职工培训教材
2006年6月
目 录
一．热浸镀铝锌硅合金的特点及其应用
二．热浸镀铝锌硅合金的化学成分、组织及形成机理 三．热浸镀铝锌硅合金的工艺特点和要求
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1．热浸镀铝锌硅合金的特点及其应用
热浸镀铝锌硅合金是在热浸镀锌和热浸镀铝两种钢铁防腐方法的基础上综合两者的优点发展起来的，因而有必要从镀锌和镀铝的特点谈起。
问：与热浸镀铝相比热浸镀锌有什么特点？
有化合物层是热浸镀工艺共同的特点，由于镀层金属不是直接与钢基接触，不像电镀一样镀层与钢基之间的结合力是原子之间的吸引力，而是形成化合物结合在一起的。化合物的特点是硬度高，塑性差，因而这层化合物的存在使镀层产品在加工折弯变性时的加工性能以及后期的防腐性能受到很大的影响。
在热浸镀锌、镀铝、镀铝锌合金这三种镀层中，热浸镀锌的化合物层是最薄的，也是最容易控制其厚度的，在加入微量的铝之后可以更薄，因而其加工性能是最好的。
当然，镀层产品的抗腐蚀性能主要取决于镀层。一般分两种情况讨论，即在镀层完好的情况下和在使用中经常出现的镀层划伤的情况下研究其防腐性能。
在镀层完好的情况下，镀锌层的防腐性能不是很好，因为其腐蚀后的产物是很疏松的，不能形成致密的氧化膜保护层防止内部的组织进一步腐蚀掉，但也基本能满足各种用途的需要，特别是在进行钝化处理以后，镀锌层的防腐性能得到了大幅度的提高。
镀锌层的防腐能力在镀层被划伤，钢基裸露出来之后的牺牲防腐作用中表现出其独有的优越性。镀层被划伤之后镀层对钢基的物理保护作用消失，就必须靠电化学保护作用。由于镀层金属与钢基的电极电位不同，在潮湿的环境之中会形成原电池，镀层一般失去电子作为阳极被氧化，而钢基得到电子，作为阴极被保护。由于锌的氧化物不是很致密，所以这种牺牲防腐作用较强，能一直保护钢基，直至镀锌层全部被腐蚀掉。
正是热镀锌这种较好的工艺性能和镀锌板这种较强的阴极保护性能以及经济性能，使其在工业、农业和建筑业等各个领域得到广泛应用，成为当今用途最为广泛的镀层产品。
问：热浸镀铝层的结构和防腐性能有什么特点？
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热浸镀铝工艺是在20世纪50年代随着汽车工业的发展，人们寻求具有一定耐温状态下抗腐蚀的材料开始发展起来的。与热浸镀锌层相似，热浸镀铝层也分为外层和内层两部分。外层是纯铝结晶层，内层是Fe－Al原子相互扩散化合形成的Fe－Al化合物层。见图1。
图1 热浸镀铝层组织结构
由于Al的原子半径与Fe相似，Al的活动能力强，液态的Al与固态的Fe之间的扩散和化合作用很强烈，因而其化合物层是最厚的，也是最难控制的。这就使其加工性能受到影响，在进行拉伸和深冲压时，往往会造成镀层龟裂甚至脱落。
镀铝层的防腐蚀性能在镀层没有划伤的情况下充分体现出来。一方面由于Al表面能形成致密的Al2O3保护模，使其在非常恶劣的情况下也不致进一步腐蚀，因而其抗腐蚀作用非常强。另一方面。镀铝层的抗高温氧化性能也很强，在温度低于450℃时，镀铝钢板保持着光亮的外观，500℃以上开始氧化和变色，铝和铁相互扩散，增厚其难熔而又致密的铁铝合金层，其耐热性与409不锈钢相当。
一旦镀层被划破，钢基裸露在环境介质中，镀铝层的保护作用就大大减弱。虽然镀铝层像镀锌层一样有一定的阴极保护作用，但铝表面形成的致密氧化物使镀层的牺牲保护作用减弱，钢基反而先于镀层被腐蚀掉。如图2所示。
图2 镀铝层被划伤后的牺牲防腐原理
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镀铝板这种耐高温氧化性好，而耐电化学腐蚀差和加工性能差的特点使其用途和发展受到一定的限制，镀铝硅板主要用作汽车的排气管和消音器，镀纯铝板用于建筑的屋顶和外墙。
