热镀锌镀层的形成机理

热浸镀锌是一个冶金反应过程。从微观角度看，热浸镀锌过程是两个动态平衡：热平衡和锌铁交换平衡。当把钢铁工件浸入450℃左右的熔融锌液时，常温下的工件吸收锌液热量，达到200℃以上时，锌和铁的相互作用逐渐明显，锌渗入铁工件表面。

随着工件温度逐渐接近锌液温度，工件表面形成含有不同锌铁比例的合金层，构成锌镀层的分层结构，随着时间延长，镀层中不同的合金层呈现不同的成长速率。从宏观角度看，上述过程表现为工件浸入锌液，锌液面出现沸腾，当锌铁反应逐渐平衡，锌液面逐渐平静。工件被提出锌液面，工件温度逐渐降低至200℃以下时，锌铁反应停止，热镀锌镀层形成，厚度确定。

热镀锌镀层厚度要求

影响锌镀层厚度的因素主要有：基体金属成分、钢材的表面粗糙度、钢材中的活性元素硅和磷含量及分布状态、钢材的内应力、工件几何尺寸、热浸镀锌工艺。

现行的国际和中国热镀锌标准都根据钢材厚度划分区段，锌镀层平局厚度以及局部厚度应达到相应厚度，以确定锌镀层的防腐蚀性能。钢材厚度不同的工件，达成热平衡和锌铁交换平衡所需的时间不同，形成的镀层厚度也不同。标准中的镀层平均厚度是基于上述镀锌机理的工业生产经验值，局部厚度是考虑到锌镀层厚度分布的不均匀性以及对镀层防腐蚀性要求所需要的经验值。

因此，ISO标准、美国ASTM标准、日本JIS标准和中国标准在锌镀层厚度要求上略有不同，大同小异。

接下来讲解几种不同的热镀锌及镀层特点。

热镀纯锌镀层钢板(GI板)

目前生产GI板所用锌液中添加了0．2%的Al元素。添加AI的作用是改善锌液流动性，铝与铁元素通过优先发生反应形成铁铝合金相层，抑制锌与钢板基体的反应，从而提高镀层附着力，同时锌液中少量铝的加入在锌液表面形成铝的氧化物膜，阻止了锌液表面锌的氧化反应，减少了锌耗。而在镀层表面铝能够首先与氧气发生反应形成一层氧化铝保护膜，阻止镀层表面氧化，增加表面光亮度。

GI板是典型的利用牺牲阳极(锌)的阴极保护机理来保护钢基体不被腐蚀， 且GI板是*普通、应用*广泛的镀层钢板，在建筑、家电、汽车、交通、农业等各行业大量应用。

由图1a、 1b可知，GI板镀层表面为平台与均匀凹坑组成，形貌的形成主要是镀锌后经过一定粗糙度的光整辊使镀层表面形成粗糙度大约1μm的表面。由图1c可知，GI 板是由*表层纯锌层、钢基板及中间一层薄薄的抑制层即铁铝合金相层FeAl3或Fe2Al5相组成，铁铝合金相阻止了铁往锌层的扩散，避免镀层形成相对较脆的锌铁合金相，从而保证镀层的附着力。

热镀锌合金化镀层钢板(GA板)

GA板是在镀锌后通过500～550℃热处理，让钢基体中的铁与锌相互扩散，形成锌铁合金相层的镀层钢板，镀层表面铁含量约10%( 质量分数)。

GA板需要在镀锌后进行热处理使锌铁相互扩散，从而形成锌铁合金相，因此为减少合金化时间，减薄抑制层的阻挡效果，锌液中Al含量会比GI板锌液中Al含量要低， 一般在0．13%左右。镀层中的铁元素提高了镀层整体腐蚀电位和可焊性，但是锌铁合金相层的形成增加了镀层的脆性，变形过程中镀层容易产生粉化或剥落现象，影响成型模具使用寿命。

