热处理调控Zn-Al-Mg合金镀层钢板的蒸汽氧化反应性及其表面性能优化

针对Zn-Al-Mg合金镀层钢板在蒸汽氧化过程中因微观结构异质性导致氧化层不均匀的难题，研究人员创新性地采用300℃热处理预调控策略，诱导MgZn2相向Mg2Zn11相转变，显著提升表面润湿性和氧化反应活性，形成更厚更均匀的氧化层。该研究为开发环保型表面黑化技术提供了新思路。

　　

在建筑、汽车和海洋工程领域，Zn-Al-Mg合金镀层钢板因其卓越的耐腐蚀性能正逐步取代传统热镀锌钢板(GI)。这种三元合金通过Zn、Al、Mg的协同作用，在严苛环境中展现出比GI更持久的防护能力。然而，当工程师们尝试通过蒸汽氧化处理实现表面黑化——这种既能增强耐蚀性又能提供美观黑色外观的环保工艺时，却遇到了意想不到的障碍：合金镀层中复杂的微观结构导致氧化反应不均匀，难以形成理想的保护性氧化层。

传统黑化工艺依赖有机涂料，但存在挥发性有机物(VOCs)排放和涂层剥落等问题。相比之下，蒸汽氧化技术仅利用高温水蒸气就能形成氧化层，既环保又持久。问题的核心在于Zn-Al-Mg镀层独特的层状结构——由Zn基体、MgZn₂和富Al相组成的"三明治"结构中，各相与水蒸气的反应活性差异显著。特别是MgZn₂金属间化合物(IMCs)的分布不均，成为制约氧化层均匀性的关键因素。

为攻克这一技术瓶颈，韩国材料研究院的研究团队在《Applied Surface Science》发表创新研究。他们发现通过精确控制的热处理预调控，可以改变镀层表面的化学本性。当将合金在300℃加热10分钟后，原本存在的MgZn₂相会转变为热力学更稳定的Mg₂Zn₁₁相。这种相变不仅优化了表面微观结构，更意外地大幅提升了材料对水蒸气的反应活性，使后续140℃蒸汽氧化处理能形成更厚更均匀的黑色氧化层。

关键技术方法包括：采用热浸镀工艺制备Zn-1.5wt%Al-1.5wt%Mg合金镀层钢板；通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征相组成与形貌；运用X射线光电子能谱(XPS)分析氧化层化学状态；接触角测试评估表面润湿性变化。

Morphological and phase transformation analysis部分揭示：热处理使层状结构粗化，EDS图谱证实MgZn₂向Mg₂Zn₁₁的转变。这种相变增加了表面能，接触角从85°降至32°，显著改善润湿性。氧化层特性分析显示：预处理样品氧化层厚度增加40%，XPS证实氧化层中ZnO和Mg(OH)₂含量提高，形成更致密的保护层。

Conclusions部分强调：热处理诱导的相变创造了更多反应位点，加速了Zn和Mg的氧化动力学。这种预调控策略不仅解决了蒸汽氧化不均匀的行业难题，还为开发无VOCs排放的表面处理工艺提供了新范式。该技术特别适用于需要兼具防腐性能和美学要求的建筑外墙、汽车零部件等高端应用场景，同时其增强的热辐射特性在电子散热领域也展现出应用潜力。

研究团队特别指出，Mg₂Zn₁₁相相较于MgZn₂相具有更高的界面能，这是促进氧化层均匀生长的关键。这一发现突破了传统仅通过调节氧化参数（温度、时间）来优化工艺的局限，开创了通过预处理调控材料本征特性的新思路。未来研究可进一步探索不同Al/Mg配比对相变行为和氧化动力学的影响，为设计新一代多功能合金镀层提供理论指导。