问：热浸镀铝锌硅镀层的结构及防腐性能有什么特点？
镀锌层和镀铝层各有其优点和缺点，而镀55％Al－Zn－Si镀层可以说综合了两者的优点，而且又克服了两者的缺点，这是因为其特殊的镀层组织结构决定的。
热浸镀55％Al－Zn－Si合金镀层的组织如图3所示，同样分为外层和内层两大部分。
图3 热浸镀铝锌硅层组织结构
由于其Al的重量比和体积比都大于Zn，所以其结构更接近与镀铝层，但比镀锌层和镀铝层都更为复杂。
其中间化合物层除了与镀铝层一样具有Al－Fe扩散形成的Al－Fe化合物层以外，由于加入了一定数量的Si，Si优先在钢基表面上形成Fe－Si的化合物层，使Al－Fe化合物层变得很薄，从而改善了其加工性能。如图4所示。
图4 镀铝锌硅层被划伤后的牺牲防腐原理
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这样表面镀层也很复杂，又恰到好处。大量的铝先形成了极细的富铝的树枝状晶体，体积约占80％，在整个镀层中形成了微细的网络骨架，在其剩下的只有约20％的晶间空隙内是富锌的共晶组织。这两种特性各有千秋的组织的有机组合，就使得镀层具有良好的综合性能。富铝的树枝状网络奠定了镀层具有镀铝较良好的耐蚀性能和耐热氧化性能。晶间的富锌的组织又使镀层在划伤后的环境介质中与镀锌板一样具有阳极保护作用，而且腐蚀所产生的产物膜，被富铝相的网络所滞留，填充在其枝晶间的网隙处，在镀层表面形成有一定保护作用的保护模，使腐蚀速度减慢，使其耐腐蚀性能比相同厚度的镀锌层有很大的提高。
问：热浸镀铝锌硅产品的性能有什么特点及使用用途？
热浸镀铝锌硅镀层具有一系列和镀锌层所不具备的优点，其用途越来越广，可以说镀锌板可以使用的场合，镀铝锌硅板都可以使用，而大部分使用镀铝板的场合，也可以用镀铝锌硅板来代替。
a. 代替镀锌板用于耐蚀性要求较高的场合。镀铝锌硅板的耐大气腐蚀性和耐潮湿气体腐蚀性都比镀锌板优良，可以全方位的用作各种内外建筑材料及零部件。 b. 代替镀锌板用于加工性能要求较高的场合。其加工性能与镀锌板一样，具有良好的弯曲成型性、优良的单向延展性和焊接性，可以冷弯、冲压和焊接成各种形状的零部件。
c. 代替镀铝钢板用于耐热抗氧化性要求较高的场合。镀铝锌硅钢板可以用于镀锌板无法使用，只有使用镀铝板的高温环境下，如家用电器的烤箱、烘干和冷却器，汽车尾管、消音器、散热罩板等处。
d. 代替镀锌板和镀铝板用于彩涂印花基板。镀铝锌硅的镀层晶花小，与镀铝板和小锌花、零锌花镀锌板一样，对涂料的黏附力强，可以用作彩涂基板和印花基板。 e. 良好的经济性比镀锌和镀铝板的生产成本均低。镀铝锌板不但节约了大量的价格较高的铝，与镀锌板相比，同样的重量、同样的厚度、宽度的钢卷展开长度约长5％，使生产成本降低，价格提高，企业经济效益增加。
问：比较镀锌板、镀铝板和镀铝锌板的性能各有什么特点？
镀锌板、镀铝板和镀铝锌板各自的性能特点可用下表来概括：
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表1 镀锌板、镀铝板和镀铝锌板的性能特点
区 别 镀锌钢板（GI） 镀铝钢板 镀铝锌硅钢板（GL）
耐大气 抗高温腐蚀性 氧化性 较好 优良 优良 较好 优良 优良 加工性能 较好 较差 较好 可焊性 较好 较差 较好 涂装性 较好 较好 较好 切口保护性 较好 较差 较好 阳极保护作用 较强 较差 较强 6
2．热浸镀铝锌硅合金的化学成分、组织及形成机理
在钢板表面热浸镀铝锌硅合金是复杂的物理化学过程，在此过程中发生液态的铝锌硅与固态的铁之间的吸附、漫流、浸润、溶解以及各种元素原子之间的物理扩散和化学作用等现象。