锌铁合金相层的形成过程使镀层表面粗糙度增加，使色泽降低，涂层表面发灰变暗，更大的粗糙度增加了镀层的可涂装性。同时，硬度和表面粗糙度更大的镀层表面具有更好的耐砂石冲击性能。因此，GA板相比GI板具有更好的耐腐蚀性能、焊接性能、涂装性能以及耐砂石冲击性能，但是成型性能相对变差，且没有GI板光亮。

GA板用作汽车面板，主要用于日韩系汽车，生产GA板对于镀层锌铁合金相层的生产控制要求严格，因此工艺控制要求较高，国内已经能够成熟生产。

GA板镀层表面是由粗糙的锌铁合金相δ1p和少量ξ相组成，所示*表层为相对疏松的柱状晶δ1p和靠近基体的更为致密的δ1k层，在镀层与基体交界处存在约1μm厚的Г相层。

热镀铝锌镀层钢板(GL板)

热镀铝锌镀层一般包括含有5%Al的Galfan即GF镀层和含有55%Al的Galvalume即GL镀层，目前连续板带热镀铝锌镀层一般指含有55．0%Al、43．4% Zn、1．6%Si的Galvalume钢板即GL板。

由于GL板镀层中铝含量较高，使得镀层具有铝的耐蚀性和抗高温氧化性能，锌的存在使镀层有阴极保护性能。目前GL板一般用作彩涂板板用在建筑、汽车、家电、农业等行业，同时直接应用于消声器、排气管、冰箱背板、电子微波炉、热交换器等。

GL镀层表面锌花直径一般在1～3mm，由于锌花尺寸影响因素较多，随着锌液中合金元素含量的不同或是镀后冷却速率的不同，镀层锌花也会有较大范围变化，一般而言锌花尺寸在0．2～5．0mm的更大范围内也是允许的。

由图3可知，GL镀层是由两层组成，外层是铝锌合金层，由树枝状晶的富铝固溶体和枝晶间的富锌相组成。内层是铝锌铁金属间化合物层，它位于铝锌合金层和钢基体之间，与GI镀层结构类似，GL镀层的内层铝锌铁金属间化合物层起到避免铁元素进入铝锌合金层、 增加镀层附着力的作用，而硅的加入限制了脆性铝锌铁金属间化合物层的生长。

热镀锌铝镁镀层钢板( ZnAlMg 板)

ZnAlMg板起源于日本，由于岛国海洋性气候，多台风地震，因此要求钢材高强度高耐蚀，同时日本资源溃乏，生产原料供需紧张，因此开发了ZnAlMg板，即提高耐蚀性，又有效利用了资源降低成本，保护环境。

由于不同企业开发的ZnAlMg板中铝和镁的成分不同，出现了很多不同成分配比的ZnAlMg板，比如日新制钢开发出ZAM(Zn-6%Al -3%Mg)产品、新日铁的SuperDyma板(Zn-11%Al-3%Mg)产品、蒂森的ZnMgEcoprotect( Zn-1%Al -1%Mg)产品、奥钢联的Corrender( Zn - 2%Al -2%Mg)产品、阿赛乐米塔尔的Magnelis( Zn- 3．7%Al-3．0%Mg)产品等。

ZAM板镀层是外层和外层与基板交界处合金层组成，镀层外层由富铝相、Zn/Al/Zn2Mg三元共晶相组成，ZnAlMg镀层的耐蚀性较GI镀层大幅提高，如ZAM板镀层耐蚀性甚至可达GI镀层耐蚀性的16倍。

ZnAlMg镀层中对提高耐蚀179性起关键作用的是Mg2Zn11或MgZn2分布于结晶边界和树枝状结晶间隙，耐切边腐蚀性好，加工性较好，适用于建筑材料。由于其外表面硬度大，还可以抵抗成形过程中出现的表面磨损，有利于作为环保及节约资源的涂镀层钢铁制品。