众所周知，稀土在各种材料中具有许多优异的性能，如:在金属材料中，可以细化基体晶粒，强化基体组织，提高基体的力学性能和机械性能，提高金属基体的耐腐蚀性能。在热镀锌过程中，加入适量的稀土金属，不仅可以降低锌液的熔点，增加锌液的流动性，使热镀锌层薄而均匀，增加镀层的表面光洁度，而且可以大大增强镀层的耐蚀性和机械性能，延长镀层的保护时间[2~3]。中国是世界上稀土储量最丰富的国家之一。大力深入地开展稀土热镀锌技术的研究和开发，具有十分重要的经济效益和社会效益。

1.稀土在热镀锌中的应用与发展

1.稀土在热镀锌中应用的起源和发展。

稀土在热镀锌行业的应用最早由国际铅锌研究组织(ILZRO)和格雷冶金研究中心(CRM)研究，并于1980年成功研究出Zn-5% Al- 0.05% RE热镀锌铝稀土镀层& mdash& mdash& mdashGal电镀[4]。1982年，法国Fical公司实现了在钢丝上热浸镀Galfan。

工业生产。镀层的成型性、耐蚀性和结合力优于传统的热镀锌层，镀层致密均匀。盐雾试验和SO2大气试验结果表明，其耐蚀性远高于传统涂层[5]。1984年，美国内陆钢铁公司和比利时格雷冶金研究中心联合研制生产了平均厚度为12μ的Galfan合金涂层钢丝m，相当于20μ耐大气腐蚀性；m传统涂层，盐雾试验结果表明其耐蚀性比镀锌丝高2 ~ 3倍[6]。20世纪90年代，随着对镀锌材料需求的增加，Galfan合金电镀工艺迅速发展并取得巨大成功。

2.我国稀土热镀锌的发展及研究现状。

20世纪80年代，我国开始大规模研究热锌稀土技术，取得了一系列重要研究成果。80年代初，河北省冶金研究所与北京科技大学、河北故城钢丝绳厂合作，在国内首次研究了Zn-(0.02 ~ 0.3)% Re-(0.005 ~ 0.3)% Al-(0.05 ~ 0.50% Mg)合金对热镀锌层性能的影响，并于1986年研制成功Zn-0.2。紧接着，1986年，原天津市第四金属制品厂和包头稀土研究所根据国外Galfan专利的引进，经过三年的研发，在国内率先将这种合金热镀锌技术应用于机织网栏钢丝的生产，并于1989年通过了冶金部的鉴定。在同一时期，许多国内企业和研究人员也涉足这一领域进行研究和开发，并取得了良好的成果[3]。20世纪90年代以来，热Zn- 5%Al- RE防腐涂层的研究达到了高潮。1994年，天津钢丝厂首次引进Galfan合金热镀锌工艺，并引进美国钢丝热镀锌合金生产线，取得了良好的经济效益。此后，国内许多企业、科研院所等研究机构开展了铝、镁、稀土对热镀锌层性能影响的研究。

陈锦鸿，来自华南理工大学材料研究所等。研究了Zn- 5%Al- RE和Zn- Ni合金镀层的性能[8]。结果表明，与纯锌镀层相比，Zn- 5%Al- RE和Zn- Ni合金镀层具有优异的耐蚀性和加工性能，极薄的合金相层是合金镀层结合力良好的主要原因。合金元素的加入大大提高了涂层的耐蚀性。

龚明明通过正交试验讨论了铝、镁和稀土对镀层锌含量和耐蚀性的影响[9]。龚明明认为，在低铝锌合金中，含铝0.2%左右的合金耐蚀性最好，适量的稀土和镁可以提高镀层的耐蚀性。锌铝稀土镁合金镀层的耐蚀性是纯锌的2 ~ 3倍。

杜等人研究了稀土元素对热浸镀55%铝锌合金的影响[10]。研究表明，在55%铝锌合金热浸镀中加入0.1%的稀土元素，稀土元素在镀液表面富集，对保护镀液、防止和减少镀液氧化、改善镀层表面性能起到良好的作用。同时，镀层中稀土元素的浓度可能低于镀液中的浓度。在胡文杰，等等。钢管热浸镀添加微量稀土的锌铝合金后[11]，与普通热浸镀锌层相比，镀层平均厚度降低18% ~ 20%，锌耗降低10%。同时，与普通热浸镀锌层相比，稀土锌铝合金热浸镀锌层的耐蚀性提高了1 ~ 2倍。