问：铝液和纯铁固体铁之间会发生怎样的物理扩散和化学作用？
在55％Al－43.5Zn－1.6％Si的熔液中，由于Al的活泼性高于Zn，且Al的重量比（55％）和体积比（80％）都大于Zn，所以热镀过程中的主要物理扩散和化学作用几乎都是在Fe和Al之间发生的。
如图5所示，根据物理化学原理和大量实践表明，当固态的Fe与熔融状态的Al接触时，在接触面上同时发生Fe、Al原子的相互扩散，同时在液体Al和固体Fe中形成扩散层。在铝液中首先形成的是铁铝化合物中铁最低的金属晶间化合物FeAl3。与此同时，在Fe表面上形成的是Al在Fe中的固溶体（图b）。随着Al向Fe中扩散浓度的增加，使在界面的铁基中产生化合物Fe2Al5（图c）。Fe2Al5的晶体结构较特殊，是一种斜方形
图6 Fe2Al5晶格示意图 图5 Fe、Al原子相互扩散化合反应
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的晶体结构，具有非常明显的结晶趋向，极易沿c轴以很快的速度生长，形成柱状结晶，见图6。正是Fe2Al5结构和结晶的特殊性，导致了镀铝时合金层较厚、生长较快的缺陷。这层硬而脆的合金层在较小的变性下，镀层内部就会产生裂纹甚至剥离，使金属基板失去其保护作用。这就是镀纯铝层加工性能不好的原因。
在Al扩散到钢基内，在钢板表面形成化合物的同时，钢板上的铁原子也扩散到Al内形成化合物，这些化合物在镀浴的冲刷下，不断熔解脱落到镀浴中，形成渣相。镀Al－Zn－Si合金的另一个特点就是渣子较多。
问：镀Al－Zn－Si合金中Zn含量是如何确定的
镀锌板的耐腐蚀性比镀铝板较差，而镀铝板的加工性又比镀锌板差。为了获得兼有耐腐蚀性和良好的加工性能的镀层，人们做了大量的试验。通过对不同Al－Zn比例的研究，将Zn含量从0％逐渐提高到100％，浸镀温度从720℃逐渐下降到450℃，发现锌含量与热镀Al－Zn合金中Al－Fe化合物层的强度、显微硬度和厚度的关系如7图所示，从中可以看出55％Al、45％Zn的合金有良好的综合性能。进一步的研究发现其生产工艺性和使用性能也是最好的，所以确定GL产品的成分主要为55％Al，45％Zn。
图7 锌含量与化合物层的强度、显微硬度和厚度的关系
问：镀Al－Zn－Si合金中Si有什么作用？
铝液和Fe固体之间激烈的扩散和化合作用，一方面使镀层内部的化合物层厚度增加，另一方面又使镀浴中的渣相增多，这样无论是生产工艺，还是产品质量都有很坏的影响。试验表明，在Al液中加Si，可使Al－Fe之间的扩散和化合作用大幅度收到抑制，有效的防止化合物层过渡的生长。
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就原子尺寸来看，Fe、Si、Al、Zn的原子直径分别为0.254nm、0.268nm、0.275nm和0.283nm，显然Si原子直径和Fe最为接近，形成Fe－Si固溶体的能量最低，相互之间的扩散最容易，其次是Fe－Al。Fe－Zn则因原子之间的尺寸已超过临界范围的15％，故Zn原子溶入Fe基体内时会引起较高的晶格变形能，因而在这三个元素中，是最困难的。所以钢板进入Al－Zn－Si镀浴之后，最先进行扩散和化合的是在Fe－Si两个元素原子之间进行，形成Fe－Si化合物，这种Fe－Si化合物会使Al－Fe之间的扩散形成障碍。当然，由于Al％比Si％高许多，Al－Fe之间的扩散还是会大量进行的。一旦Fe2Al5化合物形成，则决定于Al或Fe穿越Fe2Al5化合物层，达到生长前沿的传递速度。由于Fe2Al5晶格中有30％左右的空位，Al或Fe原子可以方便的通过这些空位进行扩散，所以在没有其他元素作用时，扩散速度是很快的。但是有了Si以后，Si可以占据这些空位，就使Al或Fe穿过Fe2Al5化合物层的速度变得很慢，因而也可以抑制化合物层的长大。硅含量对镀纯铝层的总厚度和化合物层的厚度影响曲线如图8，从中可以看出，在<2％Si的范围内，含Si量对抑制化合物层厚度的作用最大，因而一般将Si控制在1.2％～2.0％左右。
