【33】
而 Si 则以单质或富 Si 粒子
的形态弥散分布在富 Al 相和富 Zn 相的交界处。另外，还有少量的富 Fe 相
夹在镀层的外层中。镀层外层的这种结构基本上可以借助 Zn-Al 二元系相图(图 3)来解释：富 Al 相优先结 晶形核、长大 (发展)，剩余的熔融体中 Zn 被浓缩，然后在先期形成的树枝状的富 Al 相之间结晶析出富 Zn 相。Galvalume 镀层的外层构造还受到冷却速度的影响。当冷速不是太大时，仍能形成固溶体，尽管 其中存在明显的晶内偏析；当冷速很大时，会形成不平衡共晶相，分布于固溶体(即树枝状结晶体)间最后 凝固的地方，富 Zn 相共晶组织中有时还能观察到凝固缩孔 应而形成的 Fe-Al-Si 金属间化合物等也分布于晶界处
GI 钢板 Zn 作为牺牲阳极 1 1 1 30~45% 230oC 锌烟多 Galvalume 钢板 Zn 作为牺牲阳极，Al 作为障碍层保护 GI 的 2~5 倍 (最大可达 10 倍) GI 的 6~8 倍 GI 的 5~6 倍 70~75% 315oC 锌烟少
保护机制 耐蚀性 (盐雾试验) 耐酸性 (酸雨试验) 耐湿性 (湿热试验) 热反射率 耐热性 焊接性
ZAC 成 员 名 称 BIEC BHP Australia BHP New Zealand BHP Steel BHP Steel Malaysia BHP Thailnand Dongbu Steel Kawatetsu Kohan Maruichi Steel Tube Nippon Steel (Daido Steel) (Taiyo Steel Co. Ltd.) Nisshin Steel NKK Corp. PT BHP Indonesia Sheng Yu Steel Steel Authority of India Steel Corporation of the Philippines Sumitomo Metal Union Steel Yieh Phui Enterprise Yodorawa Steel Yodogawa Steel Works, Ltd. BIEC British Steel PLC (Corus United Kingdom) Corporacion de la Siderurgia Integral Galvalange S.a.r.l. (Arbed) (Sidstahl) (Arbed) Hoogovens Groups ISPAT-KARMET Krupp Hoesch Stahl AG La Magona D'Italia S.p.A Mabati Rolling Mills Ltd Magnitogorsk Integrated I&S Severstal SSAB BIEC Bethlehem Steel Dofasco Double G Coating, Inc. Galvak, S.A. de C.V. IMSA LTV Steel National Steel Steelscape Inc. US Steel Wheeling-Nisshin BIEC CISA-CSN CSH Siderar (Gomez) (Siderar (Belgrane)) 所属国家 澳大利亚 新西兰 澳大利亚 马来西亚 泰国 韩国 日本 日本 日本 (日本) (日本) 日本 日本 印度尼西亚 中国台湾 印度 菲律宾 日本 韩国 中国台湾 日本 英国 (英国) 西班牙 卢森堡 (比利时) 荷兰 哈萨克斯坦 德国 意大利 肯尼亚 俄罗斯 俄罗斯 瑞典 美国 加拿大 美国 墨西哥 墨西哥 美国 美国 美国 美国 美国 巴西 智利 阿根廷 (阿根廷) 引进时间 1991-12 1974-10 1995-08 1996-05 1997-01 1989-01 ? 1981-12 1994-07 1991-12 1994-01 1986-06 1992-11 1995-04 1982-09 1984-01 1995-07 1985-06 1983-09 1983-12 1979-10 1985-03 1992-10 1986-05 1984-05 1999-05 1992-10 1987-10 1979-07 1986-08 1981-05 1994-07 1997-01 1985-03 1981-08 1980-05 1994-08 1981-06 1991-11 1995-01 1986-07 1985-05
【8】
， 这 也 许 就 是 文 献 中 关 于 Galvalume 钢 板 的 研 究 论 文 要 比 热 镀 纯 锌 (Galvanized) 或 合 金 化 热 镀 锌
(Galvannealed)钢板的少得多的原因所在。 表2 全球各 ZAC 的成员及其引进 Galvalume 钢板生产技术的时间
Galvalume 钢板的突出性能来源于其独特的镀层构造。 4 Galvalume 镀层的构造 Galvalume 镀层的外貌是树枝状结晶(图 1)，连成枝干的是富 Al 的固溶体相，而充填于枝间的是富 Zn 的固溶体相。 Galvalume 镀层的断面具有双层结构 (图 2)。外层是凝固的 Al-Zn 合金结晶层，内层是钢与 Al-Zn-Si 镀浴熔体的反应层。
