鋅鋁鎂鍍層鋼板是一種新型的鋼鐵材料，可以通過現(xiàn)有的熱鍍鋅工藝大批量生產(chǎn)。鋅鋁鎂鍍層鋼板具有良好的耐蝕性和膜自修復(fù)性能，并能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，是一種新型的環(huán)保節(jié)能鋼板，還可以降低密封蠟、涂層等二次腐蝕防護要求或節(jié)省二次腐蝕防護成 本，提高生產(chǎn)效率; 其成形性能優(yōu)于GI、GA板，適合深沖壓零件制造，并且縮短了模具清理次數(shù); 同時其焊接性能也與GI 板相當，綜合性能更是優(yōu)于GA板。

鋅鋁鎂鍍層鋼板成為目前鍍層鋼板的最優(yōu)選擇，可代替普通鍍鋅板、彩鋼、不銹鋼及鋁板等材料，主要應(yīng)用于光能光伏產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)、家電制造、高鐵、大型變電站及汽車制造等多種領(lǐng)域。

新日鐵公司生產(chǎn)的鋅鋁鎂(ZAM) 鍍層的化學(xué)成分為Zn-6%Al-3%Mg，鍍層組織由Zn、Al、Zn2Mg3相組成。相比于普通熱鍍鋅層，由于鍍層中加入了Mg元素，致使ZAM鍍層的耐蝕性得以顯著提高。

而且， ZAM鍍層具有更加致密的組織，在腐蝕過程中能夠減少晶間腐蝕。ZAM鍍層硬 度高，其維氏硬度為140～160HV，比普通純鋅鍍層具有更好的抵御刮擦的能力。因此，ZAM鍍層產(chǎn)品在極端惡劣的環(huán)境中也能適用。

2011年，新日鐵公司推出了成分為 Zn-11%Al-3%Mg的SD鍍層(SuperDyma)，其具有良好的防銹性、加工性、焊接性和油漆性，與熱浸鍍鋅鋼板和熱浸鍍鋅-5%鋁合金鋼板相比較，其鍍敷附著量少卻能達到相同的耐腐蝕性能。

此外，由于其具有很好的耐紅銹性，因此可代替不銹鋼或鋁板。在加工性能方面，對 SD鍍層鋼板進行彎曲和拉伸后，其彎曲和拉伸部分均不易生銹，加工部件的表面不會有缺陷，使產(chǎn)品更為美觀。

某鋼鐵公司開發(fā)出了鋅鋁鎂150g鍍層產(chǎn)品(SCS) ，其鍍鋅板鋅層厚度為20μm左右，與基體致密度較低，且存在Al、Zn、Zn2Mg3相。本工作主要對該鍍層產(chǎn)品(SCS) 、新日鐵公司的ZAM及SD的鍍層形貌進行了分析研究，比較這3種產(chǎn)品在鍍層形貌上的差別并找出SCS的不足，對后續(xù)的生產(chǎn)工藝進行調(diào)整。

1 試 驗

采用FIB(共聚焦離子束)法制備鍍層試樣，從鍍層表面用FIB直接切割制樣，取樣位置見圖1。取樣深度為沿鍍層厚度方向10μm，試樣尺寸為10μm×3μm×100nm。采用 TESCAN雙束離子束聚焦場發(fā)射掃描電鏡和TecnaiG2F30S-TWIN場發(fā)射高分辨透射電 鏡沿著試樣長度方向觀察鍍層深度方向的形貌。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同鋅鋁鎂鍍層的形貌分析 采用FIB方法直接切割制備用于觀察鍍層三維架構(gòu)的試樣，試樣深度為10μm。SCS、ZAM、SD試樣的整體TEM形貌見圖2。

從圖2可以看出試樣整體深度約為10μm，圖2中箭頭所指的方向是表面向基體的方向，在10μm×10μm的視野內(nèi)，可以看出鍍層的形貌組織大致可以分為2類:一類為細小、均勻致密的蜂窩狀組織; 另一類為寬大的條狀組織，而且條狀組織占視場的絕大部分。

致密均勻的蜂窩狀組織主要分布在試樣的底部，位于距鍍層外表面約7～10μm。

圖3為放大倍數(shù)后不同區(qū)域SCS、SD、ZAM鍍層的TEM形貌，蜂窩狀組織更靠近試樣基體，條狀組織越細小越靠近鍍層表面。由圖3a可以看出，SCS鍍層為均勻致密的蜂窩狀鍍層形貌，只占整個視場的1/8左右。蜂窩狀組織主要由亮白色圓餅狀、黑色點狀或圓餅狀及灰色長條狀組織構(gòu)成，其中，亮白色餅狀組織大小約為100～200nm，黑色點狀或圓餅狀組織大小約為50～150nm，灰色條狀組織寬度約為20～50 nm，這3種組織具體的相構(gòu)成需要進一步進行能譜及衍射譜分析。

在整個觀察視野中，板條狀組織占了整個視場的絕大部分，主要為亮白色，板條寬度約為200nm，板條間有寬約100nm的灰色帶狀組織，同時還發(fā)現(xiàn)，在板條狀組織中間夾雜著亮白色圓形或橢圓形白點。

由圖3b可以看出，SD鍍層整個視場內(nèi)組織均勻，亮白色組織呈連片出現(xiàn)，片狀寬度約為2μm，灰色和黑色組織呈塊狀，彌散分布于亮白色組織之間，灰色組織也呈帶狀分布，灰色帶狀組織寬度約為500nm左右。

