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        鋅鋁鎂鍍層板分析








        鋅鋁鎂鍍層鋼板是一種新型的鋼鐵材料,可以通過現有的熱鍍鋅工藝大批量生產。鋅鋁鎂鍍層鋼板具有良好的耐蝕性和膜自修復性能,并能適應各種惡劣環境,是一種新型的環保節能鋼板,還可以降低密封蠟、涂層等二次腐蝕防護要求或節省二次腐蝕防護成 本,提高生產效率; 其成形性能優于GI、GA板,適合深沖壓零件制造,并且縮短了模具清理次數; 同時其焊接性能也與GI 板相當,綜合性能更是優于GA板。

        鋅鋁鎂鍍層鋼板成為目前鍍層鋼板的優選擇,可代替普通鍍鋅板、彩鋼、不銹鋼及鋁板等材料,主要應用于光能光伏產業、裝備制造業、家電制造、高鐵、大型變電站及汽車制造等多種領域。

        新日鐵公司生產的鋅鋁鎂(ZAM) 鍍層的化學成分為Zn-6%Al-3%Mg,鍍層組織由Zn、Al、Zn2Mg3相組成。相比于普通熱鍍鋅層,由于鍍層中加入了Mg元素,致使ZAM鍍層的耐蝕性得以顯著提高。

        而且, ZAM鍍層具有更加致密的組織,在腐蝕過程中能夠減少晶間腐蝕。ZAM鍍層硬 度高,其維氏硬度為140160HV,比普通純鋅鍍層具有更好的抵御刮擦的能力。因此,ZAM鍍層產品在惡劣的環境中也能適用。

        2011
        年,新日鐵公司推出了成分為 Zn-11%Al-3%MgSD鍍層(SuperDyma),其具有良好的防銹性、加工性、焊接性和油漆性,與熱浸鍍鋅鋼板和熱浸鍍鋅-5%鋁合金鋼板相比較,其鍍敷附著量少卻能達到相同的耐腐蝕性能。

        此外,由于其具有很好的耐紅銹性,因此可代替不銹鋼或鋁板。在加工性能方面,對 SD鍍層鋼板進行彎曲和拉伸后,其彎曲和拉伸部分均不易生銹,加工部件的表面不會有缺陷,使產品更為美觀。

        某鋼鐵公司開發出了鋅鋁鎂150g鍍層產品(SCS) ,其鍍鋅板鋅層厚度為20μm左右,與基體致密度較低,且存在Al、Zn、Zn2Mg3相。本工作主要對該鍍層產品(SCS) 、新日鐵公司的ZAMSD的鍍層形貌進行了分析研究,比較這3種產品在鍍層形貌上的差別并找出SCS的不足,對后續的生產工藝進行調整。

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        采用FIB(共聚焦離子束)法制備鍍層試樣,從鍍層表面用FIB直接切割制樣。取樣深度為沿鍍層厚度方向10μm,試樣尺寸為10μm×3μm×100nm。采用 TESCAN雙束離子束聚焦場發射掃描電鏡和TecnaiG2F30S-TWIN場發射高分辨透射電 鏡沿著試樣長度方向觀察鍍層深度方向的形貌。

        2 結果與分析 
        21 不同鋅鋁鎂鍍層的形貌分析 采用FIB方法直接切割制備用于觀察鍍層三維架構的試樣,試樣深度為10μm。SCS、ZAM、SD試樣的整體TEM形貌??梢钥闯鲈嚇诱w深度約為10μm,在10μm×10μm的視野內,可以看出鍍層的形貌組織大致可以分為2:一類為細小、均勻致密的蜂窩狀組織; 另一類為寬大的條狀組織,而且條狀組織占視場的絕大部分。

        致密均勻的蜂窩狀組織主要分布在試樣的底部,位于距鍍層外表面約710μm。
        放大倍數后不同區域SCS、SD、ZAM鍍層的TEM形貌,蜂窩狀組織更靠近試樣基體,條狀組織越細小越靠近鍍層表面。由圖3a可以看出,SCS鍍層為均勻致密的蜂窩狀鍍層形貌,只占整個視場的1/8左右。蜂窩狀組織主要由亮白色圓餅狀、黑色點狀或圓餅狀及灰色長條狀組織構成,其中,亮白色餅狀組織大小約為100200nm,黑色點狀或圓餅狀組織大小約為50150nm,灰色條狀組織寬度約為2050 nm,這3種組織具體的相構成需要進一步進行能譜及衍射譜分析。

        在整個觀察視野中,板條狀組織占了整個視場的絕大部分,主要為亮白色,板條寬度約為200nm,板條間有寬約100nm的灰色帶狀組織,同時還發現,在板條狀組織中間夾雜著亮白色圓形或橢圓形白點。

        可以看出,SD鍍層整個視場內組織均勻,亮白色組織呈連片出現,片狀寬度約為2μm,灰色和黑色組織呈塊狀,彌散分布于亮白色組織之間,灰色組織也呈帶狀分布,灰色帶狀組織寬度約為500nm左右。

