由于低合金钢易腐蚀,通过镀锌处理可有效地抑制其腐蚀,但是一旦镀层受到破坏,便会加速腐蚀的进程。实验人员通过一系列试验,对损伤的Zn和ZnAl镀层防腐效果进行分析,发现用ZnAl涂层代替Zn镀层可有效阻止该现象的发生。
实验内容包括:
(1)表面处理。对部分条状低合金钢样品进行表面镀锌处理,将另一部分样品放入600℃ZnAl合金熔融液中进行包覆处理。
(2)腐蚀试验。在样品表面去除小面积镀层后将样品放入50℃海水中进行腐蚀,时间为64h.
(3)磨光。用环氧树脂镶嵌样品,磨光时将样品倾斜5.7°以观察层状结构。
(4)元素分布分析。利用显微X射线荧光仪分析元素分布。
研究发现,传统的锌涂层对腐蚀更敏感,而ZnAl涂料中的Al在钢的表面直接成层。
图1 镀Zn钢板经海水处理后的元素分布
图2 镀ZnAl钢板经海水处理后的元素分布
(红-Fe;绿-Zn;蓝-Cl;紫-S;淡蓝-Al)
对试样进行Micro-XRF分析可在短期内获得大量实验数据,可深入对腐蚀过程的研究。为获得更多详细信息,工作人员在每个样品中分别对完整镀层区域(a)和移除镀层区域(b)进行线扫描,进一步分析元素的浓度变化,从而对Zn和ZnAl镀层的防腐差异进行对比。
图3 (a)镀锌材料a区的扫描曲线;(b)去除锌层区域b腐蚀后的扫描曲线
由图3a可知,试样顶部铁的密度较高,随着镀层中锌密度的增加,铁的密度剧烈减少。由于环氧树脂中富含Cl、S使得曲线在右侧上升。Fe和Zn间明显的边界表明锌镀层的防腐性能良好。而图3b中Fe分布曲线下降缓慢,而Zn增加缓慢,说明防腐失效。
图4 (a)镀ZnFe材料a区的扫描曲线;(b)去除镀层区域b腐蚀后的扫描曲线
图4为ZnFe涂层样品经过海水处理后的元素分布图,由图4a可看出涂层区Fe含量减少的趋势强烈。由于Al层的阻碍,S虽然能进入涂层但却无法渗入钢中。对于不含Zn的区域b,Fe密度剧烈降低,而Al密度降低缓慢,说明Al层起到一定的防腐作用。
由以上Micro-XRF分析结果可知,ZnAl合金涂层防腐效果好于锌镀层。由于Al可在钢板表面直接生成一层保护层,即使ZnAl涂层受到破坏,Al仍能有效的减低钢板的腐蚀程度。
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