图1 Zn-0.2%Al镀层的表面形貌

图2 Zn-5%Al-RE合金镀层的表面形貌

2.2 截面形貌

图3是热浸镀Zn-5%Al-RE镀层的截面形貌。热浸镀后进行空冷时，整个镀层截面为片层状共晶组织；而水冷时为颗粒状共晶，均与涂层的表面形貌相对应。对于成分在共晶点附近的这种Zn-Al合金，当热浸镀过程中提高镀件的冷却速度时，可使晶粒细化，并可得到完全的共晶组织，而当冷却速度较低时，由于不同的Al含量，则产生先共晶富Zn相，或先共晶富Al相[13]。本文中由于进行热浸镀的试样尺寸不大，无论采用空冷或水冷，都能达到足够的冷却速度，使镀层中形成完全的共晶组织。Zn-0.2%Al镀层的截面难以显示出晶粒大小，因此未给出其截面形貌。

图3 Zn-5%Al-RE镀层的截面形貌

2.3 Tafel 极化测试

图4是不同冷却方式Zn-0.2%Al镀层和Zn-5%Al-RE镀层的Tafel极化曲线。经拟合得出的各镀层的腐蚀电位和腐蚀电流见表1。除腐蚀电位和腐蚀电流的不同，电化学极化曲线的形态并没有显著的差异，阳极均为活化控制，阴极则由氧扩散控制。相对于空冷的试样，Zn-0.2%Al镀层水冷时腐蚀电流减小；而Zn-5%Al-RE镀层水冷时腐蚀电流增大。

图4 Zn-0.2%Al和Zn-5%Al-RE镀层的极化曲线

2.4 中性盐雾实验

4种试样在中性盐雾实验出现5%红锈的时间，对于Zn-0.2%Al镀层，空冷和水冷试样分别是185 h和250 h,水冷镀层的耐蚀性能是空冷时的1.35倍；对于Zn-5%Al-RE镀层，空冷和水冷试样分别是981和279 h,空冷试样的耐蚀性能是水冷试样的2.44倍，可见不同冷却方式对Zn-5%Al-RE镀层的影响更显著。而Zn-5%Al-RE水冷镀层的耐蚀寿命只略高于Zn-0.2%Al水冷镀层，几乎没有表现出应有的耐蚀性能。

2.5 XRD分析

2.5.1 镀层的分析

分别对Zn-0.2%Al和Zn-5%Al-RE不同冷却方式的镀层进行XRD分析，见图5。Zn-0.2%Al镀层两种冷却方式均只含有Zn相，但两个试样检测部位的晶粒位向存在差异，Zn-5%Al-RE水冷镀层和空冷镀层也存在类似的晶粒位向的差异。虽然文献中曾提出晶体位向可影响镀层或金属的耐蚀性[14,15,16],但经多次检测发现，对于相同成分、相同冷却方式的两个单独的试样，甚至同一试样的不同部位，其晶粒位向也存在明显差异，因此难以得出晶粒位向对Zn-0.2%Al及Zn-5%Al-RE镀层耐蚀性能影响程度的结论。

图5 热浸镀层的的XRD谱

经半定量分析，Zn-5%Al-RE空冷镀层富铝相的含量为7%,Zn-5%Al-RE水冷镀层的富铝相含量为5%。由图3可以看出水冷时富铝相较少的结果。当快速冷却时，由于形成较多晶核，来不及生长成片状，周围即发生凝固，且由于冷却较快，在富锌相中保持了较高的固溶度，因此形成的富铝相以颗粒状为主，且富铝相含量较少。

2.5.2 盐雾实验后腐蚀产物的分析

对盐雾实验后的4种镀层试样进行了XRD分析，衍射图谱见图6。分析4种镀层的腐蚀产物可以发现：（1） Zn-0.2%Al水冷镀层相对于Zn-0.2%Al空冷镀层，Zn5（OH）8Cl2H2O含量增加、ZnO含量减少；（2） 与Zn-0.2%Al镀层相比，Zn-5%Al-RE镀层的腐蚀产物中出现Zn6Al2（OH）16CO34H2O,其它腐蚀产物相的相对含量均下降；（3） Zn-5%Al-RE水冷镀层相对于空冷镀层，Zn4（CO3）（OH）6H2O、ZnO的含量均增加。

图6 中性盐雾试验后的XRD谱

2.6 冷却速度对镀层组织及耐蚀性能的影响

高纯度的Al对晶间腐蚀不敏感[17],但当锌中存在杂质及含有Al时 （Al含量大于0.03%时） 晶间腐蚀明显，晶间腐蚀的速率可能会比均匀腐蚀和点蚀高几个数量级。腐蚀机理是杂质元素在锌中的固溶度有限，形成杂质相在晶界偏聚，并作为阴极相促进晶界附近Al的腐蚀[18]。对于Zn-0.2%Al镀层，当采取较快的冷却速度时，一方面可提高杂质元素及Al在Zn中的固溶度，另一方面由于晶粒细化，使晶界面积增大，这两方面均有助于降低杂质元素的偏聚程度。

而对于空冷的Zn-5%Al-RE合金镀层，显微组织为交替分布的片层状富锌层和富铝层，发生腐蚀时，表面的富锌相先发生腐蚀，腐蚀产物嵌于富铝相中，不易脱落；富铝相腐蚀缓慢并形成不易溶解的、附着良好的稳定的腐蚀产物，如Zn6Al2（OH）16CO34H2O,随着腐蚀过程的继续，富铝相腐蚀产物在表面富集，腐蚀速率进一步降低，因此腐蚀速率曲线呈现抛物线型，而非直线[19]。完全的共晶组织具有好的耐蚀性能。

而当Zn-5%Al-RE合金镀层冷却速度过快时，形成的颗粒状的富铝相无法阻止富锌相腐蚀产物的脱落；颗粒状的共晶组织表面虽然也形成少量Zn6Al2（OH）16CO34H2O腐蚀产物，但该腐蚀产物不连续，无法获得满意的耐蚀性能。

3 结论

（1） 热浸镀时水冷方式快速冷却使Zn-0.2%Al镀层的耐蚀性能提高；水冷方式使Zn-5%Al-RE合金镀层的耐蚀性能下降。

（2） 冷却方式对镀层耐蚀性能影响的机理可能是：对于Zn-0.2%Al镀层，快速冷却时，杂质元素及铝在锌中的固溶度提高，晶粒细化使晶界面积增大，使杂质元素在晶界的偏聚程度降低；而对于Zn-5%Al-RE镀层，当快速冷却使共晶组织由片层状转为颗粒状时，表面无法形成连续的、稳定的富铝相腐蚀产物，对镀层的保护性能下降。