热镀锌板具有良好的冷加工、热加工性能，可焊性和耐腐蚀性，广泛应用于汽车、家电、输电铁塔、建筑等行业[1-2]。镀锌板的表面质量对后续的生产及应用会产生较大影响，如表面的锈蚀会导致漆膜鼓泡、起皮、掉皮，不但影响美观，还会破坏油漆的防腐蚀效果。因此，镀锌板的表面质量是重要的验收指标之一，要求镀锌板表面颜色均匀、无损伤、无锈蚀。虽然镀锌板有较好的耐腐蚀性能，但是在潮湿污染环境中，尤其是高温、高湿、高盐的海洋大气中容易发生腐蚀，产生白色、红色锈斑，严重影响镀锌板的表面质量。多年来，国内外学者对镀锌板在不同环境下的腐蚀行为进行了研究，逄昆等[3]研究了不同地域海洋大气环境中镀锌板的腐蚀行为与机制，指出青岛大气环境中的Cl－使电镀锌板的腐蚀加剧；黎敏等[4]研究了不同镀锌板的镀层结构及耐腐蚀性能，得出了pH会对腐蚀产物的结构产生影响，锌铝镁镀层涂装后具有优良的耐腐蚀性；金泉军和余海彬等[5-6]对镀锌板的腐蚀试验方法进行了研究，对不同试验方法进行了较详细的介绍。

某厂生产的热轧热浸镀锌钢板材料为U20082钢（08钢），厚度为0.8 mm，表面镀锌量要求为60 g/m2。镀锌工艺为：热轧钢板→脱脂（NaHCO3）→水洗→酸洗→溶剂助镀→烘干→热浸镀锌→冷却→钝化→磷化→检验入库。镀锌板在沿海某地存储半年后，出库抽检时发现板材表面颜色不均匀，部分区域发现有白斑。笔者采用一系列理化检验方法分析了镀锌板表面产生白斑的原因[7]，并提出了相应的防护措施，以避免类似问题再次发生。

1. 理化检验

1.1 宏观观察

镀锌板表面宏观形貌如图1所示。由图1可知：镀锌板表面颜色不均匀，形貌类似水渍，部分区域有白色斑状物，同一板材白斑聚集分布，不同板材的白斑随机分布，最小白斑的边长约为几毫米，最大白斑约占整个板材面积的1/3，白斑处堆积有白色絮状物，镀锌板上未发现腐蚀坑、划伤等缺陷。

图 1 镀锌板表面宏观形貌

1.2 化学成分分析

采用电感耦合等离子体发射光谱仪对镀锌板基材进行化学成分分析，结果如表1所示。由表1可知：镀锌板基材的化学成分符合GB/T 699—2015《优质碳素结构钢》对U20082钢的要求。

Table 1. 镀锌板基材的化学成分分析结果

1.3 扫描电镜（SEM）及能谱分析

利用扫描电镜对镀锌板表面进行观察，结果如图2所示。由图2可知：无白斑区域板材表面较洁净，未发现附着物，板材表面有高低起伏的波纹，表面部分区域平滑，部分区域粗糙；白斑区域表面附着物较薄，附着物多分布在粗糙区域，而在相对平滑的区域未发现明显附着物，附着物较厚的区域可观察到疏松多孔的腐蚀产物。

图 2 镀锌板表面SEM形貌及能谱分析位置

对镀锌板表面进行能谱分析，分析位置如图2（b），2（d），2（f）所示，分析结果如图3所示。由图3可知：无白斑区域表面成分主要为Zn元素，此外还有少量的Fe、Al、Cr和O等元素，附着物较薄区域与无白斑区域相比，其O元素含量明显增加，还检测出了S元素；附着物较厚区域的O元素含量更高，还检测出了S和Cl元素。

图 3 镀锌板表面能谱分析结果

1.4 X射线衍射（XRD）分析

在白斑处附着物较厚区域取样，对试样表面进行XRD分析，结果如图4所示。由图4可知：试样主要含有Zn元素，还有少量的ZnO。

图 4 镀锌板白斑处附着物较厚区域XRD分析结果

1.5 金相检验

分别在白斑区域和无白斑区域切取金相试样，将试样镶嵌、磨制、抛光后，置于光学显微镜下观察，结果如图5所示。由图5可知：无白斑区域板材表面镀层完整，厚度较均匀，镀层与基体界面结合良好，未发现夹杂、镀层分离等现象，厚度测量平均值约为10.78 μm；白斑区域与无白斑区域无明显差异，厚度测量平均值约为9.56 μm。

