热镀锌超高强马氏体钢界面相演变对氢扩散与腐蚀降解的调控机制研究

为解决热镀锌(HDG)超高强马氏体钢(UHS-MS)中氢脆与腐蚀协同失效问题，韩国研究人员通过多尺度表征技术揭示了Fe2Al5-xZnx金属间化合物层的氢扩散屏障效应及基底贝氏体相变引发的微电偶腐蚀机制，为高强钢镀层界面设计提供了理论依据。

　　

在汽车轻量化与基础设施升级的浪潮中，热镀锌超高强钢因其优异的强度-成本平衡成为明星材料。然而鲜为人知的是，当这些钢材暴露在潮湿或酸性环境中时，两个隐形杀手正悄然联手摧毁材料的耐久性——氢原子像幽灵般渗入晶格引发脆断，而腐蚀反应则如蚁穴般从表面开始瓦解防线。更棘手的是，热镀锌工艺本身埋下了矛盾的种子：为抑制Fe-Zn脆性相加入的微量铝形成的Fe₂Al_5-xZn_x界面层虽能阻挡氢扩散，但镀锌过程中的局部热效应却诱发基底贝氏体相变，意外创造了微电偶腐蚀的温床。

韩国研究人员在《Surface and Coatings Technology》发表的这项研究，犹如给材料做了一次"全身CT扫描"。他们采用场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)捕捉到仅100-150纳米厚的界面层微观结构，通过辉光放电光谱(GDS)绘制元素分布图谱，结合电化学剥离和氢渗透实验定量评估屏障性能。1.5毫米厚的UHSS-MS试样经过825-850°C奥氏体化后急冷，在含0.2wt%Al的锌浴中镀覆形成12-13微米涂层。

微结构表征与界面相演变的热力学特性

研究发现Fe₂Al_5-xZn_x层呈现正交晶系(Cmcm)结构，其非化学计量特性导致晶格畸变和成分涨落，这种"原子级路障"使氢表观扩散系数显著降低。有趣的是，锌涂层与界面层的协同作用产生"1+1>2"的阻氢效果。

热致相变与腐蚀机制的关联

镀锌过程中锌浴主热源与Fe₂Al_5-xZn_x层低导热性造成的热滞后，促使基底表面发生贝氏体相变并析出Fe₃C碳化物。电化学极化测试显示，这些Fe₃C/铁素体微电偶对就像微型电池，Fe₃C作为阴极加速周围铁素体阳极溶解，使腐蚀速率提升近30%。

这项研究首次建立了"界面相结构-氢传输-腐蚀行为"的定量关系模型，揭示了镀层工艺参数与材料耐久性的内在联系。特别是指出传统认为有益的贝氏体相变在镀锌体系中可能适得其反，为开发新一代耐蚀高强钢提供了关键理论支撑。作者建议未来研究可聚焦于界面层成分梯度调控与冷却速率优化，以平衡氢屏障与腐蚀防护的双重需求。