鍍鋅產品表面腐蝕現象研究

孫霖+朱金華

摘 要：本文以某鋼廠鍍鋅機組的熱浸鍍鋅產品為研究對象，通過現場取樣和實驗室模擬，研究不同鋅層厚度鍍鋅鋼板腐蝕各個階段關鍵時間點，總結規律，并分析鍍鋅鋼板在腐蝕不同階段的形貌和重要元素的變化。

關鍵詞：熱鍍鋅；腐蝕；規律；成分組成；形貌

0 前言

隨著社會發展，鋼鐵產品在鋼鐵在國民生活各個領域有著越來越廣泛的應用，同時，用戶在鋼鐵產品使用過程中對于耐蝕性的要求也越來越高。腐蝕不僅會影響產品的使用壽命，造成巨大的經濟損失，還會引起重大的安全事故，造成人員傷亡。為了提高鋼鐵的使用壽命，相關領域研發了各類的防腐措施。其中，鍍鋅防腐由于效果顯著，工藝簡單，價格低廉等原因，得到了廣泛應用。

本文通過對某鋼廠鍍鋅機組實際生產的鍍鋅板進行研究，通過現場取樣和實驗室模擬手段，對不同鋅層厚度鍍鋅鋼板腐蝕各個階段的關鍵時間點進行記錄，總結規律，并分析鍍鋅鋼板在腐蝕不同階段的形貌和重要元素的變化。

1.試驗設備和原理

本文以下試驗是通過中性鹽霧試驗，在規定的時間周期后，觀察不同鍍鋅樣板表面的腐蝕程度和面積來評價鍍鋅板耐蝕性能，具體試驗方法執行標準ASTM B117，同時通過掃描電鏡對腐蝕不同階段的微觀形貌及成分組成進行檢測分析，具體試驗儀器設備如下：

2.試驗與分析

一般認為，鹽霧試驗過程中樣板表面出現白銹代表鍍鋅板表面鋅層產生腐蝕現象，而樣板出現紅銹表示鍍鋅板表面鋅層已被完全腐蝕，開始對鋅層覆蓋下的鐵基產生腐蝕。

2.1鈍化膜對于耐蝕性影響

由于鍍鋅板鋅層表面在運輸儲存過程中長時間與大氣環境接觸，易產生腐蝕生成白銹，因此根據用戶使用需要，大部分鍍鋅板會在其表面進行鈍化處理。

本次試驗，首先分別選取同一時間段生產，表面未進行鈍化處理、無鉻鈍化、耐指紋鈍化的鍍鋅產品，同時放入鹽霧箱進行耐蝕性試驗比對，結果如下：

經過24小時試驗后，未鈍化的試樣表面白銹面積已達100%，即鋅層已被完全腐蝕；而其余兩塊經過鈍化處理的試樣表面未出現白銹。這表明鍍鋅板表面鈍化膜對于鋅層被腐蝕具有明顯的防護作用。

2.2不同鋅層重量對比分析

由于產品使用用途不同，鍍鋅板表面的鋅層厚度也存在差異，一般使用單位面積的鋅層質量來作為鋅層厚度的衡量標準。本次試驗的鍍鋅機組產品單面鋅層厚度范圍最小為40g/m2，最大為137.5g/m2。

選取表面進行無鉻鈍化處理，鋅層單面厚度分別為40g/m2、90g/m2和137.5g/m2的鍍鋅板同時放入鹽霧箱進行耐蝕性試驗試驗比對，記錄結果如下：

從以上結果來看，三塊樣板出現白銹的時間基本相同，這是由于試驗開始階段，鈍化膜對于鋅層具有保護作用，腐蝕發生在鈍化層。鋅層表面未發生腐蝕，經過120小時后，三塊樣板表面的鈍化膜被破壞，腐蝕進行到鋅層，即開始出現白銹。

從白銹開始后，三塊樣板的腐蝕速度各不相同，具體表現為：鋅層越厚的樣板，出現紅銹和完全紅銹的時間要越慢，即腐蝕時間與鋅層厚度成正比，這表明鋅層越厚，腐蝕透過鋅層到達鐵基的時間越長。各鋅層厚度樣板單位面積鋅層腐蝕實際速度見表1：

通過以上數據分析，表明不同鋅層厚度的鍍鋅板，在中性鹽霧試驗條件下，單位面積鋅層的腐蝕的速度較為接近，約在0.1～0.14g/m2*h范圍內。

2.3腐蝕過程不同階段分析

通過掃描電子顯微鏡（SEM）對鹽霧試驗的試樣白銹階段和紅銹階段局部區域表面微觀形貌進行分析，并采用能譜儀對局部區域成分組成進行檢測。

2.3.1白銹階段形貌

白銹階段樣板表面產生白銹的局部區域微觀形貌如下：

2.3.2紅銹階段形貌

紅銹階段樣板表面白銹局部區域、紅銹局部區域以及鋅層腐蝕脫落后基板局部區域微觀形貌如下：

2.3.3各階段能譜檢測

樣板腐蝕各階段不同區域的能譜照片及對應的成分質量百分比含量如下：

2.3.4分析

從上述檢測結果來看，白銹階段的具體表現：

在白銹區域微觀形貌，表面覆蓋有較為致密的顆粒狀組織，成分構成以Zn、O、Cl。表明此階段白銹主要是鋅層被腐蝕后生成鋅的氧化物和氯化物及尚未未反應的純鋅層為主，其中少量Cl元素為氯化鈉氣氛中氯元素與鋅層反應所致。

紅銹階段的具體表現：

（1）白銹區域微觀形貌以致密狀組織為主，成分構成與白銹階段相似，除了O、Cl、Zn元素外，還存在少量Fe元素和微量Al元素。這主要為殘留的鍍鋅板Fe基和Zn層之間的抑制層組織（成分為Fe2Al5），表明此時白銹區域的腐蝕已進行到鋅層內部抑制層區域附近。

（2）紅銹區域微觀形貌與白銹區域類似，以致密狀組織為主，與白銹區域相比，成分中Fe含量明顯提升，Zn含量明顯降低，其余元素含量接近，表明此區域大部分鋅層基被腐蝕，腐蝕開始進行到鐵基部分。

（3）鐵基區域形貌，主要為平整的基體表面，附帶少量顆粒狀氧化物，與紅銹區域相比，成分中Fe含量進一步提升，Zn含量進一步降低，其余元素含量無明顯變化，結合微觀形貌，表明此區域基本為腐蝕完鋅層后，暴露在外界的被腐蝕的鐵基，附帶少量尚未完全腐蝕掉的鋅的氧化物。

3.結論

1）鍍鋅板表面進行鈍化處理對于鍍鋅板鋅層被腐蝕具有明顯的防護作用。

2）鍍鋅板鋅層厚度與表面鋅層完全腐蝕的時間成正比，通過試驗計算，在中性鹽霧試驗條件下，單位面積鋅層的腐蝕的速度約在0.1～0.14g/m2*h范圍內。

3）對于鍍鋅板腐蝕周期不同階段，白銹階段時表面主要以致密狀顆粒組織為主，成分為鋅的氧化物和少量氯化物；紅銹階段時表面白銹和紅銹區域表面形貌為致密狀組織，主要物質為鐵和鋅氧化物和氯化物，隨著腐蝕深度增加鐵含量上升，鋅含量降低。腐蝕到鐵基階段時表面主要為較為平整的鐵基表面，附帶少量顆粒狀氧化物，成分大部分為鐵的氧化物及少量未完全腐蝕的鋅的氧化物。

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