光伏用高耐蚀锌铝镁镀层产品开发

包钢锌铝镁产线改造后,对光伏用高耐蚀锌铝镁镀层产品进行了开发和试制。开展了锌铝镁产品镀层的组织结构分析、锌铝镁镀层产品的中性盐雾试验以及镀层表面缺陷分析和控制研究。分析结果表明包钢锌铝镁镀层产品其镀层组织是由富Zn相、Zn/MgZn₂/Al三元共晶相和Zn/MgZn₂二元共晶相构成,Al、Mg元素在镀层中均匀分布;中性盐雾试验表明包钢生产的锌铝镁镀层产品具有良好的耐腐蚀性能、加工成形性能以及切口自愈能力。试制结果表明包钢锌铝镁产线工艺控制稳定,锌铝镁镀层产品实现了稳定批量生产,产品的合格率达到95.33%,成材率达到了97.84%,各项性能均满足技术条件要求。     

高耐蚀锌铝镁镀层研究现状

从锌铝镁镀层的熔池界面反应、镀层组织、表面和切边腐蚀机理、腐蚀产物类型变化等方面, 对高耐蚀锌铝镁镀层的研究进展进行了详细分析. 根据Al成分含量的不同, 将商用及实验室锌铝镁镀层分为"低铝"、"中铝"和"高铝"锌铝镁三种类型: 不同类型的锌铝镁镀层的金属间化合物层生长动力学存在差异, 为了控制镀层厚度, 应合理控制浸镀时间、温度与熔池成分; 凝固组织也存在差异, "低铝"与"中铝"会析出Al或Zn初晶、Zn/MgZn₂二元共晶组织、Zn/MgZn₂/Al三元共晶组织, "高铝"会产生富Al枝晶、枝晶间富Zn相、Mg₂Si相、MgZn₂相, 不产生共晶组织; 发生表面腐蚀时, "低铝"与"中铝"中MgZn₂相先电离, 并生成碱性锌盐、双层氢氧化物等致密的腐蚀产物, 抑制腐蚀; 发生切边腐蚀时, 锌铝镁会出现自修复现象, 在切边钢基或镀层破损处形成碱性锌盐, 保护基体.      

热浸镀低合金高强钢Zn-Al-Mg镀层的组织结构表征

 热浸镀锌铝镁镀层因其具有更优异的切口保护性能和耐腐蚀性能等而被广泛应用于汽车和家电领域,而锌铝镁镀层钢板的耐蚀性与其物相组成密切相关。因此,为了更好地研究热浸镀低合金高强钢Zn-Al-Mg镀层表面与截面的微观组织与物相结构组成,利用聚焦离子束(FIB)对镀层截面进行了微区加工和精抛,制备出了平整光亮无应力的待观察面。首先利用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)初步分析了锌铝镁镀层表面与截面的微观组织形貌与成分,再利用电子背散射衍射技术(EBSD)菊池花样标定准确判定了锌铝镁镀层的物相结构与组成。研究表明,锌铝镁镀层表面与截面物相构成相同,均是由粗大枝晶状的初生富Zn相、相对细小鱼骨状或枝晶状的Zn-Mg二元共晶相和更为细小颗粒状或条状Zn-Mg-Al三元共晶相构成。另外还发现,在块状的初生富Zn相中均匀弥散分布着大量的纳米析出颗粒富Al相。经EBSD菊池花样标定准确判定了热浸镀锌铝镁镀层的物相结构,其中粗大枝晶状的初生富Zn相为具有密排六方结构的Zn相,相对细小鱼骨状或枝晶状的Zn-Mg二元共晶相为具有相同密排六方结构的Zn-MgZn₂,更为细小颗粒状或条状Zn-Mg-Al三元共晶相为Zn-MgZn₂-Al。另外,初生Zn相中析出的纳米级富Al相颗粒有效地提升了镀层的表面硬度。同时,在初生Zn相和共晶相的边缘均覆盖着一层MgZn₂相,该相可以有效地延缓腐蚀进程。     

Mg对Zn--11%Al合金镀层凝固组织及合金层生长的影响

将工业纯铁分别在510℃的Zn-11% Al、Zn-11% Al-1.5% Mg、Zn-11% Al-3% Mg和Zn-11% Al-4.5% Mg合金熔池中进行不同时间的热浸镀,使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪等仪器设备,研究Mg含量对Zn-11% Al合金镀层凝固组织和镀层中Fe-Al合金层生长的影响.结果表明:Zn-11% Al合金镀层凝固组织由富Al相和Zn/Al二元共晶组成;随着Zn-11% Al-x% Mg合金中Mg含量的增加,合金镀层的凝固组织中逐渐出现Zn/Al/MgZn₂三元共晶、块状MgZn₂相和Al/MgZn₂二元共晶.四种合金镀层中合金层主要由Fe₂Al₅Zn_x和FeAl₃Zn_x相组成,合金层的厚度随浸镀时间的增加而增加,Mg含量的增加使Fe-Al合金层生长速率指数和生长速率降低.在Zn-11% Al合金镀层中Fe-Al合金层形成的初期,可形成致密稳定的Fe-Al化合物层;热浸镀120 s后,扩散通道的移动使Fe-Al化合物层失稳破裂.Zn-11% Al-x% Mg合金中Mg元素可明显推迟液Zn进入镀层中Fe-Al合金层的时间,使Fe-Al合金层更加稳定和致密.      