图8 硅含量与化合物层厚度和镀层总厚度的关系
问：为什么有时在镀Al－Zn－Si合金中加Re？
与镀锌相比，镀55％Al－Zn合金熔液与钢板的浸润性差多了，直接影响到镀层的附着力、连续性，易产生针状漏镀的缺陷，进而影响到GL产品的耐腐蚀性能。在这方面主要可能的原因有：（1）熔液温度高而且含铝量高，铝极易被氧化，使合金的粘度和张力有所提高；（2）镀层组织是在一定温度范围内有先后顺序地凝固，组织较粗大、疏松、有孔隙。
试验表明，在55％Al－Zn合金熔液中加入0.05～0.10％的Re就可以使镀层表面
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质量有明显的改观，使漏镀缺陷大为减少。其作用有两个方面，一是稀土金属比铝更易氧化，在55％Al－Zn合金熔液中加入稀土可优先于Al的氧化，而抑制Al2O3的产生，降低表面张力，并可在钢带进入镀浴时，减少氧化铝膜被钢带带入熔液中的倾向，不致使熔液和钢带之间被氧化铝膜隔开，浸润性受到影响。另一个作用是稀土能使镀层表面组织中的枝晶富铝相得到细化，当Re在0.1～0.2％时，晶粒细化很明显，但当Re超过0.3％以后，晶粒细化作用开始下降。
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3．热浸镀铝锌硅合金的工艺特点和要求
与GI、GA等镀锌产品相比，GL产品工艺更为复杂，要求更高，也更难控制，主要表现在极易造成漏镀缺陷、熔炼工艺要求高、产渣量大易在辊子上形成积瘤等几个方面。
问：为什么热浸镀铝锌硅极易造成漏镀缺陷？
主要原因是Al－Zn－Si熔液与钢板的浸润性比纯Zn熔液要差得多。同时由于镀浴温度和含铝量的大幅度提高，使GL产品生产工艺发生了根本性的改变。Zn的熔点是419.5℃，热镀锌温度控制在455～475℃就足够了。而从Al－Zn合金平衡状态图上可以看出GL产品合金在平衡状态下的液相线温度约为590℃，因而镀浴温度必须控制在600℃以上，宝钢攀钢等单位则控制在610～650℃。
图9 Al－Zn合金平衡状态图
在这么高的温度下，炉鼻内没有保护层的锌液极易蒸发，锌蒸汽直接附着在钢板上或锌蒸汽附着在炉鼻内机件上形成锌粉后掉落在钢板上都会影响钢板与镀浴溶液的直接接触，从而形成针孔状的漏镀缺陷。
另一方面，镀浴熔液中的Al较高，如钢带表面还原不良，存在一定的氧化成分或保护气体中的含氧量和蒸汽含量较高，都会造成Al的氧化，而且Al的氧化物比重与
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镀浴熔液的比重相近，会弥散在炉鼻内镀浴内部，若粘到钢带上，也会恶化镀层的附着性。
问：为了防止漏镀缺陷的产生可以采取哪些措施？
一是严格控制在炉鼻处通入的保护性气体的纯度。要求含氧量<5～10ppm，露点在－40℃以下，以防止保护气体中的杂质与镀浴发生反应。
二是提高炉内还原气体内氢气的浓度。镀铝锌线退火炉内钢板的还原性要求很高，不能有氧化物带入镀浴，必须在降低炉内还原气体氧含量和露点的同时提高氢含量。镀锌线卧式加热炉一般在氢含量15～25％，而镀铝锌线卧式加热炉则必须提高到35％以上，甚至有的单位高达40～60％。
