锌涂层的金相制样
锌涂层广泛用于钢铁的腐蚀防护。 但是锌涂层差异很大，因此金相制样是一个挑战。 本应用说明展示了经过验证和优化的方法，这些方法将有助于以快速可靠的方式制备锌涂层样品，从而得到高质量的图像用于结构解释。
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锌涂层的主要特点
钢铁的镀锌涂层主要用于保护铸铁、低碳钢和低合金钢，防止腐蚀。 锌涂层具有阴极防腐作用，即在空气和水环境中，锌会形成碳酸锌，从而对下面的钢起到防腐作用。为了增强镀锌钢板的防腐性能或增加装饰元素，可以在锌涂层上增加有机涂层，如箔或油漆。 因此，镀锌产品常用于很多行业，如汽车、家居用品、电器和建筑行业。
锌涂层的金相
锌涂层的金相分析是产品研发、质量控制和失效分析的重要工具。 在处理锌涂层时，金相分析主要用于：- 失效分析
- 测量锌涂层的厚度
- 分析涂层和基材的微观结构
- 检查附着性
图 1： 铝锌镀层，经 1% 硝酸乙醇蚀刻，500x
图 2： 热浸锌涂层表面，SEM
生产：钢板镀锌
图 3： 热浸镀锌的原理
电解镀锌
锌涂层通过电解沉积在钢板上，均匀地形成一层很薄的纯锌涂层。热浸
钢板连续通过锌熔池。 所得涂层的厚度通常在 7-15 µm 之间，但也可能厚达 20 µm。 加工完成后，一些热浸镀锌零部件可能会进行进一步处理，包括热处理或在熔锌池中静态浸泡。
有很多非常具体的镀锌方法。 您可以在完整的应用说明中详细了解这些方法。
图 4： 电解沉积锌涂层，抛光至 1 μm。 用纯酒精进行最终清洁/抛光，1000x
图 5： 加工后的锌涂层，经 0.5% 硝酸乙醇蚀刻，在基体金属的边缘为 γ 相，锌基体中有大的 δ 柱体，200x
制备锌涂层样品用于金相分析时面临的挑战
由于锌涂层的硬度和厚度会有差异，因此在金相制样过程中的性能也不同。 此外，一些锌涂层会与水发生反应，使得制样过程异常困难。
镶样过程中的挑战
镀锌试样的镶样可能是一个挑战，尤其是在时间紧迫的情况下。 为避免收缩间隙，必须确保镶嵌材料和试样之间的正确粘合。
图 6： 试样和树脂之间的收缩间隙可能会导致水渍和酒精污渍，以及圆边角和研磨碎屑残留，200x
研磨和抛光步骤的挑战
根据涂层中锌的纯度，锌涂层会变得更软和对水更敏感，尤其是普通热浸镀和电解沉积涂层，锌的含量很高。 这会使它们变软并容易发生机械变形。 它们不能用水清洁。
图 7： 软涂层，可以看见研磨和抛光划痕，500x
图 8： 与水反应导致变色和锌受到侵蚀，1000x
锌涂层的研磨和抛光建议
传统方法中，镀锌钢板采用不同粒度的碳化硅箔或研磨纸进行研磨，然后进行两步或三步的金钢石抛光。 为缩短此过程的时间，可以用专用的精磨盘 (MD-Largo) 代替碳化硅箔或研磨纸进行精磨。制样方法
以下制样方法可根据工艺要求进行优化。
五步研磨和抛光方法包括：
- 用碳化硅箔或碳化硅研磨纸 #320 进行平面研磨。
- 用 MD-Largo 和 DiaPro Allegro 9 µm/DiaPro Largo 9 µm 悬浮液进行精细研磨。
- 用 MD-Dac 和 DP Suspension A、3 µm 悬浮液和黄色润滑剂进行金刚石抛光。
- 用 MD-Dur 和 DP Suspension A、1 µm 悬浮液和黄色润滑剂进行金刚石抛光。
- 为避免表面清洁问题，建议采用浸润了异丙醇变性乙醇的 MD-Chem 抛光布进行额外的处理。
- 对于自动加液系统，无水金刚石悬浮液和润滑剂可避免着色。
- 如果使用不带自动加液系统的研磨和抛光设备，金刚石喷雾的效果极佳，因为它不含水。
- 绸布虽然不能完全避免划痕，但能够使试样保持平整。
- 应避免使用柔软的起绒布进行抛光，因为可能会造成起伏。
清洁和干燥锌涂层
由于锌会与水反应，因此清洁试样比较困难。 水在研磨过程中的影响无关紧要，但在后续抛光步骤中可能会导致涂层变色，这可能会影响分析。如何避免变色：
- 不要在金刚石抛光步骤之间用水清洁。 而应采用异丙醇变性乙醇擦拭和冲洗试样。 用洁净的压缩空气吹干。
- 对于最后的清洁，用浸润异丙醇变性乙醇的 MD-Chem 抛光布进行简单的抛光。 冲洗并干燥试样。
- 如果使用自动加液系统，可对加液系统进行设定，在最终抛光后立即使用大剂量的无水润滑剂。 这将使后续清洁更容易。
图 9： 用水清洁后的热浸涂层，500x
图 10： 用乙醇清洁后的热浸涂层，500x
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锌涂层的蚀刻建议
锌涂层的最常用蚀刻剂是 0.5-2% 的硝酸乙醇。 蚀刻时间很短，只需几秒钟。 过度蚀刻很容易发生，所以蚀刻应小心进行。
图 11： Galfan 涂层，经 0.5% 硝酸乙醇蚀刻。 主要的枝晶结构，500x
图 12： 与图 9 相同的涂层。 放大倍数更高，显示了富锌固溶体 α 以及由 α 和富铝相 β 组成的片状共晶结构，1000x
图 13： Galvaneal 涂层，经 1% 硝酸乙醇蚀刻。 在钢基体和锌涂层之间显示有薄的富铁扩散层 γ。 该涂层为锌铁结构，浓度因与基体金属的距离而不同，1000x
深入了解
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总结
钢铁镀锌通常用于汽车、电器和建筑行业，以避免铸铁、低碳钢和低合金钢腐蚀。根据镀锌方法的不同，锌涂层的硬度和厚度也不同。 因此，它们在金相制样过程中的性能也不同。 此外，一些锌涂层会与水发生反应，使得制样过程异常困难。 一般来说，锌涂层需要：
- 使用适当镶嵌树脂的可靠镶样方法。
- 在刚性研磨盘 (MD-Largo) 上使用金刚石悬浮液进行精细研磨。
- 使用异丙醇变性乙醇进行抛光和彻底清洁。
- 很短时间的蚀刻。
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所有图片均由丹麦应用专家 Ólafur Ólafsson 提供。
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