熱鍍鋅是最常用、性價比最佳的鋼材防腐蝕處理方法，雖已歷經兩個半世紀,仍經久不衰。多年來,各國對新型耐蝕熱鍍材料的研究層出不窮。
 

　　自20世紀70年代至今,各國在工業上獲得應用的熱鍍新材料有Ga1va1ume、Ga1fan、ZAM等。21世紀初,新日鐵又開發了高耐蝕鍍層板,其商品名為“Super Dyma” 。
 

　　在上述材料中,最適合用于鋼絲鍍層的材料應該是Ga1fan合金,Ga1fan鍍層鋼絲在我國雖已開展了近三十年的應用研究和二十多年的工業生產,但至今仍未成為我國鋼絲制品市場的主導產品。
 

　　熱鍍鋅層具有電化學保護作用,鍍鋅層還有較好的涂裝性、焊接性和成型性;熱鍍鋁有優異的耐大氣腐蝕性和耐熱性,但其焊接性和犧牲保護性極差。因此鋅鋁、鋁鋅合金成為研發熱鍍新材料的首選。
 

　　20世紀60年代,美國伯利恒鋼鐵公司的研究表明,鋅中鋁含量在17.5%以下,鍍層都具有良好的延展性和電化學保護作用,在鄉村、一般工業環境、近海環境、嚴酷的海洋環境的5年大氣暴露試驗表明,鋁含量為4~7%的鋅鋁鍍層,其腐蝕速率均優于純鋅對比鍍層。鋅鋁二元素共晶點的鋁含量為5%,其共晶溫度為382ºC,由于共晶合金具有熔點低、流動性好、耐腐蝕性好的優點,因此鋅-5%鋁合金成為新型熱鍍合金的基礎材料。
 

　　為了抑制共晶組織的晶界腐蝕,并改善合金對鋼基的浸潤性和可鍍性,在鋅-5%鋁合金中添加其他金屬元素成為研究的重點。1978年國際鉛鋅組織(ILZRO)和比利時列口研究中心(CRM)進行系列研究,經過添加Sb、Be、Ca、Cd、Ce、La、Pb、Mg、Si、Sn、Ti等11種金屬元素的試驗,發現加入鑭、鈰混合稀土金屬可以獲得理想的效果,可以獲得光滑、連續、無漏鍍的表面質量和優異的耐腐蝕性,繼后開發了商品名為Ga1fan的新型鍍層材料。Ga1fan合金具有優良的耐蝕性、可成型性和可焊接性,幾乎集中了鍍鋅層和鍍鋁層的主要優點。目前Ga1fan合金在國外已廣泛用于鋼板、鋼絲、鋼管和型鋼的熱浸鍍中,Ga1fan鍍層鋼絲在國內又稱鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層鋼絲。在我國,自20世紀80年代起河北省冶金研究院、包頭稀土院、重慶有色金屬研究院、北京科技大學都曾開展過Ga1fan鍍層鋼絲研究和工業小批量試驗。寧波漁業鋼絲繩廠、浙江萬勝鋼纜集團、天津環鐘鋼絲有限公司(天津鋼絲廠)、天津鋼絞線廠、天津燎原鋼絞線廠、寶鋼集團上海二鋼公司先后進行了工業生產。其中,20世紀末,天津鋼絲廠、寧波漁業鋼絲繩廠獲ILZR0批準的Ga1fan鍍層鋼絲的生產許可,株洲冶煉廠獲生產合金的許可。
 

耐蝕性
 

　　Galfan鍍層具有良好的耐蝕性。鹽霧實驗表明,在鍍層厚度相同時,其耐蝕性為純鋅鍍層的2~3倍,同時,在S0₂氣體腐蝕試驗表明,其耐蝕性為純鋅鍍層的2倍。
 

　　日本Nisshin鋼鐵公司將常規熱鍍鋅板和Ga1fan鍍層板在農村、工業氣氛、海洋、嚴酷海洋等四種大氣環境下,進行了10年的暴露試驗。試驗表明,熱鍍鋅的腐蝕失重與時間呈線性關系,而Ga1fan鍍層在腐蝕初期為線性,隨著時間的延長,其腐蝕失重與時間呈拋物線關系,見圖1。
 

　　Ga1fan鍍層是典型的共晶層狀結構組成,富鋁相和富鋅相交錯、重疊(圖3)。在腐蝕初期,由于富鋅層的活性比富鋁層大,因此富鋅層首先被腐蝕出現類似純鋅鍍層的線性腐蝕。隨后由于剩余表面的富鋁層增加以及腐蝕產物的穩定性和不溶解層的形成,使腐蝕速度減慢并趨于穩定,同時因為共晶相是隨機取向的細小層狀結構,當層狀結構平行于表面(鋼板)或處于鋼絲鍍層圓周切線方向,腐蝕到富鋁相時,其腐蝕擴展速度將減慢,此時Ga1fan鍍層又具備鍍鋁層的隔離保護性。由此可知,鍍后快速冷卻后得到的隨機取向的晶粒細小的全共晶組織具有最佳的耐腐蝕性。
 

　　影響Ga1fan鍍層耐腐蝕性的關鍵因素為合金中鋅鋁成份、合金中雜質元素的含量以及鍍層冷卻速度,一般要求鍍后冷卻速度大于20℃/s。快速冷卻時可以獲得全共晶組織,冷卻速度越大,共晶相越細,層間距離也越小,其取向越無序。由于共晶成份鍍層的晶界腐蝕敏感性最大,鋅鋁合金中雜質鉛、鎘、錫、銦、鉍會加快晶界腐蝕,因此必須嚴格控制Ga1fan合金中雜質含量。而加入鎂、稀土等可以抑制晶界腐蝕。液態的鋅鋁合金對鋼材的潤濕性差,容易引起漏鍍,只有添加鑭和鈰的混合稀土金屬才能獲得無缺陷的鍍層。

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