Zn-Al-Mg 镀层的微观组织及相组成分析

Zn-Al-Mg镀层钢板具有优异的切口保护性能和耐大气腐蚀性能,但Zn-Al-Mg镀层的相组成至今尚存在争议。为了更好地控制Zn-Al-Mg镀层结构、镀层钢板的成形性和耐蚀性,利用SEM、XRD、GDS和TEM等设备分析了Zn-Al-Mg镀层钢板的微观组织,确定了Zn-Al-Mg镀层是由Zn、Al和MgZn₂三相组成。通过TEM分析发现,Zn-Al-Mg镀层与钢板的界面存在厚度为0.01 μm的Al-Fe合金层和厚度为0.1 μm的Zn-Mg合金层。     

锌铝镁镀层钢板的镀层质量以及镀层中铝镁铁的测定

在锌铝镁镀层钢板生产中,单位面积上镀层质量和镀层中合金元素组成是产品质量的重要评价标准。试验对锌镁铝镀层的单位面积上镀层质量、镀层元素分布以及合金元素含量分别进行了探讨。利用重量法测定单位面积上镀层质量,腐蚀溶液由4.5g/L六次甲基四胺-盐酸(1+1)溶液组成。利用扫描电镜(SEM)观察镀层表面的形貌,并通过能谱仪(EDS)进行了微区元素成分分析,发现了不同物相在镀层中的分布特征及各元素在不同相中的分布规律。利用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)同时测定了镀层中铝、镁、铁含量。按照实验方法采用ICP-AES测定热浸镀锌铝镁镀层钢板的镀层中铝、镁和铁,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)分别为0.80%、0.76%和1.4%,加标回收率为97%~102%。     

锌铝镁镀层钢板的镀层质量以及镀层中铝镁铁的测定

在锌铝镁镀层钢板生产中,单位面积上镀层质量和镀层中合金元素组成是产品质量的重要评价标准。试验对锌镁铝镀层的单位面积上镀层质量、镀层元素分布以及合金元素含量分别进行了探讨。利用重量法测定单位面积上镀层质量,腐蚀溶液由4.5g/L六次甲基四胺-盐酸(1+1)溶液组成。利用扫描电镜(SEM)观察镀层表面的形貌,并通过能谱仪(EDS)进行了微区元素成分分析,发现了不同物相在镀层中的分布特征及各元素在不同相中的分布规律。利用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)同时测定了镀层中铝、镁、铁含量。按照实验方法采用ICP-AES测定热浸镀锌铝镁镀层钢板的镀层中铝、镁和铁,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)分别为0.80%、0.76%和1.4%,加标回收率为97%~102%。     

冷却速度对锌铝镁镀层组织及耐蚀性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电化学工作站、中性盐雾试验等手段研究了3种不同冷却速度(5℃/s、10℃/s和20℃/s)对锌铝镁镀层组织及耐蚀性能的影响.结果表明:热浸镀获得锌铝镁镀层截面组织由块状富Zn相、Zn-MgZn2二元共晶相和细小的Zn-MgZn2-Al三元共晶相组成;随着冷速的提升,锌铝镁镀层表...     

铝/镁金属复合双金属材料组织性能研究

在本次实验中,为了更好的了解铝镁金属复合材料组织性能,以铝合金、镁合金为研究对象,型号以6061铝合金、AZ31B镁合金为标准,铸造铝/镁双金属复合材料。铝合金材料在浇注时,研究了其对材料的组织和机械性质的影响。结果表明：6061铝合金在浇铸期间,其界面的过宽增大从360 um提高到1120um,伴随着金属间化合物体积分数增加。由此,判定6061铝合金浇注的温度最佳保持在660℃至700℃。而AZ31B镁合金将其分为5个不同区域,由A1至A5组成,镁合金中间过渡区发现“A1Mg₄Zn₁₁相”。通过实验研究,该“A1Mg₄Zn₁₁相”能够实现复合双金属材料的性能优化。如抗剪切、抗拉伸性能均能够得到有效提升,温度680℃为最佳,在此温度下材料性能、指标为优。     

