知识课堂：锌铝镁镀层讲解及缺陷分析

锌铝镁镀层各元素的作用和影响

与高强钢一样，锌铝镁良好的耐腐蚀性能是由于其组织决定的，而组织又是由化学成分和冷却速度决定的，下面我们就探讨锌铝镁镀层化学成分的选择，以及各元素的作用。

1 镁的作用和影响

镁的作用首先是提高耐腐蚀性能，这一点前面已经充分分析过了；其次，在镀浴内略加0.1%的镁，可以提高带钢在镀液中的浸润性，降低镀浴表面的张力，减少漏镀缺陷的产生，这是因为镁的氧化物很不致密，基本是以非常疏松状存在的。
这一点与铝的特点似乎有些互补，对采用铝含量较高的镀层生产合金含量较高的高强钢有着很重要的意义。不过，在锌铝镁镀浴内，镁的含量较高，镁的氧化物不致密的问题就会带来一系列的副作用，成为热镀锌铝镁产品生产的一大困难。

2 铝的作用和影响

首先，在镀锌的基础上加铝可以显著提高耐腐蚀性能和耐热性能，这一点在锌铝镁镀层中也同样如此；其次，在镀锌时加少量铝，可以抑制锌液与铁的反应，减薄Fe-Zn的化合物层；第三，铝可以抑制镁氧化的局限性，铝的氧化物很致密，可以减轻镁疏松氧化物带来的影响，如果恰到好处的话，使得铝镁的氧化物可以成膜，造成产品的缺陷。
在这三个特性中第一条只有好处，没有坏处，但第二、第三条都是双刃剑。与镁一样，铝在锌铝镁镀浴内的含量很高。一方面铝抑制了锌与铁的反应，但铝与铁的反应更加激烈，成为主要矛盾；另一方面，铝极易氧化的问题也会带来一系列的问题，同样成为锌铝镁产品生产的一大难题。

3 硅的作用和影响

硅的加入，主要是为了抑制铝和铁的反应，减薄镀层与钢基之间的化合物层，提高加工性能，这一点与所有的高铝镀层的原理一样。
只要是在铝高于共晶成分的镀层，都要加硅，铝含量越高，加的硅越多。最高的铝硅镀层，加约10%的硅；其次是铝锌硅镀层，加1.5%左右的硅；SD加0.2%的硅，ZAM可以加0.1%的硅。另外，硅还可以细化晶粒，提高组织的均匀性，抑制晶间氧化。

4其它元素的作用

由于锌铝镁的成分很复杂，工艺性能也变得非常复杂，为了采用以锌、铝、镁为主的成分生产出合格的产品，可以通过增加少量的其它元素，改善热镀工艺性能和使用性能，号称是锌铝镁镀层成分的第四元。
比如：防止镁的氧化黑变，是锌铝镁合金产品的一个难题，有的公司采用了在合金内添加合金元素的办法抑制镁的氧化，例如POSCO专利采用的方法，是在合金中加入0.01%～0.1%的镓和0.005%～0.1%的铟；首钢专利是采用在合金中加入0.01%～0.1%的钙、钡或0.01%～0.4%的锂来解决这一问题；可以通过加入钛和硼来细化晶粒，并起到抑制Mg2Zn11组织的产生；通过加入稀土，可以增加组织的均匀性从而抑制晶间腐蚀，进一步提高耐腐蚀性能。综上所述，锌铝镁镀层成分=a%Zn+b%Al+c%Mg+（d%Si）+e%X

因锌铝镁镀层和冷却不均匀造成的“梨皮斑”缺陷分析

国外某公司在试产SD产品的初期，出现了部分“梨皮斑”缺陷，如下图所示，在产品的边部，板面色泽与中间部位有一定的差异，有像梨子的表皮一样的麻点，影响了产品的外观，遭到了客户的投诉。

