镀锌退火锌涂层对激光钎焊DP600与DP980钢微观结构优化及力学性能提升的影响机制研究

本文系统研究了镀锌退火（GA）涂层厚度与铁（Fe）含量对DP600/DP980钢激光钎焊（laser brazing）的调控作用，揭示了涂层特性通过调控冷却速率和界面反应层（Fe(Si)）细化，显著提升钎焊接头力学性能（如DP980接头断裂载荷达4.4 kN）。该研究为汽车用先进高强钢（AHSS）组件的涂层参数设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过耦合原位热分析与微观力学表征，首次阐明镀锌退火（GA）涂层化学组成是决定激光钎焊接头界面形貌、反应层形成及最终强度的决定性因素。尤为关键的是，我们发现较低铁（Fe）含量的厚锌（Zn）涂层能加速冷却速率，从而产生具有更优力学性能的细化微观结构。

Materials

实验选用1.2 mm厚的GA涂层DP600与DP980钢板（成分差异见表1）。光学发射光谱显示，两种基板的GA层均含微量Fe——这些元素在退火热处理过程中扩散至涂层内部。值得注意的是，DP980的GA涂层厚度（10-12 μm）显著大于DP600（5-7 μm），且Fe浓度更低（7 wt.% vs 12 wt.%），这种差异直接影响了后续钎焊行为。

Brazing process and the joint appearances

高速摄像记录（图3a1-b5）显示，DP980的钎焊过程稳定性较差，熔池动态更剧烈。与DP600相比，其较厚的Zn涂层虽改善了铜（Cu）钎料的润湿性，但也引入了更多表面缺陷。而Fe含量较低的DP980涂层在冷却阶段表现出更快的热耗散，这直接促进了Cu钎料晶粒与Fe(Si)界面反应层的同步细化。

Effect of coating on the joint formation characteristics

如图16所示，GA涂层特性通过三重机制影响接头形成：①Zn涂层厚度主导熔融Cu的润湿铺展行为；②Fe含量差异调控冷却速率，DP980的快速冷却抑制了粗大金属间化合物生成；③Zn-Fe互扩散层（含δ相与Γ相）的厚度与连续性直接决定界面结合强度。微压痕测试证实，DP980钎焊区屈服强度提升23%，这与其纳米级析出相密切相关。

Conclusions

研究证实：①Zn涂层厚度与Fe含量驱动的冷却速率是调控钎焊质量的核心参数；②DP980接头凭借细化的Cu晶粒与致密Fe(Si)界面层实现最高载荷（4.4 kN）；③异种材料DP980-DP600接头受限于DP600/Cu边界的不完全润湿。该成果为汽车AHSS组件（如车顶-侧围总成）的涂层定制化设计提供了理论依据。