1
前言 钢铁一直是工农业生产、日常生活中使用最多的材料。由于金属铁较易腐蚀，钢铁制件的防护是非常
重要的。目前使用最普遍、效果最显著的防护措施是以 Zn 作为牺牲阳极的阴极保护。由于 Zn 要渐渐的消 耗掉，这就涉及到保护寿命的问题。对于一般的消费品，以 Zn 保护就足够了，而对使用寿命要求高的物 件如建筑物等，纯 Zn 镀层就显得不足，即使通过维护能弥补部分不足，总体来讲还是不如人意的。 为了使钢铁制件得到更好的保护，人们注意到了 Al-Zn 合金系。选择 Al-Zn 合金系主要是基于金属 Al 的良好的持久性能和金属 Zn 的阴极保护特性。目前发展的比较成熟的 Al-Zn 合金镀层主要有三类，它们 是美国伯利恒(Bethlehem)钢铁公司开发的 Galvalume (55%Al-43.5%Zn-1.5%Si)、 国际铅锌组织(ILZRO)开发 的 Galfan (Zn-5%Al-0.1%混合稀土元素)和日本新日铁开发的 Super-Zinc (Zn-4.5%Al-0.1%Mg)，其中以高铝 的 Galvalume 最为重要，故本文拟对热镀高铝锌合金镀层钢板的发展、性能和应用作简单介绍。 2 热镀高铝锌合金镀层钢板发展简史 美国伯利恒钢铁公司于 1962 年开始了热镀 Al-Zn 合金涂层钢板的研究
【13】 【33】
。原来镀浴中存在的少量 Si 与饱和的 Fe 反
Al 量的 3%)的 Si 能有效地抑制 Al 和 Fe 间的反应。1964 年，终于在连续试验机组上试制出了一系列的不 同 Al、Si 含量的热镀 Al-Zn 合金镀层钢板(表 1)。用这些 Al-Zn 合金镀层钢板在 4 种典型地区(工业性、乡 村、海洋性和重海洋性)进行了野外挂片试验。8 年的试验结果表明，含 Al 53.9%的 Al-Zn 合金镀具有最佳 的保护作用：为同等厚度的热镀纯锌镀层的 2~4 倍。后来的研究表明，55%Al-43.5%Zn-1.5%Si 合金镀层对 钢板切口、边缘也有比 Al 镀层好的多的保护作用 也比纯锌镀层钢板更耐蚀
【4】 【3】
，且暴露在雪域(道路撒有解冻盐)营运的车辆底部时，
。 伯利恒钢铁公司最初进行野外暴露试验所用的 【 】 Zn-Al 合金镀层的各组元的质量分数，% 1
Al 0.2 1.0 4.0 7.4 12.2 16.6 21.0 24.9 35.1 44.6 53.9 69.6 Si 0 0.03 0.12 0.22 0.37 0.50 0.63 0.75 1.05 1.34 1.62 2.01 Pb 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
PacZAC
(亚太地区)
EuroZAC (欧洲地区)
NamZAC (北美地区)
SamZAC(南美地区)
2
Galvalume 钢板的基本性能 如此众多的镀层板制造商引进 Galvalume 钢板生产技术， 一方面说明该技术本身有独特之处， 另一方
面也说明市场对 Galvalume 钢板有较大的需求。一个产品的市场需求与其性能特征是密切相关的。 Galvalume 钢板最突出的性能是其优秀的耐腐蚀能力和良好的热反射特性， 这两点对建筑用材来说尤 为重要，其次就是其良好的耐热性能、焊接性能、涂料漆膜附着性以及 Al-Zn 合金的双相组织所特有的花 纹形貌。为便于比较，表 3 列出了 Galvalume 钢板和热镀纯锌钢板的主要性能的比较。 表3 Galvalume 钢板与 GI 钢板的比较
单质Si粒子 镀层 枝晶状 富Al区 枝晶间 富Zn区
金属间化合物层 钢基体
图1
未经平整的 Galvalume 镀层 【 】 的表面形貌 14
图2
Galvalume 镀层的断面构造
【28】
4.1
外层 与镀层外貌相对应， Galvalume 镀层的外层主要是由树枝状的富 Al 相骨架及充填其间的富 Zn 相组成，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ【1】
。当时的方法类似于热镀纯
锌。可是，在钢板上热镀 Al 含量较高的 Al-Zn 合金是很困难的，主要是因为镀浴中的金属 Al 与钢基板间 的剧烈反应(生成 Al-Fe 金属间化合物 )会快速消耗、减薄钢基板(0.65mm 的钢板可在 2 分钟内反应消耗完
【2 】
)，从而无法保证产品的机械性能和镀层的质量。1963 年，研究取得了突破：在镀浴中添加少量(约为
【7】
。1979 年，约翰利萨特被 BHP 收购；1986 年 BHP 又全资买下
了 BIEC，成为独家 Galvalume 钢板生产技术输出商。顺便提及，从最初的伯利恒钢铁公司到后来的 BIEC， 在 Galvalume 的知识产权的保护上做得非常的成功。 BIEC 将取得其 Galvalume 生产技术许可证的厂商按区 域成立了四个铝锌涂层技术合作组织(ZAC)(表 2)。这四个 ZAC 各自定期举行技术交流会，每两年还举行 一次全球性的会议 InterZAC。无论是地区性的 ZAC 会议还是 InterZAC 会议，交流的内容极少向外界公开