锌-铝复合镀层的组织结构分析

1.锌-铝复合机械镀层的制备

因为铝粉颗粒表面存在Al₂O₃膜层，铝粉的吸附、沉积过程略不同于锌粉，铝粉添加之前经活化剂（如草酸、氟硅酸盐等）活化。所用铝粉的表面形貌见图3-33，铝粉呈不规则形状，铝粉颗粒的粒径分布为5～32μm，粒径在35μm左右的铝粉所占比例小于5%。

图3-33 铝粉的表面形貌

锌-铝复合机械镀工艺流程为：电阻炉加热脱脂→酸洗除锈→加料（水、玻璃丸介质、工件）→加浓硫酸调整pH→建立基层（加入锌粉和无机锡盐）→加入保持性活化剂+氟化物（如氟硅酸钠）→镀层增厚（循环加入锌粉、铝粉和沉积性活化剂）→水抛光强化→出料→箱式电阻炉干燥（温度约为100℃）。

2.锌-铝复合机械镀层的金相组织

图3-34所示为Zn-3%Al复合镀层化学浸蚀后的微观结构，经化学浸蚀后镀层的内部结构清晰可见。镀层试样抛光、浸蚀后没有发现铝粉存在，镀层主要由锌粉构成，镀层的组织结构与机械镀锌层类似。

图3-34 Zn-3%Al复合镀层化学浸蚀后的微观结构

图3-35所示为Zn-3%Al镀层断口的SEM形貌。图中可清晰发现，镀层是一多孔结构。镀层中发现了铝粉的存在，如图3-35中的箭头所指。断口的SEM观察还发现，镀层中锌粉和铝粉之间存在明显的界线，锌粉与铝粉颗粒之间的结合机制主要是机械结合。

图3-35 Zn-3%Al镀层断口的SEM形貌

a）低倍下镀层的断口形貌 b）高倍下镀层的断口形貌

3.锌-铝复合机械镀层的化学组成(www.xing528.com)

锌-铝复合镀层的XRF图谱见图3-36，元素分析结果见表3-5，可见镀层表面中主要含有Zn、Al、Sn、Fe和少量的Pb、Mn、Ni、P、S、Si、Cu。其中少量的Pb、Mn、Ni、Cu来自于锌粉中的杂质（见表3-2），P、S、Si的存在可能是锌-铝复合机械镀过程中镀液中添加了少量硅酸盐、硫氢酸盐和磷酸的原因。镀层表面主要是锌，质量分数超过92%。

图3-36 锌-铝复合镀层的XRF图谱

表3-5 Zn-Al镀层表面的XRF元素分析结果

Zn-3%Al机械镀层断口的能谱分析表明，镀层中分布有Zn、Al、Fe和Sn（见图3-37），镀层可以认为是锌基铝、锡、铁复合镀层。锌含量从镀层与基体界面到镀层表面由85%增至95%；铁的质量分数低于5%，这与机械镀过程所添加的沉积化学添加剂有关；锡的质量分数低于5%，这是因为仅仅在基层建立阶段加了少量的锡盐；铝的质量分数最高点低于5%，平均质量分数约2%，因为机械镀过程中铝粉的添加量占金属粉总量的3%左右。

图3-37 镀层断口的元素分布

Zn-3%Al复合镀层的XRD图谱见图3-38。镀层中仅发现了锌、锡、铁相，没有发现铝相，原因可能是铝粉的加入量太少，当物相的质量分数少于5%时，XRD分析可能检测不到物相的存在^[28]。图3-38表明，锌-铝机械镀层中不存在化合物、固溶体、氧化物等合金相，是金属单质的混合结构体。前面镀层的XRF分析结果表明，镀层表面铝的质量分数高达4.8985%。此处XRD分析时镀层中没有发现铝相，除了XRD分析精度的影响因素外，还可能是在锌-铝机械镀过程所添加铝的有效利用率低，且发生了铝在镀层表面的富集。因此，锌-铝机械镀层是锌、铝、锡、铁构成的多相混合体系。

由以上分析可知，Zn-3%Al复合镀层是锌基金属镶嵌体，镀层包括锌、铝、锡、铁金属单质，镀层中没有化合物或固溶体等合金相。锌-铝复合镀层的结构与机械镀锌层类似，都以锌粉颗粒为镀层的构成主体，镀层中存在孔隙，添加铝粉构成锌-铝复合镀层后铝粉在镀层中游离态存在，镀层形成过程也没有发生结晶过程，镀层中铝粉和锌粉之间存在明显的界线。

图3-38 Zn-3%Al复合镀层的XRD图谱