锌铝镁镀层表面黑点耐蚀性能的试验研究

采用中性盐雾试验对锌铝镁镀层表面黑点样品、锌铝镁镀层表面正常样品以及纯锌镀层样品的耐蚀性进行了对比测试,锌铝镁镀层表面黑点样品和锌铝镁镀层表面正常样品经2000 h及4000 h的中性盐雾腐蚀试验后在镀层表面均未出现红锈,而纯锌样品在2000 h已经出现明显红锈,到4000 h红锈量明显增多。使用扫描电镜及能谱仪对锌铝镁镀层的黑点部位和正常部位进行了分析,结果表明黑点部位富集了大量细小、富镁的共晶组织,由于这些细小的共晶组织与正常部位的条片状共晶组织对光的反射存在差异,同时富镁的共晶组织容易被空气中的氧气氧化形成黑色的氧化物,由此导致其目视差异呈黑点。盐雾试验结果表明,黑点部位的耐蚀性能并无恶化,锌铝镁镀层的黑点样品与正常样品同样具有较好的耐蚀性能。     

不同厚度镀锡量板材中性盐雾耐蚀性研究

分析不同镀锡量板材间的耐蚀性差距,有助于镀锡工艺的改进并为下游用户的选材提供数据支撑。利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和光电子能谱仪(XPS)研究了镀锡量为2.8、5.6、8.4和11.2g/m²的等差镀锡量板材经中性盐雾试验后锈点的微观结构、组织特征及元素含量,探究板材间的耐蚀性差距。结果表明,随着镀锡量的增加,镀锡板表面锈点分布由大量弥散状向少量点状转变,锈点形态由树枝状向颗粒状过渡;表征腐蚀程度的O元素富集量显著降低。镀锡量由2.8g/m²增加到5.6g/m²时,镀锡板耐腐蚀性提高明显,5.6g/m²镀锡量板材的性价比优势最为明显。     

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定金属阳极涂层中钌和铱

在500~550℃马弗炉中采用氢氧化钾-硝酸钾熔融样品1h,热水浸出熔融物后加盐酸酸化,选择Ru 240.272nm、Ir 212.681nm为分析线,通过基体匹配法配制标准溶液系列消除基体效应的影响,采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定溶液中钌和铱,由此建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法测定金属阳极涂层中钌和铱的分析方法。钌和铱在0.50~10mg/L范围内,其校准曲线线性相关系数均大于0.999;钌和铱的检出限分别为0.03和0.09g/m~2。按照实验方法测定金属阳极涂层样品中钌和铱,结果的相对标准偏差(RSD,n=10)分别为0.69%和1.5%,与原子吸收光谱法(AAS)的测定结果基本吻合。     

转炉复吹过程渣滴分散相粒度及空间分布的水模型研究

通过800mm高、熔池深度118mm的水模型模拟了转炉的复吹过程。使用不同粒度级别的渣滴分散出现频率与其尺寸级别的比例关系|M₈|参数和其空间分布均匀程度|K₈|参数,研究了操作条件对渣滴分散粒度及空间分布的影响,并得出经验公式。结果表明,在顶吹流量20～40m³/h和底吹流量0～1m³/h的情况下, 顶、底吹流量的增加有利于渣滴分散相的均匀分布。     

二苯卡巴肼光度法测定镀铬板表面铬氧化物含量

测定镀铬板表面镀层中铬氧化物及金属铬意义重大,但以往测定的大都是镀铬板表面铬氧化物量(以铬计,下同)和金属铬量的总和。实验在A657/A657M-03标准附录中测定镀铬板表面铬氧化物方法的基础上,通过采用辉光光谱法对氢氧化钠溶液浸泡镀铬板前后的表面进行对比分析,证实了氢氧化钠溶液仅对镀铬板表面的铬氧化物有溶解作用,而不能溶解金属铬,同时优化了铬氧化物的溶解条件和光度法测定条件。实验表明:将镀铬板浸泡到300 g/L 90 ℃的NaOH溶液中20 min可将镀铬板表面铬氧化物溶解完全;在样品溶液中加入H₂SO₄(1+1)中和至pH为7,再加入5.0 mL硫磷混酸(3+3+4)、2.0 mL AgNO₃溶液以及5.0 mL(NH₄)₂S₂O₈溶液,加热至沸腾并保持约10 min以破坏过氧化物,冷却至室温后加入3.0 mL二苯卡巴肼溶液并稀释至100 mL,在542 nm处于2 cm比色皿中测定,Cr质量在0.24～100 μg之间有较好的线性关系,其线性方程为A=0.002 1+0.013 m_Cr(μg),相关系数为0.999 7。方法检出限为0.24 μg,测定下限为1.2 μg。将最终所测得镀铬板表面铬氧化物的量除以镀铬板试样面积,最终可计算出单位面积内镀铬板表面铬氧化物的含量。采用实验方法对两类镀铬板表面铬氧化物进行测定,所得平均含量分别为12.8 mg/m²和11.1 mg/m²,其相对标准偏差分别为3.1%(n=5)和3.6%(n=5)。对镀铬板试样进行加标回收,测得铬氧化物的加标回收率在92%～101%之间。