作為提高鋼材耐腐蝕性的方法之一，通常會在鋼板表面涂覆其他金屬。盡管傳統的鍍鋅工藝可以提升鋼板耐腐蝕性，但鋅是一種有限的金屬資源，而其他金屬涂鍍層在防腐方面則存在先天不足，如鋁容易與海水中的氯離子反應，反而會加劇腐蝕，因此，在海洋領域的應用受到一定限制。通過添加鎂和硅等其他元素，形成合金化涂鍍層，可以彌補這一不足。不過，傳統工藝是將鋼板浸入金屬鹽浴，鎂很難作為涂鍍層進行沉積。就在近期，韓國科研人員開發了一種全新的鋁硅鎂涂鍍層鋼板方案，相關成果在2021年11月刊載于國際腐蝕科學頂級期刊《腐蝕科學》第192卷，論文名稱為《PVD鎂涂鍍層及熱處理鋼板鋁硅鎂薄膜的超高耐腐蝕性》（Ultra-high corrosion resistance of Al-Mg-Si film on steel sheet formed by PVD Mg coating and heat treatment）。
該新產品的研究開發由韓國海事海洋大學海洋系統工程系和海洋先進材料融合工程系牽頭，浦項全球研發中心浦項鋼鐵解決方案研究實驗室材料性能團隊參與。研究人員采用物理氣相沉積（PVD）的磁控濺射技術對鍍鋁鋼板（涂鍍層含有鋁和硅）進行鎂涂鍍。然后將涂鍍層暴露于375℃（707℉）的高溫下進行熱處理，加熱時間有所區別，并對涂鍍層形貌進行表征，最后，研究團隊對新涂鍍層進行標準鹽霧腐蝕試驗來檢測其耐腐蝕性，分別比較了加熱0min、5min或30min的新涂鍍層鋼板，以及普通鍍鋁鋼板和鍍鋅鋼板。
試驗結果顯示，新涂鍍層鋼板的性能遠遠好于普通涂鍍鋼板。鍍鋁和鍍鋅鋼板試樣在鹽霧暴露800h后出現明顯的銹蝕現象。未經熱處理的新涂鍍層鋼板試樣表現較好，但在1600h后開始出現嚴重腐蝕。經過30min熱處理的鋼板試樣在2000h之前幾乎沒有生銹，但2000h后，銹跡明顯增多。這是由于熱處理加熱時間過長，對涂鍍層有一定的破壞作用。但對于熱處理5min的鋼板試樣而言，即使在2400h后試驗結束，也幾乎沒有發生腐蝕。
經過細致深入的檢查，研究團隊初步確定了涂鍍層的防腐機理。腐蝕產物也形成了兩層，其中，表層主要由鋁基腐蝕產物組成，內腐蝕層由鋁、鎂和硅基產物組成。此外，腐蝕產物的內層起到了屏蔽作用，可以更長時間保護鋼材免受腐蝕。與此同時，試樣的熱處理使得鎂更多遷移到基板中，進一步強化了屏蔽作用。
值得注意的是，鹽霧腐蝕試驗與真實環境的腐蝕沒有直接關系。因為這種試驗手段采取了集中噴霧，可以加速完成正常環境下需要數年或數十年的腐蝕過程，而且并不能考慮所有的因素，如干濕循環和除普通鹽水外的其他腐蝕劑。但研究結果足以證實，這種新型合金涂鍍層具有很大的應用潛力。
該研究利用簡單的表面處理方案制備出高耐腐蝕性的鋼板，今后非常適用于船舶、海洋平臺和沿海設施，這對于節約能源和環境資源具有非常重要的意義，也有助于實現可持續發展的目標。 |
