufacturing department, Wuhan Iron & Steel Co., Ltd., Wuhan 430080, Hubei)

Three different coatings were compared in the paper to study the effect of melted metal on phase structure. The contents of melted metal include: 0.15%Al-Zn(GA)、2.1%Al-1.3%Mg-Zn (LAMZ)、7.2%Al-1.6%Mg-Zn (HAMZ). The results show that, the sample coating surface is flat and with no leakage, and coating thickness is within 10 m. When Mg is added in the melt, coating consists with four complex phases: Zn rich, dual eutectic of Zn and MgZn2, ternary eutectic of Zn, MgZn2and Al rich phase, Al rich dendrite structure. Comparing the three coating qualities, the GA and LAMZ coating are better than HAMZ, as the latter has coarser dendrite structure with the same hot dipping parameters.

GA; Zn-Al-Mg; phase structure; hot dipping Zn steel plate

TG142.1+5

A

1671-3524(2017)03-0009-03

2017-08-10

2017-08-20

方 芳(1982～)，女，博士，高级工程师.E-mail：fangfang_82@baosteel.com

(责任编辑：李文英)