浴温调控(Si, Ti)微合金化Zn-6Al-3Mg热浸镀层微观结构与电化学性能的机制研究

本研究针对浴温影响Zn-Al-Mg涂层腐蚀性能机制不明的问题，通过制备(Si, Ti)微合金化Zn-6Al-3Mg涂层，系统分析了450°C浴温下三元共晶组织比例提升与Fe-Al合金层演变的协同作用，揭示其通过改变电荷转移难度与腐蚀产物保护性实现最优耐蚀性，为工业镀层工艺优化提供理论依据。

　　

在工业防腐领域，Zn-Al-Mg涂层因其卓越的耐蚀性和边缘保护特性成为恶劣环境下的首选材料。然而，作为核心工艺参数的浴温如何通过调控涂层微观结构影响性能，始终是未解之谜。传统观点认为增加Al含量可提升防护性，但过厚的Fe-Al合金层反而会消耗涂层中的Al资源。更复杂的是，MgZn₂
相与三元共晶组织的形态变化会显著改变腐蚀电化学路径。这些矛盾现象使得浴温优化成为涂层工业的"卡脖子"难题。

针对这一挑战，北京科技大学的研究团队在《Surface and Coatings Technology》发表最新成果。他们采用热浸镀模拟器制备(Si, Ti)微合金化Zn-6Al-3Mg涂层，结合SEM-EDS（扫描电镜-能谱联用）和电化学测试，首次阐明浴温通过三重机制影响性能：在410-510°C范围内，温度升高会促进Fe-Al合金层成核，导致Al含量下降；当温度达到450°C时，涂层中形成高比例的三元共晶组织（含Al-rich相和MgZn₂
），这种特殊结构既能优化电荷转移又能增强腐蚀产物保护性；但超过500°C后，过厚的Fe₂
Al₅
层（>10μm）会破坏涂层完整性。

实验材料与方法
研究使用99.99%纯金属原料配制Zn-6Al-3Mg-0.1Si-0.05Ti镀液，通过热浸镀模拟器在410-600°C区间制备涂层。采用XRD（X射线衍射）分析物相，SEM观察微观结构，电化学工作站测试极化曲线和阻抗谱，并通过盐雾试验验证实际防腐性能。

表面微观结构演变
在410°C涂层中观察到明显的Al-rich枝晶，而450°C样品呈现均匀分布的三元共晶（Zn/Al/MgZn₂
）。EDS分析发现针状(Al,Si)₃
Ti和颗粒状Mg₂
Si金属间化合物，这些(Si, Ti)微合金化产物能细化晶粒。当温度升至510°C时，Al-rich枝晶完全消失，对应Fe-Al合金层厚度增加至8.3μm。

合金层生长动力学
高温（600°C）下Fe₂
Al₅
晶粒显著粗化，这是由于Fe/Al原子扩散增强所致。但过高的温度会降低形核过冷度，导致合金层出现孔洞缺陷。450°C时形成的2.7μm均匀合金层可实现基体与镀层的最佳结合强度。

电化学行为解析
450°C样品的腐蚀电流密度最低（1.2μA/cm²
），其Nyquist图呈现最大容抗弧半径。研究提出"三元共晶保护机制"：细密的Zn-rich相提供牺牲阳极保护，Al-rich结构促进致密腐蚀产物膜形成，而MgZn₂
则加速保护性Zn₅
(OH)₈
Cl₂
生成。

结论与展望
该研究确立450°C为(Si, Ti)微合金化Zn-6Al-3Mg涂层的最佳浴温，其创新性在于：首次量化浴温-合金层厚度-三元共晶比例的关联性；揭示微合金化元素通过形成(Al,Si)₃
Ti抑制Al消耗的作用机制。该成果为光伏支架、建筑钢材等领域的涂层工艺制定提供精准指导，未来可拓展至高Al体系（47-57wt%）的工艺开发。