蔡云波

(西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安　710077)

鋼鐵長(zhǎng)期暴露于潮濕的空氣中，容易造成腐蝕，全世界每年有大量鋼鐵，由于腐蝕而報(bào)廢，從而造成資源的巨大浪費(fèi)，對(duì)環(huán)境亦產(chǎn)生重大影響。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)緩解鋼鐵腐蝕的方法主要有：表面涂層防腐[1-3]、陰極保護(hù)技術(shù)[4-6]及向鋼鐵材料中添加緩蝕劑[7-8]。熱浸鍍技術(shù)屬于表面涂層防腐一部分，通常在較高溫度下，鋼鐵材料表面形成含有電位較低金屬或合金化合物相層，進(jìn)而有效提高其表面硬度和抗氧化能力，從而達(dá)到緩解鋼鐵材料腐蝕的目的[9-11]。

高錳鋼作為采礦、鑄造常用防磨鋼材，緩解其腐蝕，有助于提高其使用年限，降低生產(chǎn)成本，為此本研究以高錳鋼為試驗(yàn)基材，探討其熱浸鍍鋅層的最佳條件，并考察不同熱浸鍍溫度對(duì)材料在中性鹽液中腐蝕速率的影響，從而為熱鍍鋅法在高錳鋼防腐中的應(yīng)用提供參考。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)儀器

Phenom XL臺(tái)式掃描電鏡(復(fù)納科學(xué)儀器有限公司)；YWX/F-鹽霧試驗(yàn)箱(廣州漢迪環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備有限公司)；MC-3001Plus涂層測(cè)厚儀(濟(jì)寧科電檢測(cè)儀器有限公司)；FA2004N電子天平(上海精密儀器有限公司)。

1.2　試驗(yàn)試劑

高錳鋼圓餅(40 mm×20 mm，東北特鋼)；氯化鋅銨；氯化鈉、丙酮、無(wú)水乙醇(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；試驗(yàn)用水為二次純化水。

1.3　試驗(yàn)方法

1.3.1樣品制備

將高錳鋼樣品分別置于不同溫度的200 mg/mL的氯化鋅銨溶液中，60 s后取出冷卻至室溫，即得不同熱浸鍍溫度下的具有鍍鋅層的高錳鋼樣品。

1.3.2中性鹽霧試驗(yàn)

依照國(guó)標(biāo)GB/T10125-1997要求，采用砂紙打磨拋光熱浸鍍鋅后的高錳鋼后，經(jīng)丙酮、無(wú)水乙醇洗凈，在鹽霧試驗(yàn)箱中進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，觀察其腐蝕情況[12]。

1.3.3掃描電鏡分析

采用掃描電鏡儀，工作電壓20 kV，觀察中性鹽霧試驗(yàn)前后的鍍鋅高錳鋼表面微觀形貌。

1.3.4熱浸鍍鋅層厚度分析

依照國(guó)標(biāo)GB/T4956-2003要求，利用涂層厚度儀測(cè)定不同熱浸鍍溫度下高錳鋼鍍鋅層的厚度，平行測(cè)定3次，取平均值[13]。

1.3.5靜態(tài)質(zhì)量損失法

利用靜態(tài)質(zhì)量損失法評(píng)價(jià)高錳鋼熱浸鍍鋅后防腐效果，將進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)后的樣品，在天平上稱重后，按照下式計(jì)算腐蝕速率[14]。

式中v——腐蝕速率，g/(m2·h)；

m0——腐蝕前樣品質(zhì)量，g；

m——腐蝕后樣品質(zhì)量，g；

ρ——樣品密度，g/cm3；

A——樣品面積，cm2；

t——腐蝕時(shí)間，h。

2　結(jié)果與討論

2.1　浸鍍層厚度與浸鍍溫度

在相同浸鍍時(shí)間下，不同熱浸鍍溫度與鍍鋅層厚度的關(guān)系見圖1所示。從圖1中可知當(dāng)熱浸鍍溫度在440～540℃時(shí)，鍍鋅層厚度隨熱浸鍍溫度升高而升高，而當(dāng)熱浸鍍溫度在540～620℃時(shí)，鍍鋅層厚度卻隨熱浸鍍溫度升高而降低。這可能源于當(dāng)熱浸鍍溫度過(guò)高時(shí)，高錳鋼表面鍍鋅層，又會(huì)逐漸融入至鍍鋅液中，從而造成鍍鋅層厚度下降。目前一般認(rèn)為金屬鍍層厚度大于80 μm[15]，可保證基底金屬材質(zhì)的防腐，而熱浸鍍鋅液溫度在540～560℃時(shí)，厚度均超過(guò)規(guī)定，從而滿足防腐性能要求。

