热处理诱导Zn-Al-Mg合金镀层钢中金属间相转变及其在含氯环境中的腐蚀性能优化

本研究针对传统镀锌钢在含氯环境中易腐蚀及全球锌资源短缺问题，通过热处理调控Zn-Al-Mg合金镀层中MgZn2向Mg2Zn11的相转变，优化了微观结构平衡性。实验证实，热处理后形成的Zn5(OH)8Cl2·H2O保护层显著提升抗氯离子渗透能力，为海洋及工业领域提供了一种高耐久性镀层解决方案。

　　

在钢铁材料广泛应用于建筑、汽车和海洋工程的今天，其最大的敌人——腐蚀问题始终如影随形。传统镀锌钢虽能通过牺牲阳极机制提供保护，但在含氯环境中仍面临局部腐蚀、点蚀和锌层快速消耗的困境。更令人担忧的是，全球锌储量预计将在2030年面临枯竭，这为依赖镀锌技术的行业敲响了警钟。正是在这样的背景下，Zn-Al-Mg合金镀层钢作为新一代防腐材料崭露头角，但其性能受金属间化合物相组成的深刻影响，特别是MgZn₂与Mg₂Zn₁₁的平衡关系尚未明确。

为破解这一难题，韩国工业技术评价院资助的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表重要成果。研究人员采用热浸镀锌工艺制备含1.5wt.%Al和1.5wt.%Mg的Zn-Al-Mg合金镀层钢，通过300°C/10分钟热处理诱导相变，结合盐雾试验、电化学测试及微观结构分析，系统研究了相组成演变与腐蚀行为的关联机制。

关键技术方法
研究采用连续热浸镀锌工艺制备试样，通过控制冷却获得多相微观结构。利用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)表征热处理前后的形貌与元素分布，X射线衍射(XRD)鉴定相组成变化。腐蚀性能通过中性盐雾试验(NSS)和动电位极化曲线评估，并采用拉曼光谱分析腐蚀产物组成。

涂层形态和晶体结构分析
热处理前样品呈现典型的层状结构，包含Zn基体相、Zn-MgZn₂二元相和Zn-MgZn₂-Al三元相。热处理后，MgZn₂相转变为热力学更稳定的Mg₂Zn₁₁，形成Zn/Mg₂Zn₁₁面积比均衡的均匀结构。这种转变使表面腐蚀产物从疏松的ZnO转变为致密的Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O（水合羟基氯化锌，又称西蒙科莱石）保护层。

腐蚀行为分析
电化学测试显示，热处理试样腐蚀电流密度降低约30%，极化电阻提高2倍。盐雾试验证实，经热处理样品红锈出现时间延迟40%，且腐蚀产物中检测到具有自修复功能的层状双氢氧化物(LDH)。这种改善源于Mg₂Zn₁₁相促进的均匀腐蚀机制，以及其与Zn相协同形成的致密钝化膜。

结论与意义
该研究首次阐明热处理诱导MgZn₂→Mg₂Zn₁₁相变可优化Zn-Al-Mg镀层的腐蚀防护机制。形成的Mg₂Zn₁₁相不仅提高相稳定性，还促进生成具有氯离子阻挡效应的Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O保护层。这一发现为开发"锌用量减少但性能增强"的可持续防腐技术提供了新思路，对海洋工程、海上风电等严苛环境应用具有重要价值。研究团队Sang-heon Kim等人提出的相变调控策略，有望成为解决资源短缺与性能需求矛盾的关键技术路径。