热镀铝锌钢板表面锌花尺寸不均匀原因

热镀铝锌工艺使用的镀液熔点高(590℃以上), 在镀液中加入质量分数为1.6%的硅元素,可以防止 镀液与钢基板之间发生迅速且强烈的放热反应,促进 薄而连续的合金层形成,避免镀液与钢基板之间过度 反应[4]。镀层结晶凝固时,先形成富铝相,铁、硅等溶 质元素被富铝相的枝晶隔离在未凝固的液相L中。 随着温度进一步降低,铁、硅元素不断扩散进入未凝 固的液相L,促进二元共晶反应(L→富铝相+硅针), 富铝相的枝晶持续生长,而硅针则在枝晶间沉淀,最 后约在380℃的环境下发生三元共晶反应(L→富铝 相+富锌相+硅针),并完成凝固过程[5]。

轧硬态钢板表面残留有羧酸铁,使钢板的浸润性 变差,进而影响了钢基板与镀液之间的反应,导致铁元 素的溶解量减少,无法形成致密的铁-铝抑制层。SEM 分析结果表明:小锌花试样没有形成致密的抑制层,导致锌元素渗透;大锌花试样的铁元素溶解量多,除了形 成抑制层外,还引起钢基板表层铁元素的过饱和,铁元 素在富铝相固溶体中的溶解度有限,在富铝相固溶体 结晶时,过饱和的铁元素会被排出,限制了铝固溶体的 形核速率,导致形核数量减少,形成大锌花。

液相中的铁、硅元素有很强的亲和力,铁元素在 液相中的过饱和将促进硅元素溶质分配,从而引起 液相中硅元素含量增加。对于被羧酸铁覆盖的钢 板,铁元素的溶解受到阻碍,溶解量不足,无法形成 过饱和。先结晶的富铝相中包含较少的硅元素,导 致最后凝固部分的硅元素含量多,形成更多的硅针, 因此小锌花比大锌花的硅针数量多,这个结果与相 关文献的研究结果一致[4]。

钢板的浸润性能影响了钢基板铁元素的溶解 量,进而影响了热镀铝锌钢板镀层的化学成分。表 面带有锌灰的钢板,固相与固相之间扩散速率慢,钢 基板铁元素的溶解量少,浸镀后形成小锌花;钢板没 有锌灰覆盖的正常部位,钢基板铁元素的溶解量充 足,浸镀后形成大锌花。铁元素溶解差异引起锌花 尺寸不同的机理如图6所示。大锌花试样的浸润性 好,铁元素溶解量大,在结晶之前的熔体中,过饱和 的铁元素促进了硅元素的溶解,结晶后共晶硅少,微 观下呈现的硅针数量少,三元共晶反应后,富锌相占 比多;小锌花试样的浸润性差,铁元素溶解量小,在 结晶之前的熔体中,欠饱和的铁元素不利于硅元素 溶解,结晶后共晶硅多,微观下呈现的硅针数量多, 三元共晶反应后,富锌相占比少,成分过冷导致镀层 凝固结晶形成小锌花。

  钢板在热镀铝锌的过程中,铁元素溶解量差异 导致凝固后镀层的硅针数量、合金层与外覆层界面 的富锌相数量不均匀,以及影响钢基板与合金层界 面之间铁-铝抑制层的形成,最终导致钢板表面锌花 尺寸不均匀。

    避免轧硬态钢板表面羧酸铁的形成,可以改善 钢板表面热浸镀时的浸润性,解决钢板表面锌花尺 寸不均匀的问题。