圖1　熱浸鍍鋅液溫度與鍍鋅層厚度關(guān)系

2.2　鍍鋅層表面微觀分析

圖2為高錳鋼樣品在熱浸鍍溫度560℃下形成的鍍鋅層，及進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)30 h、60 h后的微觀形貌。

圖2　熱浸鍍鋅層在中性鹽霧試驗(yàn)前后掃描電鏡圖

從圖2中可見，中性鹽霧試驗(yàn)后，高錳鋼樣品外表面鍍鋅層表面開始出現(xiàn)程度不一的腐蝕，且隨著中性鹽霧時(shí)間的增長(zhǎng)，腐蝕程度逐漸加劇。通過(guò)對(duì)比熱鍍鋅后高錳鋼樣品進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)30 h和60 h后可知，在經(jīng)歷60 h的中性鹽霧試驗(yàn)后，高錳鋼樣品鍍鋅層表面出現(xiàn)大量的蝕坑，且鍍鋅層脫落較為嚴(yán)重，鍍層表面顯蓬松狀，已失去防腐作用。

這主要因?yàn)樵诟g初始階段，鍍鋅層中鋅元素首先被氧化為氧化鋅，然后與水反應(yīng)，從而在陽(yáng)極生成氫氧化鋅，同時(shí)與氯離子結(jié)合，生成氯化鋅，氯化鋅與氫氧化鋅結(jié)合生成堿式氯化鋅，而在陰極空氣中的氧氣得到電子，與水結(jié)合不斷生成氫氧根離子，造成金屬表面電化學(xué)反應(yīng)不斷進(jìn)行[16]。

2.3　不同熱浸鍍溫度的樣品腐蝕速率分析

圖3為采用質(zhì)量損失法考察，在540～560℃熱浸鍍溫度下制備的鍍鋅高錳鋼樣品在中性鹽霧試驗(yàn)中的樣品腐蝕速率。

圖3　不同熱浸鍍時(shí)間的鍍鋅層腐蝕速率

從圖3可知，隨著中性鹽霧試驗(yàn)時(shí)間的增長(zhǎng)，同一熱浸鍍溫度下制備的鍍鋅高錳鋼樣品的腐蝕速率出現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，這源于隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，鍍鋅層被腐蝕破壞，使得高錳鋼出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕。在相同的試驗(yàn)時(shí)間下，隨著熱浸鍍溫度的增加，腐蝕速率出現(xiàn)減小趨勢(shì)，這可能因?yàn)檩^高的熱浸鍍溫度有助于鍍層材料與高錳鋼材料結(jié)合更緊密，從而進(jìn)一步阻止基底鋼材腐蝕，因此較高的熱浸鍍溫度有助于提高高錳鋼的耐腐蝕性。

3　結(jié)　論

通過(guò)考察不同熱浸鍍溫度下的鍍鋅高錳鋼樣品的鍍鋅層厚度，利用掃描電鏡觀察樣品在腐蝕前后的微觀形貌，及不同熱浸鍍溫度制備得到的樣品腐蝕速率，得到如下結(jié)論：

1)高錳鋼熱浸鍍鋅最佳溫度為540～560℃，制備得到的鍍鋅高錳鋼的鍍層厚度滿足相關(guān)要求；

2)鍍層的微觀形貌與其腐蝕情況具有關(guān)聯(lián)性，掃描電鏡圖可作為判別鍍層的腐蝕情況，優(yōu)化鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)工作的重要依據(jù)；

3)隨著中性鹽霧試驗(yàn)時(shí)間的增加，鍍鋅高錳鋼腐蝕速率不斷增大，而較高的熱浸鍍溫度有助于提高高錳鋼的耐腐蝕性。