韩国成功开发新型铝硅镁涂镀层钢板

作为提高钢材耐腐蚀性的方法之一，通常会在钢板表面涂覆其他金属。尽管传统的镀锌工艺可以提升钢板耐腐蚀性，但锌是一种有限的金属资源，而其他金属涂镀层在防腐方面则存在先天不足，如铝容易与海水中的氯离子反应，反而会加剧腐蚀，因此，在海洋领域的应用受到一定限制。通过添加镁和硅等其他元素，形成合金化涂镀层，可以弥补这一不足。不过，传统工艺是将钢板浸入金属盐浴，镁很难作为涂镀层进行沉积。就在近期，韩国科研人员开发了一种全新的铝硅镁涂镀层钢板方案，相关成果在2021年11月刊载于国际腐蚀科学顶级期刊《腐蚀科学》第192卷，论文名称为《PVD镁涂镀层及热处理钢板铝硅镁薄膜的超高耐腐蚀性》（Ultra-high corrosion resistance of Al-Mg-Si film on steel sheet formed by PVD Mg coating and heat treatment）。



该新产品的研究开发由韩国海事海洋大学海洋系统工程系和海洋先进材料融合工程系牵头，浦项全球研发中心浦项钢铁解决方案研究实验室材料性能团队参与。研究人员采用物理气相沉积（PVD）的磁控溅射技术对镀铝钢板（涂镀层含有铝和硅）进行镁涂镀。然后将涂镀层暴露于375℃（707℉）的高温下进行热处理，加热时间有所区别，并对涂镀层形貌进行表征，最后，研究团队对新涂镀层进行标准盐雾腐蚀试验来检测其耐腐蚀性，分别比较了加热0min、5min或30min的新涂镀层钢板，以及普通镀铝钢板和镀锌钢板。

试验结果显示，新涂镀层钢板的性能远远好于普通涂镀钢板。镀铝和镀锌钢板试样在盐雾暴露800h后出现明显的锈蚀现象。未经热处理的新涂镀层钢板试样表现较好，但在1600h后开始出现严重腐蚀。经过30min热处理的钢板试样在2000h之前几乎没有生锈，但2000h后，锈迹明显增多。这是由于热处理加热时间过长，对涂镀层有一定的破坏作用。但对于热处理5min的钢板试样而言，即使在2400h后试验结束，也几乎没有发生腐蚀。

经过细致深入的检查，研究团队初步确定了涂镀层的防腐机理。腐蚀产物也形成了两层，其中，表层主要由铝基腐蚀产物组成，内腐蚀层由铝、镁和硅基产物组成。此外，腐蚀产物的内层起到了屏蔽作用，可以更长时间保护钢材免受腐蚀。与此同时，试样的热处理使得镁更多迁移到基板中，进一步强化了屏蔽作用。

值得注意的是，盐雾腐蚀试验与真实环境的腐蚀没有直接关系。因为这种试验手段采取了集中喷雾，可以加速完成正常环境下需要数年或数十年的腐蚀过程，而且并不能考虑所有的因素，如干湿循环和除普通盐水外的其他腐蚀剂。但研究结果足以证实，这种新型合金涂镀层具有很大的应用潜力。

该研究利用简单的表面处理方案制备出高耐腐蚀性的钢板，今后非常适用于船舶、海洋平台和沿海设施，这对于节约能源和环境资源具有非常重要的意义，也有助于实现可持续发展的目标。

来源：世界金属导报