三是选用油污、氧化和铁屑最少的原材料，并强化前处理脱脂效果。生产GL产品对原材料的要求特别高，基板的储存时间越短越好，最好是刚从轧机下来还带着余温的钢卷，一般保存时间最长不能超过一个星期。镀铝锌线必须配备带电解脱脂的前处理，并经过碱刷、水刷、漂洗等综合流程，最大限度的除去钢板表面的油污、锈蚀、铁屑和灰尘等杂质。
问：热浸镀铝锌硅合金熔炼工艺有什么要求？
热浸镀铝锌硅合金熔炼时的工艺要求比镀锌高多了。（1）镀铝锌合金不但熔化温度高，而且对镀浴温度的波动要求也较高。（2）镀铝锌时钢板入锅温度必须小于镀浴温度，不能采取提高板温来加热熔液的办法，因而镀锅正常处于加热状态。（3）Al－Zn－Si熔液对耐火材料的腐蚀作用也较Zn熔液强烈，对锅体或特别是感应器的通道冲刷损耗严重。
因此镀铝锌线必须使用高铝陶瓷锅、感应加热。尽管如此，实践表明感应器内耐火材料的冲刷腐蚀速度较镀锌线快得多，一般锌锅感应器能用数年，而铝锌锅感应器只能用一年多甚至数月。为了延长寿命，一般采用熔、镀分开的形式，即在使用镀锅的基础上，另设专门用于熔化的预熔锅，在预熔锅内熔化锌锭、铝锭和高硅铝锭，预熔锅的温度可控制的高一些，有的单位介绍在660～680℃，这样可以减轻镀锅感应器的工作强度，从而延长使用寿命。
宝钢3号热镀锌机组采用了圆形的无芯感应锌锅，克服了一般通道式锌锅感应器经常腐蚀的问题。但投资较大，也会使锅底的沉渣浮起，影响产品质量。
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问：热浸镀铝锌硅时为什么产渣量大？
Al－Zn－Si熔液较高的温度和含铝量，使得Fe和Al的反应非常激烈，造成大量的Fe溶入熔液，形成大量的渣子，其主要成分是Fe2Al5和FeAl3。它们与镀锌有根本性不同的是，渣子与熔液的比重之间的差别。有的铁锌化合物渣子（如FeZn12）比锌液的比重大，沉于锅底成为底渣，有的铁锌化合物渣子（如FeZn7）与锌液的比重相似，悬浮于锌液中，是浮游渣，有的铁锌合金渣子（如Fe2Al5、ZnO）比锌液的比重轻，浮于锌渣表面，是顶渣。而铁铝化合物渣子的比重均比熔液大，大多沉积于锅底或落在锅内的机件上。铁铝化合物渣形成之后往往都是作下沉运动，浮游的时间较少，因而相互之间碰撞结合长大成渣粒的机会比镀锌少多了，渣粒较细，一般不会落到钢带上形成渣粒缺陷。铁铝化合物渣子最大的危害是落在沉没辊和稳定辊上，形成积瘤，使钢带产生压印，严重时，拉矫机也无法矫平，影响最终的产品质量。从辊子上结瘤的形态看，镀铝锌形成的结瘤一般是片状的结块，而不是镀锌时的点状或团状，没有尖角，在钢带上产生的压印也是圆角的，不像镀锌板上的尖凹坑，相对而言拉矫时也容易消除一些。辊子上已有结瘤时，可以用耐热材料做的渣铲刮除，其难度比镀锌稍容易些。
问：如何减少热浸镀铝锌硅时的产渣量？
要减少渣子形成的数量，除必须选择表面光洁，铁屑、油污和锈蚀少的原材料，并强化脱脂效果以外，主要是在温度上做文章。降低镀浴的温度和钢板入锅的温度作用很明显。同时必须强调的是，镀浴温度波动对产渣数量也有很大的影响。
实践表明，镀浴温度哪怕极小的波动，也会造成底渣的大量产生。这可能是由于在镀浴温度范围内铁在熔液中的溶解度变化较大的原因。铁原子先是溶解于镀浴内的，当超过溶解度以后就会形成化合物析出来。比如在平衡状态下，55％Al－Zn－Si熔液在600℃时，其中Fe的溶解度为0.463％，若实测溶解度中的Fe的浓度为0.50％，则会有0.037％的Fe形成了化合物即渣子。如果熔液温度升高到608℃，Fe的溶解度则达到0.50％，在600℃时已形成的渣子是不会再熔解的，而钢带中的Fe原子则会大量溶入，浓度升高到0.50％才达到平衡。这样的熔液如果温度再回到600℃，则Fe的平衡浓度又降到0.463％，又会有0.037％的Fe以渣子的形式析出来。如果再继续降温到591℃，则铁的溶解度下降到0.426％，又继续有0.037％的Fe以渣子的形式析
