0 引 言

为了提高钢铁材料及其制品的耐腐蚀性能，美国伯利恒钢铁公司对钢板进行了表面热镀铝锌处理，开发了Galvalume(55%A1-43.5%Zn-1.5%Si，质量分数，下同)热镀铝锌钢板[1-2]，该钢板既具有锌镀层的阴极保护能力,又具有铝镀层的耐腐蚀性能[3-5]，因此其用途日益广泛[6-7]。

“十三五”期间，兖矿集团和华东理工大学又共同承担了国家重点研发计划“单炉日处理煤4000吨级超大型水煤浆气化装置工业示范”，这是目前世界上拟建的单炉处理能力最大的水煤浆气化炉，目前正在兖矿内蒙古荣信化工有限公司和内蒙古汇能煤化工有限公司建设生产化装置。

汽车、家电中的零部件，如汽车废气排气管、电烤箱内衬等都要求材料具有良好的力学性能、耐腐蚀性能以及耐热性能，目前应用较多的材料为铝板、热镀铝钢板等[8]。热镀铝锌钢板的耐热性能虽然略低于上述板材的，但是其良好的耐蚀性能和相对低廉的价格使其有可能成为上述板材的替代品。目前，有关热镀铝锌钢板耐腐蚀性能的研究较多[3-5,7,9-10]，但对其耐热性能的研究较少。因此，作者研究了不同温度烘烤24 h后热镀55%Al-Zn钢板表面镀层的光泽度、单位面积质量、结构、化学成分、结合性能等的变化，分析了热镀铝锌钢板的耐热性能。

1 试样制备与试验方法

试验材料为国产热镀铝锌钢板，牌号为DC51D+AZ，钢板厚度为0.8 mm，双面镀层；镀层的单位面积质量为75 g·m-2，化学成分见表1。

在试验钢板上截取尺寸为100 mm×100 mm×0.8 mm的试样，分别采用精度为0.000 1 g的Mettler

 

表1 镀层的化学成分(质量分数)Tab.1 Chemical composition of the plating (mass) %

  

AlZnSiFe其他54.843.31.660.100.14

Toledo AL204型精密天平、Sheen Tri-GLOSS master型光泽度仪测试样的原始质量与光泽度，然后在CW6680-J1-ST350型烘箱中进行烘烤处理，温度分别为300，350，400，450 ℃，每烘烤6 h取出并冷却后测试样的质量与光泽度，再放入烘箱中烘烤，如此反复4次。由于试验钢板为双面镀层薄钢板，试样质量的变化可近似为镀层质量的变化，由此可计算出镀层在不同温度下烘烤不同时间后的单位面积质量变化与光泽度变化。采用Zeiss Imager.M2m 型光学显微镜观察未烘烤试样和在不同温度下烘烤4次(共24 h)后试样的表面与横截面形貌，并利用Zeiss EVO MA25型扫描电子显微镜附带的能谱仪(EDS)测镀层的化学成分。按照GB/T 30791—2014，在弯折机上进行180°弯曲试验，试样的平面尺寸为100 mm×80 mm，如果试验后镀层不发生脱落则说明镀层与基体结合良好。

2 试验结果与讨论

2.1 镀层的质量与光泽度变化

由表2可以看出：在300， 350，400 ℃烘烤24 h后，镀层的化学成分变化很小；当烘烤温度达到450 ℃时，镀层的成分发生了明显的变化，其中铝元素含量增大，锌元素含量减少，同时镀层含有较多的铁元素，这说明镀层不完整，出现了脱落现象。弯曲试验后，300，350，400 ℃烘烤24 h的镀层均未脱落，说明镀层的结合性能较好;450 ℃烘烤的镀层脱落，说明镀层的结合性能较差。

  

图1 不同烘烤温度下镀层的单位面积质量变化和光泽度变化与烘烤时间的关系曲线Fig.1 Relation curves of changes of mass per unit area (a) and gloss (b) vs baking time of the plating baking at different temperatures

2.2 镀层的形貌

图3b为距离掘进工作面2 m的yz截面浓度等值线图，由图可知，风筒距离工作面3 m处，高浓度的硫化氢贴附回风巷壁向外回流，截齿头至进风侧巷道硫化氢体积分数不超过15×10-6；风筒距离工作面5、7 m时工作面附近硫化氢分布规律相似，下隅角处高浓度的硫化氢随回风进入涡流区域，硫化氢的分布范围明显扩大，当L=5 m时截齿头至回风侧硫化氢浓度达到最高，超过了35×10-6，因此风筒在此位置时最不利于硫化氢的集中治理，也加剧了掘进机司机处的污染程度。

由图2可以看出：在300，350 ℃烘烤24 h后，镀层表面及横截面形貌均未发生任何变化，与未烘烤处理的相同；当烘烤温度达到400 ℃时，镀层表面出现微裂纹，横截面形貌无明显变化；当烘烤温度为450 ℃时，镀层发黑且粗糙，出现氧化、脱落现象，且镀层变得疏松、不完整。

