扫描电镜下锌铁镀锌层剥落行为的原位观察

镀锌(GA)钢的涂层由几种锌铁金属间化合物组成。总体而言，其相结构复杂，依次为n(Fe₃Zn₁₀)、n1 (Fe₅Zn₂₁)、δ1(FeZn₇)、ζ(FeZn₁₃₎和η(Zn)^[1]。影响GA钢板成形性能的Zn - Fe涂层的相结构和组分随锌浴成分和温度、浸泡时间、退火温度和时间等因素而变化。GA钢板已广泛应用于汽车、家电等行业。锌铁金属间化合物的脆性会导致其在印刷过程中剥落或粉末状，从而降低其耐腐蚀性和可涂性。粉末化和剥落是GA涂层在印刷过程中的两种主要断裂形式。

由于形成具有良好抗断裂性能的涂层非常重要，因此开展了许多提高抗剥落和抗粉化性能的研究。然而，由于断裂机理不明确，以及涂层相结构和成分的差异，影响GA涂层成形性因素的研究结果并不一致。此外，目前报道的关于裂纹起裂点和扩展路径等剥落行为的研究并不令人满意。此外，涂层的剥离行为与相结构之间的关系尚不清楚。

图1. 在500℃退火15 s、600 s、1440 s和2220 s时，热浸镀锌铝钢GA涂层中不同Fe含量的XRD谱图^[1]

使用的GA钢板的Zn-Fe涂层总厚度平均为7 μm(试样A)， 14 μm(试样B)。此外，A试样涂层中Fe含量变化幅度分别为13,15,21,24at。B试样的铁含量为9 at.%。x射线衍射分析结果表明，GA钢板(试样A和试样B)的Zn-Fe涂层主要由δ1相和Γ相组成。接下来，钢基体的脆性为Γ相，其次为δ1相。GA钢(试样A)含铁涂层的x射线衍射图如图1所示。具有不同铁含量的GA涂层(试样A)在弯曲过程中处于压应力状态的横截面区域的剥离情况如图2所示。如图2所示，即使在施加弯曲载荷之前，涂层中也存在垂直于钢基材的裂纹。

这些裂纹很可能是由于相变引起的体积变化或退火过程中涂层内部发生的突出反应。由于这些预诱发裂纹在非常低的应变下迅速扩展，因此很难检测到裂纹的起裂点。但是，随着应变的增加，可以观察到剥落行为。随着应变的增加，在退火过程中预诱导的垂直裂纹中有一条裂纹扩展并向上扩展到Γ/Fe基体界面。另一方面，在Γ/Fe基体界面处萌生的裂纹沿界面扩展。然后，这个裂缝与附近的垂直裂缝结合，导致剥落。

图2. 弯曲时处于压应力状态的GA涂层的横截面图(试样a) ^[1]

[1] F.R. Fazylov (2014) Macroscopic theory of the electron work function in solids, Philosophical Magazine, 94:17, 1956-1966.

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