仔细观察钢带边部缺陷部位，并略作放大分析，发现缺陷部位在宏观上结晶晶粒和粗糙度均比中间部位大，因此对光线的折射与中间部位不一样，看起来色泽有差异。
其实，这样的缺陷在镀锌生产过程中是很常见的缺陷，对于大锌花产品而言，色泽差异都被锌花掩盖了，而无锌花产品就比较明显，有一定经验的镀锌专家都知道这是镀层附着量不一致造成的。于是，对钢带边部镀层附着量进行了检测，结果如下表所示。 镀层附着量检测结果

边部位置	镀层附着量(g/㎡)
边部位置	正面	反面	两面合计
距边缘60mm	122	96	238
距边缘120mm	114	105	219

从表中可以看出，这是镀层附着量相对比较大的SD产品，在钢板距边缘60mm处，正面和反面镀层重量的差异达26 g/㎡，比距边缘120mm处的9 g/㎡大了近两倍，说明正是由于镀层附着量差异造成的这种“梨皮斑”缺陷。
那么为什么镀层附着量差异会造成这种缺陷呢？这是因为锌铝镁产品的色泽与镀层附着量非常敏感的原因。如果局部镀层附着量较大，冷却速度较慢，在结晶时晶粒有足够的时间长大，该处晶粒尺寸大于正常部位。
前面说过，如果是大锌花产品到不要紧，如果是零锌花产品就会出现比较严重的色泽偏差，但最严重的是锌铝镁，SD锌铝镁晶粒偏大时内部的先共晶富铝相很发达，对光线的折射较强烈，所以色泽就很不均匀，有一点点的小白点，看起来就像梨子的表皮一样了。
产品的镀层附着量要求越大，镀层附着量的差异也越大，所以这种缺陷往往出现在厚镀层的产品上。造成这种缺陷的原因往往是板形不良或钢带振动等原因，调整炉内快冷风箱挡板、增加张力等方法可以改善板形，通过减小稳定辊振动、采用钢带稳定设备等可以减小钢带振动。
同时，如果镀后冷却风箱有挡板的话，增加边部冷却速度，促进钢带靠近边部位置的快速冷却，可以迅速减轻这种缺陷。

因镀层在结晶前粘附异物质点造成的“小黑点”缺陷

国外某公司在试产锌铝镁耐指纹板初期，客户在剪切加工时发现了“小黑点”缺陷，提出质量异议，如下图所示。

出现“小黑点”缺陷的产品厚度为1.5mm，“小黑点”直径为1~3mm左右，在整个钢板表面没有规律分布。

出现这种缺陷，首先想到的是不是氧化问题，于是先做了耐中性盐雾SST试验，结果如下图所示，图中是肉眼能够辨别出的黑点部位。

从图中可以看出，“小黑点”部位在SST试验中，耐腐蚀性能与其它正常部位基本一样，说明“小黑点”并不影响使用性能，只是影响外观。
为了找到“小黑点”产生的原因，进行了放大分析，如下图所示。

从图中可以看出在小黑点的中心部位有极小的外来杂质粘附在钢带表面。进一步将粘附外来杂质部位切割下来将镀层截面放大观察，发现异物粘附在镀层外侧，基本与镀层粘附在一起，但杂质没有嵌入或融入镀层内部，与镀层之间有明显的界线。

对外来杂质点的成分进行分析，如下图所示。

可见主要成分是锌铝镁的氧化物。由上述分析可知，这种缺陷是在镀层未凝固或刚刚开始凝固时，锌铝镁的氧化物杂质点粘附到液态镀层上，造成了镀层的局部快速凝固，晶粒很小，吸收了照射的光线，看起来就是非常小的“小黑点”。
据该公司提供的资料介绍，为了解决这一问题，该公司对锌锅和冷却塔进行了无尘化处理，一方面加强密封处理，对钢结构进行喷水防止扬尘，另一方面对冷却风箱的气体入口的过滤器进行了改善，提高了过滤效果，防止了带钢表面液态镀层吸附氧化杂质问题，使得这一缺陷大幅度地减少。
对于这种缺陷，笔者认为锌铝镁的氧化物杂质点的来源还有一种比较常见的原因，就是气刀区域，如果气刀的角度不合理，略带正角度的话，就会引起锌铝镁液飞溅，有可能粘附到未凝固的镀层表面。