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出来。另外，熔液中的浓度不均匀性也是同样会造成渣子的产生。
问：热浸镀铝锌硅熔液对带钢的腐蚀性有什么特点？
热浸镀铝锌硅熔液中铁与铝的反应性很强也反映在对熔锅中带钢的腐蚀性方面速度很快。经验表明，0.4mm的带钢在锅内浸泡30分钟就会严重腐蚀，强度很低，浸泡60分钟就会完全被腐蚀掉。这给生产中穿带后焊接和处理事故的时间提出了很高的要求，必须保证浸泡在锅内的带钢控制在一定的时间内，如不及时将带钢前移一段距离就会造成锅内断带的事故，带来麻烦。一般要求0.3mm的带钢每10分钟必须移动一次，0.4mm的带钢每15分钟必须移动一次，0.6mm的带钢每20分钟必须移动一次。对带钢腐蚀作用最强的是在液面上，所以如发生锅内断带不能将带钢返回炉内，否则会造成炉辊的粘渣，带来更大的麻烦，可以用钳子将液面下的带钢拉出并剪去不良部分后继续焊接。
问：热浸镀铝锌硅对锅内的机件有什么要求？
为了减少产渣的数量，所有浸入镀锅内的设备，如炉鼻、沉没辊、稳定辊和支架都必须采用耐Al－Zn－Si合金熔液腐蚀的材料制作，一般采用高耐热不锈钢SUS316L。热浸镀铝锌硅产生的渣子极易积在辊子表面，产生积瘤甚至将辊子包成不规则的形状，必须及时铲去。辊子两端不与钢带接触的地方以及辊颈、侧面也常有渣子的晶粒形成，有时会长得很大。与镀锌不同的是沉没辊表面一般不能有排渣的槽子，因为有槽子的辊子易在沟槽处产生积渣，也不利于铲去以产生的积瘤。
铝锅内底渣积聚多了以后，会影响设备的正常运转，所以每次换沉没辊时必须清理一次。
问：热浸镀铝锌硅镀层组织的形成有何特点？
与镀Zn层一样，镀Al－Zn－Si层也是由表面镀层和中间合金层组成的，所不同的是合金层长大的速度非常之快，表面层的成分、凝固过程和组织结构也大不相同。
Al－Zn－Si熔液的凝固过程与镀锌有根本性的不同。纯锌的凝固点是不变的，成分也是不变的，基本在同一温度下成核长大，直至最终凝固，锌花各个部分的成分也基本一致。而Al－Zn－Si熔液凝固时是在一个温度区域内进行的，而且先结晶的是高铝的组织，最终结晶的是高Zn组织。
在平衡状态下，55％Al－43.5％Zn－1.6Si成分的熔液结晶时，主要生成物是锌在
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铝中的固溶体，是一种含Zn的铝组织，在温度再降低时才发生共析反应，生成极其细微的 富Zn相，这样的组织与纯铝镀层较相似，所以达不到我们的所需的综合性能。因而生产实际中必须采用快速强制冷却的办法，使镀层熔液获得较大的过冷度，形成伪共晶组织，即大部分是富铝的锌溶于铝中的固溶体外还有少部分富锌的铝溶于锌中的固溶体。
问：热浸镀铝锌硅镀层的组织是怎样形成的？
实际Al－Zn－Si镀层形成过程如下：
（1） 经过脱脂并进入炉内经过退火还原，表面无[O]、[C]等杂质，且已处于活化状
态的钢板，经冷却后温度在590℃左右，可以进入镀浴。
（2） 钢板进入镀浴后发生热量的传递和化学成分的扩散。钢板被加温到镀浴一样的
温度，如600℃，并保持平衡。与此同时很快在钢板表面形成Al－Zn－Si化合物层。
炉鼻 镀 锅 600℃ 冷 却 塔 590℃ 382℃ 冷却曲线
590℃ 1 2 3 4 5 6 7 镀层形成过程
E D
C B A
A—钢基， B—Al Zn Si化合物层， C—Al Fe化合物层， D—镀层表层，E—表面氧化层
图10 实际Al－Zn－Si镀层形成过程
