1 前言

Zn-55%Al合金镀层钢板因其优异的耐腐蚀性和耐久性，广泛应用于建筑构件等领域。为实现镀锌钢板良好的成形性和加工性，必须确保镀层与钢板界面的高附着性。

近年来，为满足钢板高强度和加工性的要求，添加Si和Mn作为合金元素的高强度钢研究不断推进，但Al-Zn合金与钢板间的固液界面反应细节尚不明确。本研究制备了在熔融Al-25Zn合金中浸镀的纯Fe及Fe-Mn二元系合金试样，研究了钢板中合金元素对固液界面反应的影响。

2 试验方法

本研究所用熔融合金浸镀液成分为Al-25Zn（原子比） 。将纯Fe及Fe-2Mn（质量百分比）铸锭经热轧和冷轧处理，制成厚度约0.8mm的板材。切出长250mm、宽50mm的试样，对其表面进行机械研磨和抛光。本研究的钢板试样浸镀试验在熔融镀层试验机中进行。试样首先在N₂-15%H₂气氛中加热至800℃并保温600s，随后冷却至600℃，随后浸于600℃的Al-25Zn浸镀液中，时间2-60s，之后进行急冷处理。上述温度变化过程，通过板材上焊接的K型热电偶测定。

试样断面经机械研磨和抛光后，使用扫描电子显微镜（SEM）进行试样的组织观察、元素分析及电子背散射衍射（EBSD）解析。

3 试验结果分析

浸镀试验表明，纯Fe试样在10s以下短时浸镀时，表面出现氧化物或未镀层区域，30s以上浸镀时可形成数毫米以上的镀层，60s后更为明显并伴随界面剥离。而Fe-2Mn试样在5s以下虽也有氧化物或未镀层现象，但10s以上浸镀即可形成厚镀层，表明钢板中Mn元素促进了镀层形成。

图1是不同浸镀时间的各试样断面的SEM图像。SEM图像显示，纯Fe试样和Fe-2Mn试样的厚度均随着浸镀时间的增加显著减薄。两种试样在Al-25Zn浸镀液中浸镀60s后，纯Fe厚度由800μm减至200μm，Fe-2Mn试样减至300μm，表明试样在浸镀液中Fe发生了显著溶出。

图2是各浸镀时间试样的钢板表面-镀层界面处的SEM图像。所有试样在钢板基体与镀层间均形成金属间化合物层。Al-Zn液相侧大量析出细小θ相（Fe₄Al₁₃）（图2（a-f）），纯Fe试样浸镀30s以上、Fe-2Mn试样浸镀2s和10s以上时，在钢板基体侧生成向内部生长的η相（Fe₂Al₅）（图2（a，c，e，f）），其界面呈正曲率。这说明η相向纯Fe和Fe-2Mn（固相）内部生长。

此外，对浸镀后的试样进行微观观测，在η相内部及η相/Fe界面附近存在许多Zn元素富集区（图2（af）），出现在纯Fe的5s、10s试样和Fe-2Mn的2s、5s试样中。根据上述结果，认为试样与浸镀液发生如下界面反应，首先Fe溶入Al-Zn液相，在Al-Zn液相与钢板界面，触发θ相析出；Fe富集促使固液界面处η相形成并向基体生长；伴随η相生长产生的Zn富集在η相-固相Fe界面上生成低熔点的液相Zn，进一步促进固液界面反应。

此外，观察到Fe-2Mn的2s浸镀样品中金属间化合物形态与纯Fe的10s浸镀试样相似。同样，Fe-2Mn的10s浸镀样品中η相生长程度相当于纯Fe的30s试样，且η相更早显著生长。这表明钢板中的Mn加速了Al-Zn液相与Fe固相间的界面反应。

4 结论

本研究分析了Zn-55%Al合金浸镀过程中钢板合金元素（特别是Mn）对固液界面反应的影响，通过对比纯Fe和Fe-2Mn试样发现，Mn元素显著促进了镀层的形成和金属间化合物η相（Fe₂Al₅）的快速生长，同时加剧了Fe基体在熔融浸镀液中的溶解，从而加速了界面反应进程。