锌浴中高铝含量提升先进高强钢镀锌性能的优化研究

为解决高强钢镀锌过程中因硅(Si)、锰(Mn)元素导致镀层结合力差的问题，研究人员通过对比研究IF钢、0.3Si/Mn钢和1.0Si/Mn钢，揭示了锌浴铝(Al)含量对Fe2 Al5-x Znx 抑制层形成及润湿性的影响机制。结果表明，0.25 wt% Al为IF钢最佳含量，而含Si/Mn钢需更高Al以通过铝热反应还原表面氧化物，优化镀层性能。该研究为高强钢镀锌工艺提供了理论依据。

　　

在汽车轻量化趋势下，先进高强钢(AHSS)因其优异的强度-延展性平衡成为首选材料。然而，高强钢中的硅(Si)和锰(Mn)元素在热镀锌过程中会引发致命问题——这些元素在退火阶段形成顽固的表面氧化物，阻碍锌液润湿，导致镀层结合力差。传统锌浴中铝(Al)含量(约0.2 wt%)虽能促进Fe₂
Al_5-x
Zn_x
抑制层形成，但对高Si/Mn钢效果有限。如何通过调整锌浴化学组成突破这一技术瓶颈，成为材料科学领域亟待解决的难题。

为攻克这一挑战，研究人员选取三种典型钢种：无间隙原子钢(IF)、低硅钢(0.3Si/Mn)和高硅钢(1.0Si/Mn)，系统研究了锌浴Al含量(0.15-0.45 wt%)对镀层界面反应的影响。通过动态润湿力测试和微观表征发现，IF钢在0.25 wt% Al时润湿性最佳，过量Al会引发Fe₂
Al_5-x
Zn_x
晶粒粗化；而含Si/Mn钢则表现出截然不同的规律——随着Al含量增加，铝热反应持续还原表面氧化物，促进抑制层均匀生长，润湿力稳步提升。这一发现颠覆了传统认知，为高强钢镀锌工艺优化提供了新思路。相关成果发表在《Materials Characterization》上。

研究采用三项关键技术：1) 动态润湿力测试量化镀锌性能；2) 扫描电镜(SEM)结合能谱(EDS)分析界面微观结构；3) X射线光电子能谱(XPS)表征表面氧化物演变。实验样本包括工业生产的IF钢、0.3Si/Mn和1.0Si/Mn冷轧板。

Abstract部分揭示核心发现：

1. IF钢的Al含量阈值效应：0.25 wt% Al时形成致密Fe₂
   Al_5-x
   Zn_x
   层，润湿力达峰值；过量Al导致界面粗化，润湿力下降38%。
2. Si/Mn钢的铝热反应机制：0.3Si/Mn钢在0.45 wt% Al时，Al与SiO_x
   /MnO反应消耗界面Al，抑制异常晶粒生长，润湿力提升2.1倍。
3. 氧化物陷阱效应：生长的Fe₂
   Al_5-x
   Zn_x
   可包裹残余氧化物，减少界面缺陷。
4. 高Si钢的特殊挑战：1.0Si/Mn钢因连续氧化物膜阻碍Fe溶解，抑制层形成困难，需开发新型预处理工艺。

结论部分强调，该研究首次阐明Si/Mn钢中Al含量与润湿性的正相关关系，揭示铝热反应-抑制层生长-氧化物清除的级联机制。对于含0.3-1.0 wt% Si的高强钢，建议将锌浴Al含量提升至0.35-0.45 wt%，同时开发复合氧化技术以应对高Si钢的特殊需求。这一成果不仅推动镀锌理论发展，更为第三代高强钢的耐蚀处理提供了工艺窗口，具有显著的工业应用价值。