（3） 由于Al－Zn－Si之间原子相互渗透的特性，尽管有Al－Fe－Si的抑制作用，
但仍有大量的Fe扩散到熔液中与熔液中的Al反应生成渣子，脱落到镀浴中，也仍有大量的Al进入钢板基体内，生成Fe2Al5相，并迅速以柱状晶形态往基体
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内部方向长大。
（4） 钢带带着一部分熔液离开镀浴，并在气刀作用下，留下一定厚度的熔液，开始
冷却。
（5） 为了控制镀层组织，设法使钢带和表面的液态镀层以很快的速度冷却到液相线
（约590℃）以下，液态镀层中首先析出富铝的Zn在Al相中的固溶体α相，并迅速长大。
（6） 不能等液镀层中的铝都凝固成α相，就必须使钢带和镀层迅速冷却到共晶温度
（约382℃）以下，在此温度下，在α相晶粒晶界之间余下的液体同时凝固成富铝的锌在铝中的固溶体α相和富锌的铝在锌中的固溶体β相的机械混合物。其中α相是在原晶粒上继续长大，发生包晶反应。
（7） 在表层发生冷却结晶的同时，不管是液态的铝还是固态的铝均会不停地渗入Fe
基体内部，使Fe2Al5合金层变厚，这一反应在300～400℃以上均较明显，因而结晶结束以后需要快速冷却。
（8） 在上述过程中一直进行着镀层液态和固态的表面氧化，形成比较致密的氧化铝
保护层。
问：为了控制镀层的组织需采取怎样的冷却速度？
要合理控制镀层的组织，冷却速度最关键。为了达到上述的快速冷却效果，一方面是在气刀上方就开始进行风冷，有的单位甚至使用锌花抑制器，在钢带表面喷水冷却；另一方面保持生产线一定的速度，实践证明镀铝锌线速度低了就会使镀层组织恶化，合金层过厚。
必须补充一点的是上述快速冷却的过程是为了防止镀层组织恶化而被迫采取的措施，对钢带的退火和时效很不利，所以镀铝锌产品的硬度偏高，延伸率偏低。
问：最后得到的热浸镀铝锌硅镀层组织如何？
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图11 镀铝锌硅层组织图片
经过上述过程最终形成的镀铝锌硅层组织大体分为两层结构。外层为Al－Zn合金层，其成分与镀液大体相同，其组织又由二相组成，一相为树枝状的富铝固溶体，形成微细的网络，另一相为分布在其网络组织枝晶间的伪共晶体富锌相。富铝相约占80％的体积，富锌相约占20％的体积。在钢基与表面Al－Zn合金层之间的是Fe－Al－Zn－Si化合物层，这一层的Zn较小，而大部分Si存在与此合金层中。进一步的研究发现此合金层又有两层不同的组织，靠近钢基一侧的Si较低，而靠近Al－Zn合金层的一侧Si较高。有资料表明组成相的化学成分平均值如下表：
区 分 表层Al－Zn 合金层 中间化合物层
镀Al－Zn－Si镀层的这种有顺序的凝固方式会导致镀层组织的致密性较差，有资料介绍含气孔率至少为2％，因而GL板在库存运输中易产生白锈、黑斑等缺陷。克服这一缺陷的办法就是提高冷却速度，减小锌花尺寸，使富铝相α枝晶减小，晶间的间隙也减小，其中分布的富锌相尺寸也相应减小。所以与镀锌板不一样，镀锌板锌花尺寸对耐腐蚀性能的影响不大，而镀铝锌板晶花尺对耐腐蚀性能影响很大。在合金中加入稀土能细化晶粒，提高耐蚀性前已叙述。
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相名称 富铝相 富锌相 靠近钢基侧化合物 靠近合金层侧化合物 Al％ 67.05 17.36 52.02 57.40 Zn％ 32.51 79.96 3.89 6.27 Si％ 0.23 0.71 2.42 4.36 Fe％ 0.18 1.97 41.66 31.98
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