作為提高鋼材耐腐蝕性的方法之一，通常會在鋼板表面涂覆其他金屬。盡管傳統(tǒng)的鍍鋅工藝可以提升鋼板耐腐蝕性，但鋅是一種有限的金屬資源，而其他金屬涂鍍層在防腐方面則存在先天不足，如鋁容易與海水中的氯離子反應，反而會加劇腐蝕，因此，在海洋領域的應用受到一定限制。通過添加鎂和硅等其他元素，形成合金化涂鍍層，可以彌補這一不足。不過，傳統(tǒng)工藝是將鋼板浸入金屬鹽浴，鎂很難作為涂鍍層進行沉積。就在近期，韓國科研人員開發(fā)了一種全新的鋁硅鎂涂鍍層鋼板方案，相關成果在2021年11月刊載于國際腐蝕科學頂級期刊《腐蝕科學》第192卷，論文名稱為《PVD鎂涂鍍層及熱處理鋼板鋁硅鎂薄膜的超高耐腐蝕性》（Ultra-high corrosion resistance of Al-Mg-Si film on steel sheet formed by PVD Mg coating and heat treatment）。
該新產品的研究開發(fā)由韓國海事海洋大學海洋系統(tǒng)工程系和海洋先進材料融合工程系牽頭，浦項全球研發(fā)中心浦項鋼鐵解決方案研究實驗室材料性能團隊參與。研究人員采用物理氣相沉積（PVD）的磁控濺射技術對鍍鋁鋼板（涂鍍層含有鋁和硅）進行鎂涂鍍。然后將涂鍍層暴露于375℃（707℉）的高溫下進行熱處理，加熱時間有所區(qū)別，并對涂鍍層形貌進行表征，最后，研究團隊對新涂鍍層進行標準鹽霧腐蝕試驗來檢測其耐腐蝕性，分別比較了加熱0min、5min或30min的新涂鍍層鋼板，以及普通鍍鋁鋼板和鍍鋅鋼板。
試驗結果顯示，新涂鍍層鋼板的性能遠遠好于普通涂鍍鋼板。鍍鋁和鍍鋅鋼板試樣在鹽霧暴露800h后出現明顯的銹蝕現象。未經熱處理的新涂鍍層鋼板試樣表現較好，但在1600h后開始出現嚴重腐蝕。經過30min熱處理的鋼板試樣在2000h之前幾乎沒有生銹，但2000h后，銹跡明顯增多。這是由于熱處理加熱時間過長，對涂鍍層有一定的破壞作用。但對于熱處理5min的鋼板試樣而言，即使在2400h后試驗結束，也幾乎沒有發(fā)生腐蝕。
經過細致深入的檢查，研究團隊初步確定了涂鍍層的防腐機理。腐蝕產物也形成了兩層，其中，表層主要由鋁基腐蝕產物組成，內腐蝕層由鋁、鎂和硅基產物組成。此外，腐蝕產物的內層起到了屏蔽作用，可以更長時間保護鋼材免受腐蝕。與此同時，試樣的熱處理使得鎂更多遷移到基板中，進一步強化了屏蔽作用。
值得注意的是，鹽霧腐蝕試驗與真實環(huán)境的腐蝕沒有直接關系。因為這種試驗手段采取了集中噴霧，可以加速完成正常環(huán)境下需要數年或數十年的腐蝕過程，而且并不能考慮所有的因素，如干濕循環(huán)和除普通鹽水外的其他腐蝕劑。但研究結果足以證實，這種新型合金涂鍍層具有很大的應用潛力。
該研究利用簡單的表面處理方案制備出高耐腐蝕性的鋼板，今后非常適用于船舶、海洋平臺和沿海設施，這對于節(jié)約能源和環(huán)境資源具有非常重要的意義，也有助于實現可持續(xù)發(fā)展的目標。 |