2.3 镀层的化学成分及结合性能

由图1可以看出：随着烘烤时间的延长，当烘烤温度低于400 ℃时，镀层的单位面积质量变化很小，而当烘烤温度达到450 ℃时，其单位面积质量明显降低；当烘烤温度低于350 ℃时，镀层光泽度的变化不明显，当烘烤温度达到400 ℃时，光泽度略微下降，烘烤温度达到450 ℃后，光泽度显著降低。

 

表2 不同温度烘烤24 h后镀层的化学成分(质量分数)Tab.2 Chemical composition of the plating after baking at different temperatures for 24 h (mass) %

  

烘烤温度/℃AlZnSiFe其他30054.843.21.50.20.335054.643.11.70.50.140054.242.11.51.80.445044.810.42.435.37.1

2.4 分析讨论

(1) 热镀55%Al-Zn钢板在不超过350 ℃下烘烤24 h后，镀层的表面形貌、化学成分、光泽度、单位面积质量和结合性能均未发生变化。

2.10.3 血浆样品的处理 精密吸取血浆样品100 μL及50 μL的内标溶液至离心管中，加入0.2 mL浓度为3 mol/L的HCl溶液，于70 ℃水浴中震荡2 h，取出后室温放置1 h，加入0.15 mL体积分数为5%的HClO4溶液。加入3.0 mL醋酸乙酯，涡旋10 min。于12 000 r/min条件下离心15 min。转移上层有机相，氮气吹去有机溶剂，100 μL流动相复溶沉淀物，待测。

  

图2 未烘烤处理和不同温度烘烤24 h后镀层的表面与横截面形貌Fig.2 Surface (a, c, e, g, i) and section (b, d, f, h, j) morphology of the plating with non-baking treatment (a-b) and after baking at different temperatures for 24 h (c-j)

3 结 论

55%Al-Zn镀层为树枝状结构，枝干由富铝固溶体相组成，而充填于枝间的为富锌固溶体相，硅以单质的形态弥散分布于富铝相与富锌相的交界处[9]。由文献[10]可知，55%Al-Zn镀层中富铝固溶体相中铝的质量分数约80%，因此该富铝固溶相具有良好的耐腐蚀性能和耐热性能。

由Al-Zn二元系平衡相图[11]可知，55%Al-Zn镀层中铝锌合金相的共晶点温度约为381 ℃，因此热镀铝锌钢板在不超过350 ℃烘烤时，镀层未发生熔融，镀层的表面形貌、化学成分、光泽度、单位面积质量和结合性能均未发生变化。当烘烤温度达到400 ℃时，由于该温度略高于合金共晶点温度，镀层熔融量极少，因此其表面形貌、化学成分、单位面积质量和结合性能仍未发生明显变化，但由于此时55%Al-Zn镀层/钢板界面发生了合金化反应，使界面合金层变厚，镀层表面形成裂纹，同时表面光泽度也略微降低。当烘烤温度达到450 ℃时，该温度比共晶温度高近70 ℃，此时钢板中的铁元素向镀层内部扩散，同时部分镀层发生熔融，在空气作用下部分镀层发生氧化，部分锌蒸发，导致镀层的光泽度显著降低、单位面积质量明显减小、结合性能变差，部分镀层脱落，原有镀层的表面形貌大部分消失。

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(2) 当在400 ℃烘烤24 h后，镀层表面出现微裂纹，表面光泽度略微降低，但镀层的表面形貌、化学成分、单位面积质量和结合性能均未发生明显变化。

(3) 当在450 ℃烘烤24 h后，镀层的光泽度显著降低,单位面积质量明显减小,结合性能变差，部分镀层脱落，镀层原有的表面形貌大部分消失。

参考文献:

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[2] 张启富,刘邦津,黄建中. 现代钢带连续热镀锌[M]. 北京:冶金工业出版社，2007:611-620.

[3] KUHN N, HUMAYUN A, FISHER T W. The new pre-painted Galvalume sheet[J]. Sheet Metal Industries，1984，61(9):512-514.

[4] ALLEGRA L, TOWNSEND H E. Under vehicle corrosion resistance of 55%A1-Zn coated steel sheet[J]. Metal Progress, 1980, 119(5):33-35.

[5] 陈斌锴, 袁训华, 张启富. 热浸镀55%Al-Zn合金镀层钢板的镀层结构及防腐蚀机理[J]. 腐蚀与防护, 2009, 30(1):16-21.

[6] 杜鹏翔.热浸镀55%铝锌合金钢板的抗高温氧化性能分析[J]. 西南工学院学报,2000,15(2):27-29.

[7] 袁明生. Galvalume镀层钢板的性能和应用[J]. 世界钢铁,2004(3):70-72.

[8] 橘高敏晴，柳长福. 热镀铝钢板[J].武钢技术,1993(6):52-58.

[9] SHAH S R, DILEWIJNS J A, JONES R D. The structure and deformation behavior of zinc-rich coatings on steel sheet[J]. Journal of Materials Engineering and Performance, 1996, 5(10):601-608.

[10] HARVEY G J. Structure and corrosion resistance of zincalume coatings[J]. BHP Tech Bull, 1981, 25: 63-66.

[11] SELVERIAN J H, MARDER A R, NOTIS M R. The reaction between solid iron and liquid A1-Zn baths[J]. Metallurgical Transactions A, l988, 19(5): 1193-1203.