镀层膜皮的结构和特性

　　表面处理钢板可根据各产业部门对耐蚀性、涂装性、焊接性和美观性等各种不同要求，通过镀层皮膜、镀后化成处理和涂装而附加高功能以适应，从而在汽车、电机和建材等方面的应用不断扩大。本文除对最近的表面处理技术综合介绍外，重点对汽车用防锈钢板用合金化热镀锌板(以下简称GA钢板)的技术研发概况简介如下。

　　1)最近表面处理技术的发展走向

　　最近世界性重视环保，实行绿色采购，促进了相关表面处理技术的研发盛行，如无铬处理皮膜和无铝表面处理钢板已开发成功并实用化。还有，从节约资源出发，镀层薄而使用寿命更长的Zn-Mg镀层和Zn-Al-Mg镀层板正在开发，另为汽车轻量化且安全性强的GA钢板的高强度化同样也在进行。据此，有关镀层结构和皮膜结构的解析中，对电镀析出反应用in-situ观察的方法以及利用集束离子束(FIB)加工制造电子显微镜用试料得以实现GA皮膜的TEM观察等，均反映了微型解析技术进步的重大作用。

　　2)GA钢板的系统技术

　　通过热镀锌后的热处理加工，使形成含有适量铁的Fe-Zn镀层的GA钢板，由于其冲压成形性、耐蚀性、涂装性和焊接性等俱优，故从1990年以来作为汽车防锈用钢板，其需求快速增长。为提高其质量，从2000年开始，在钢铁协会的材料和特性小组的“合金化热镀锌皮膜的结构和特性”的研讨会上进行了有关合金化反应中Fe-Zn及Fe-Zn-Al状态图和查明GA钢板破坏机理的研究。现对其成果简介如下。

　　(a)合金化反应。针对过去对此的不同观点，进行了合金化反应时δ1相形成机理的模式试验后得知，在δ1相形成初期不存在δ1P，而是形成δ1K的准稳定状态;随着反应进行，形成δ1P和δ1K混存的δ1相，故认为Fe-Zn的二元系状态图为低温下二相分离，高温下则区域变窄而闭合的可能性大。

　　(b)镀层皮膜的破坏机理。

　　GA钢板在冲压成形时，由于与模具的摺动和加热使母材变形的同时，并产生镀层剥离现象，本研究尚未能解析清楚，但对加工时皮膜受压缩、抗拉力影响下产生的皮膜剥离机理基本查明，即压缩应力场比抗力应力场小时产生剥离，此时龟裂在δ1相内产生并扩大。还发现在抗拉应力场镀层无塑料变表，而在压缩应力场则产生塑性变形。又发现镀层在加热合金化处理和以后的冷却过程中皮膜处产生高残留应力，使之存在潜性龟裂，一旦施加抗拉应时龟裂自然扩大。为此，应据加工应力场的不同采取对应措施。

　　(c)今后课题。考虑镀层的剥离机理与镀层厚度、母材成分及强度等有关，今后应通过Fe-Zn-Al三元状态图、合金化反应、镀层结构及其破坏机理的综合应用，以设计出冲压成形时抑制镀层剥离的最佳皮膜结构。

　　2腐蚀机理和评价法

　　1)腐蚀机理和腐蚀生成物

　　汽车用表面处理钢板正由电镀锌(含合金锌)向为提高耐蚀性而加厚镀层的热镀锌(含合金锌)钢板转移中。对于锌的防腐作用，原认为锌层在腐蚀过程中不断减薄，直至其残存状态一发挥着防腐作用，但现发现即使金属锌层消失后，由腐蚀生成物溶出的锌离子可抑制下层铁的溶解，仍可发挥耐腐蚀作用。

　　在建材用表面处理板方面，热镀锌特别是5%Al-Zn、55%Al-Zn镀层钢板的用量日益增加。在大气腐蚀环境下使用的建材，除锌的牺牲防蚀作用外，镀层本身的耐蚀性亦甚为重要。55%Al-Zn镀层板，在改善加工性的同时，有机涂装层亦可提高耐蚀性。在5%～10%Al-Zn中加入3%Mg的合金化镀层钢板，在海滨环境下，早期即生成抑制腐蚀效果大的碱性氯化锌及碱性氯化锌铝等腐蚀生成物，加上含Mg的致密腐蚀生成物皮膜，对抑制腐蚀的阻极反应效果更大，故防腐蚀的综合效果很好，已广为应用。

　　从环保出发，家电用材已严格限制使用汞、镉、铅和六价铬等有害金属，现不用六价铬作镀层处理而能保持同样耐蚀性的技术在大量开发中。除以其它成分代六价铬外，还开发成功|/span>12|环境遮断性强的有机皮膜和加入自我修复防蚀剂的有机、无机皮膜的复合被复钢板，其性能亦好。

　　2)腐蚀机理和腐蚀试验法

　　作为判定金属材料耐蚀性的试验法，多年来沿用盐水喷雾(SST)试验法，但由于和实际使用条件的多样性不适应，现汽车用材料已改用接近实用条件的循环腐蚀试验法(在设定盐水喷雾、干燥、湿润条件下的循环试验)，其它部门亦在推广中，但真正设定实用环境甚为困难。近来通过解决各种腐蚀试验中腐蚀速度和腐蚀环境变化可按真相测出的技术，使各种循环条件下的腐蚀机理得以明确。由此，使现场暴露试验和室内试验可得到大致相同的机理。3)耐蚀性评价和腐蚀试验法

　　对表面处理钢板耐蚀性的评价，目前最可靠的为现场暴露试验和试验室循环试验的结果。现利用交流阻抗法对暴露试验或试验室试验中腐蚀速度的模拟，使对腐蚀速度的追踪可实现，故和腐蚀试验并用成为可靠的耐蚀性评价法。还有为把握腐蚀环境的变化，通过大气腐蚀监视测头可对降雨、温度、湿度，特别是飞来的海盐量进行检测，使试验结果和对耐蚀性的评价更为接近实际。

　　表面处理钢板用量快速增长，即为了提高汽车的使用寿命而逐步代替了车体用热、冷轧钢板，现用量已达国内需求量的42%，和10年前的40%相当，但其中热镀锌板的比例却由10年前的60%上升到83%，主要是代替了部分车体防锈用的电镀锌板之故。按单车用量计算仍有所增加。主要用途分为车体防锈用镀锌钢板、燃料罐用钢板及排气系用钢板等。近年汽车为适应节油和减排CO2的要求而实施车体轻量化的同时，为提高防冲撞安全性，正在进行用材的高强度化和相应的新产品开发。(钢联）