        可以看出,ZAM鍍層的整個視場內分為2部分,在距表面7μm以上的鍍層組織較為粗大,亮白色組織呈大塊狀分布,亮白色組織粒徑約為1015μm,亮白色組織間分布著灰色帶狀組織,帶狀寬度約為250nm,在亮白色組織和灰色帶狀組織間鑲嵌著黑色塊狀組織。在距表面7μm以內,鍍層組織明顯較為細小,而且越靠近鍍層表面組織越細小。

        22 不同鋅鋁鎂鍍層的成分及三維架構分析 通過TecnaiG2F30S-TWIN場發射高分辨透射電鏡對SCS、SD、ZAM鍍層進行能譜分析。方框區域為掃描區域,1區域和2區域分別是亮色和暗色區域??梢钥闯?,SCS、SD、ZAM鍍層亮白色組織的主要成分為Zn元素,黑色部分的主要成分為Al元素,灰色部分的主要成分為Mg元素和Zn元素。C元素為鋼中的主要元素,Cu 元素與O元素為承載試樣的銅網的成分。通過對衍射光斑的計算可以得出3種組織的相構成,3種組織的具體相結構應對3種組織做衍射光斑, 衍射花樣見圖5,鍍層中的3相分別為Zn、Zn2MgAl的三元共晶相。

        SCS、SD、ZAM試樣鍍層中各相的形貌及衍射花樣。結合圖5中各鍍層中各相的衍射花樣,通過對SCS、SD、ZAM產品鍍層形貌的三維架構觀察,可以發現鍍層中主要由3相構成,分別是亮白色的Zn相、灰色的Zn2Mg相及黑色的Al相??梢钥闯?,SCS產品鋅鋁鎂鍍層中可以觀察到Zn、Zn2MgAl的三元共晶相,其中Zn相呈板條狀及塊狀分布,板條寬度約為200nm,Zn2Mg相呈帶狀或長條狀分布,帶狀寬度約為100nm,Al相呈黑色點狀分布,粒徑約為50100nm。另外,隨著鍍層深度的增加,Zn相的分布逐漸由板條狀過渡為塊狀形貌, Zn2Mg相由帶狀逐漸過渡為短條狀分布,Al相隨著深度的增加數量明顯增加。從圖6b可以看出,SD 鍍層中Zn相呈條片狀分布,板條寬度約為2μm,Zn2Mg相呈帶狀或長條狀分布,帶狀寬度約為500 nm,Al相呈黑色點狀分布,粒徑約為1μm。

        可以看出,ZAM產品中隨著鍍層深度的增加,組織明顯變得粗大。在靠近鍍層中間部分,Zn相呈粗大塊狀分布,粒徑約為 0515μm,Zn2Mg相呈灰色寬帶狀分布,帶狀寬度約為500nm,Al相呈黑色小塊狀分布,粒徑約為250500nm。隨著鍍層深度的增加,Zn、Zn2Mg、Al3相的尺寸均顯著增大。

        3  

        分析了新日鐵公司的ZAM、SD及某鋼鐵公司生產的SCS的鍍層形貌,并對這3種產品的鍍層形貌沿深度方向用TEM進行了形貌及三維架構分析,以比較這3種產品鍍層三維形貌上的差別,找出某鋼鐵公司鋅鋁鎂產品的不足,得到如下結論:

        (1) SCS
        、ZAM、SD3種產品鍍層中均可觀察到Zn、 Zn2Mg、Al相的三元共晶相存在;3種產品鍍層的三維形貌在Zn、Zn2Mg、Al三相的分布、形貌、大小均不相同。

        (2) SCS
        產品的鍍層形貌組織大致可以分為2: 一類為細小、均勻致密的蜂窩狀組織,約占整個視場的1/8; 另一類為寬大的條狀組織,而且條狀組織占視場的絕大部分。SCS 產品鍍層中的Zn相隨鍍層深度的增加,其形貌由板條狀變為塊狀,板條寬度約為200nm,Zn2Mg相分布在Zn板條之間呈帶狀分布,帶寬約為100nm。

        (3) SD
        產品的鍍層形貌組織相對均勻,Zn、Zn2Mg、 Al三相分布及形貌基本不隨鍍層深度的增加而變化; SD產品鍍層中Zn相呈條片狀分布,片狀寬度約為2μm,Zn2Mg相呈帶狀或長條狀分布,帶狀寬度約為500nm,Al相呈黑色點狀分布,粒徑約為1μm。

        (4)ZAM
        產品隨著鍍層深度的增加,其組織明顯變粗大,在靠近鍍層中間部分,Zn相呈粗大塊狀分布, 粒徑約為0515μm; Zn2Mg相呈灰色寬帶狀分布,帶狀寬度約為
        500nm; Al
        相呈黑色小塊狀分布,粒徑約為250500nm。隨著鍍層深度的增加,Zn、Zn2Mg、Al三相的尺寸均顯著增大。

        (5)
        通過比較可以發現,SCS產品隨鍍層深度的增加,其組織變化大,組織及Zn、Zn2Mg、Al三相的分布也不均勻,需要在以后的生產中對其生產工藝繼續進行調整。




        來源:材料保護




        鋅鋁鎂鍍層板分析 2021-2-23 本文被閱讀 51 次
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