图 5 镀锌板表面镀锌层微观形貌

采用体积分数为4%的硝酸乙醇溶液腐蚀镀锌板试样，然后将试样置于光学显微镜下观察，结果如图6所示。由图6可知：镀锌板基体显微组织为铁素体+少量珠光体，晶粒度为11.5级，板材表面组织与心部组织未发现明显差异。

图 6 镀锌板基材显微组织形貌

2. 综合分析

镀锌板表面镀锌量要求为60 g/m2，锌的密度为7.14 g/cm3，计算镀锌板表面镀锌层厚度约为8.4 μm，镀锌板的镀锌层实际厚度均大于8.4 μm，镀锌层厚度较均匀，与基体结合良好，未发现破损、分层等现象。镀锌板基体材料的化学成分符合标准要求，显微组织未发现异常，晶粒细小，未发现明显混晶现象。镀锌层的主要成分为Zn元素，未发现成分异常。镀锌板存放半年后发现部分板材表面有白斑，白斑区域的附着物中含有较多的O元素，还有少量S、Cl元素，说明镀锌板存储期间接触到了含有S、Cl元素的腐蚀性介质，白斑处含有ZnO。通过上述分析可知，镀锌板发生了腐蚀，腐蚀产物主要为ZnO。其中O元素是参与腐蚀的主要元素之一，ZnO通常为疏松多孔结构，镀锌板表面腐蚀产物也呈类似形貌。疏松多孔结构无法阻止腐蚀介质与新鲜基体接触，也就无法阻止腐蚀。腐蚀产物中还检测出Cl和S元素，大气中的Cl－和SO2是造成镀锌层发生腐蚀的主要因素[8]。试验表明，当Cl－质量分数增大时，介质的电导率变大，锈层的电阻下降，使Cl－更容易在镀锌层表面的锈层吸附，破坏锈层结构，加速腐蚀的发生，有Cl－参与的腐蚀产物是碱式氯化锌。

学者们针对碱式氯化锌对腐蚀的作用有两种不同的观点，一种观点认为，碱式氯化锌是不溶性的胶状物，电导率较低，覆盖在表面形成致密的保护层，从而阻隔镀层与外界物质的传输，增强镀层的耐腐蚀性，但当pH较大时，介质处于碱性状态，释放出Cl－，进而促进腐蚀的发生[9]；另一种观点认为，碱式氯化锌并不致密，也不能起到保护作用，反而随着碱式氯化锌的逐渐形核长大，原有保护膜被破坏，加速了腐蚀的进程。实际上阴极反应生成OH－，使介质呈碱性，碱式氯化锌并不能稳定存在，因此在Cl－环境中镀锌层的腐蚀会一直持续下去，在有SO2的大气介质中，会生成Zn4SO4（OH）6·5H2O，这是SO2使材料发生腐蚀的原因。

镀锌板白斑区域腐蚀产物较厚区域的腐蚀产物主要为ZnO，虽然能谱仪检测出了Cl元素，但是未检测出Zn（OH）8Cl2·H2O，证明Zn（OH）8Cl2·H2O并不能稳定存在，而只是一个中间状态；腐蚀产物较薄区域的能谱检测未发现Cl元素，只检测到S元素，腐蚀产物较厚区域的腐蚀程度较重，而腐蚀产物较薄区域的腐蚀程度较轻，介质中有Cl－参与腐蚀的区域腐蚀程度较重，而无Cl－参与腐蚀的区域腐蚀程度较轻，说明介质中Cl－的腐蚀作用大于SO2。Cl－的主要来源是海洋大气和海洋性季候风的多雨环境等[10]。腐蚀产物较薄区域的腐蚀优先发生在表面较粗糙的部位，这是因为表面粗糙更容易吸附腐蚀介质。

镀锌板堆叠存放在沿海地区，受高温、高湿、高盐的海洋大气影响，板材之间的缝隙容易因潮湿空气凝结而在局部区域形成液膜，最终导致镀锌层发生腐蚀，镀锌板表面相对干燥的区域则不发生腐蚀，Cl－是发生腐蚀的主要原因，SO2的腐蚀作用相对较弱。

3. 结语及建议

镀锌板在海洋大气环境中存储时，潮湿空气凝结在板材表面局部区域形成液膜，使镀锌层接触到含有Cl－的腐蚀性介质，导致镀锌层表面发生腐蚀，生成疏松多孔的ZnO腐蚀产物，在宏观上表现为腐蚀白斑。

建议定期检查存储环境，保持环境清洁，梅雨季节做好库房通风、除湿处理，相对湿度最好保持在50%以下，避免镀锌板表面积液，对镀锌板表面进行涂防锈油处理。

文章来源——材料与测试网