由圖3c可以 看出，ZAM鍍層的整個視場內(nèi)分為2部分，在距表面7μm以上的鍍層組織較為粗大，亮白色組織呈大塊狀分布，亮白色組織粒徑約為1．0～1．5μm，亮白色組織間分布著灰色帶狀組織，帶狀寬度約為250nm，在亮白色組織和灰色帶狀組織間鑲嵌著黑色塊狀組織。在距表面7μm以內(nèi)，鍍層組織明顯較為細小，而且越靠近鍍層表面組織越細小。

2．2 不同鋅鋁鎂鍍層的成分及三維架構(gòu)分析 通過TecnaiG2F30S-TWIN場發(fā)射高分辨透射電鏡對SCS、SD、ZAM鍍層進行能譜分析，其結(jié)果見圖4。方框區(qū)域為掃描區(qū)域，1區(qū)域和2區(qū)域分別是亮色和暗色區(qū)域。從圖4 可以看出，SCS、SD、ZAM鍍層亮白色組織的主要成分為Zn元素，黑色部分的主要成分為Al元素，灰色部分的主要成分為Mg元素和Zn元素。C元素為鋼中的主要元素，Cu 元素與O元素為承載試樣的銅網(wǎng)的成分。

通過對衍射光斑的計算可以得出3種組織的相構(gòu)成，3種組織的具體相結(jié)構(gòu)應(yīng)對3種組織做衍射光斑， 衍射花樣見圖5，鍍層中的3相分別為Zn、Zn2Mg及Al的三元共晶相。

圖5為SCS、SD、ZAM試樣鍍層中各相的形貌及衍射花樣。結(jié)合圖5中各鍍層中各相的衍射花樣，通過對SCS、SD、ZAM產(chǎn)品鍍層形貌的三維架構(gòu)觀察，可以發(fā)現(xiàn)鍍層中主要由3相構(gòu)成，分別是亮白色的Zn相、灰色的Zn2Mg相及黑色的Al相，其分布見圖6。

從圖6a可以看出，SCS產(chǎn)品鋅鋁鎂鍍層中可以觀察到Zn、Zn2Mg及Al的三元共晶相，其中Zn相呈板條狀及塊狀分布，板條寬度約為200nm，Zn2Mg相呈帶狀或長條狀分布，帶狀寬度約為100nm，Al相呈黑色點狀分布，粒徑約為50～100nm。

另外，隨著鍍層深度的增加，Zn相的分布逐漸由板條狀過渡為塊狀形貌， Zn2Mg相由帶狀逐漸過渡為短條狀分布，Al相隨著深度的增加數(shù)量明顯增加。從圖6b可以看出，SD 鍍層中Zn相呈條片狀分布，板條寬度約為2μm，Zn2Mg相呈帶狀或長條狀分布，帶狀寬度約為500 nm，Al相呈黑色點狀分布，粒徑約為1μm。

從圖6c可以看出，ZAM產(chǎn)品中隨著鍍層深度的增加，組織明顯變得粗大。在靠近鍍層中間部分，Zn相呈粗大塊狀分布，粒徑約為 0．5～1．5μm，Zn2Mg相呈灰色寬帶狀分布，帶狀寬度約為500nm，Al相呈黑色小塊狀分布，粒徑約為250～500nm。隨著鍍層深度的增加，Zn、Zn2Mg、Al3相的尺寸均顯著增大。

3 結(jié) 論

分析了新日鐵公司的ZAM、SD及某鋼鐵公司生產(chǎn)的SCS的鍍層形貌，并對這3種產(chǎn)品的鍍層形貌沿深度方向用TEM進行了形貌及三維架構(gòu)分析，以比較這3種產(chǎn)品鍍層三維形貌上的差別，找出某鋼鐵公司鋅鋁鎂產(chǎn)品的不足，得到如下結(jié)論:

(1) SCS、ZAM、SD3種產(chǎn)品鍍層中均可觀察到Zn、 Zn2Mg、Al相的三元共晶相存在;3種產(chǎn)品鍍層的三維形貌在Zn、Zn2Mg、Al三相的分布、形貌、大小均不相同。

(2) SCS產(chǎn)品的鍍層形貌組織大致可以分為2類: 一類為細小、均勻致密的蜂窩狀組織，約占整個視場的1/8; 另一類為寬大的條狀組織，而且條狀組織占視場的絕大部分。SCS 產(chǎn)品鍍層中的Zn相隨鍍層深度的增加，其形貌由板條狀變?yōu)閴K狀，板條寬度約為200nm，Zn2Mg相分布在Zn板條之間呈帶狀分布，帶寬約為100nm。

(3) SD 產(chǎn)品的鍍層形貌組織相對均勻，Zn、Zn2Mg、 Al三相分布及形貌基本不隨鍍層深度的增加而變化; SD產(chǎn)品鍍層中Zn相呈條片狀分布，片狀寬度約為2μm，Zn2Mg相呈帶狀或長條狀分布，帶狀寬度約為500nm，Al相呈黑色點狀分布，粒徑約為1μm。

(4)ZAM產(chǎn)品隨著鍍層深度的增加，其組織明顯變粗大，在靠近鍍層中間部分，Zn相呈粗大塊狀分布， 粒徑約為0．5～1．5μm; Zn2Mg相呈灰色寬帶狀分布，帶狀寬度約為 500nm; Al相呈黑色小塊狀分布，粒徑約為250～500nm。隨著鍍層深度的增加，Zn、Zn2Mg、Al三相的尺寸均顯著增大。

(5) 通過比較可以發(fā)現(xiàn)，SCS產(chǎn)品隨鍍層深度的增加，其組織變化最大，組織及Zn、Zn2Mg、Al三相的分布也最不均勻，需要在以后的生產(chǎn)中對其生產(chǎn)工藝繼續(xù)進行調(diào)整。