向昌祥等。研究了Zn- Al- Ni- RE四元合金稀土在热镀锌行业的应用和发展，以及在实验室条件下对含硅钢(16Mn)热镀锌的影响[12]。研究表明，在锌液中同时加入Al、Ni、Ce等合金元素，可以抑制锌铁反应&ζ；相的异常生长存在协同效应，其中al的作用最明显，其次是Ce和Ni。在涂层中，Al均匀分布在涂层的各相中，Ni分布在铁基界面，ce干扰物& zeta在晶界上，这不仅抑制了& zeta相生长使涂层的晶粒更加细小和致密，在一定程度上提高了涂层的抗晶间腐蚀能力，增强了涂层的防护性能。许等人研究了镀液中添加微量稀土ce对热镀锌层耐蚀性的影响谭娟等。系统研究了稀土元素对GI镀锌液(锌锭中Al含量为0.15 wt% ~ 0.22 wt%)的流动性、镀层厚度、微观结构和耐蚀性的影响俞国凤等人通过实验对桥梁吊索用热浸镀Zn-5% Al稀土合金镀层的性能以及钢丝的力学性能和耐腐蚀性能进行了深入的研究和探讨上述结果表明，添加微量稀土元素不仅可以提高热镀锌层的力学性能和成形性能，还可以控制镀层厚度，降低锌耗。同时，在镀液中加入适量的稀土元素可以改善镀层的表面性能，增强镀层的耐蚀性。。。认为稀土的加入可以细化镀层表面的枝晶，改善镀液的流动性，降低镀层厚度，提高镀层的耐蚀性。其中，稀土对涂层耐蚀性的影响有一个最佳范围。在本实验条件下，当稀土含量为0.045% ~ 0.069%时，涂层的耐盐雾腐蚀性能约为纯锌涂层的2.8倍。此外，尹敬群等人。研究了添加微量La、ce稀土和Al对热镀锌层性能的影响钟升等人对热浸锌铝稀土合金层的组织和性能做了大量的研究二、稀土元素对热镀锌层的作用和影响。；。结果表明，在镀液中加入0.05%左右的稀土Ce能显著提高镀层在酸性介质中的耐蚀性；如果稀土Ce的加入量增加到0.1%，涂层对中性腐蚀介质的耐蚀性明显提高。

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杜等[10]认为稀土元素在55%铝锌合金镀液中分布不均匀，容易在镀液表面积累，从而对镀液表面起到很好的保护作用。

根据文献[14]，在锌浴中加入微量稀土后，热浸镀锌浴的表面张力降低[18]。根据异相成核的动力学条件[19]，镀液表面张力降低，导致固液界面比表面能降低，临界成核半径减小，成核速率增加，表面晶粒尺寸细化。涂层的晶界密度增加，杂质分布均匀，亚晶界逐渐变浅，提高了亚晶界的耐蚀性。然而，稀土的加入存在一个最佳范围，超过这个范围，涂层的耐蚀性会随着稀土的加入而降低。实验表明，稀土加入量的最佳范围小于0.069%。

张建强等人的研究表明[20]，在Zn- 5%Al合金中添加微量稀土可以改善钢丝与合金镀层界面的润湿性，细化合金镀层的晶粒尺寸，减少晶间腐蚀。实验表明，涂层的耐蚀性与稀土含量有关。当稀土含量为0.06%时，涂层的耐盐雾腐蚀性能最好。

在参考文献[21]中，杨云等人研究了稀土添加对Zn- 5%Al合金热浸镀锌的影响。结果表明，在Zn- 5%Al合金中加入0.1% ~ 0.2%稀土，可以降低合金镀液的表面张力，减小镀液与钢板的润湿角，增加镀液在钢板上的上升高度和吸附功，从而改善合金镀液与钢板的润湿性，增加合金镀层。

参考文献[22]指出，微量稀土元素的加入降低了镀液的熔点，增加了合金的流动性，改善了镀层的成形性，在一定程度上降低了锌耗和能耗。同时，微量元素使合金镀层的耐电化学腐蚀和耐化学腐蚀能力比普通镀层高2 ~ 4倍。

在参考文献[23]中，吴俊琳等人在研究锌基合金中添加微量稀土元素对热镀锌层性能的影响后发现，稀土元素可以净化杂质，减少合金中的活性阴极相，阻止阴极过程，从而提高合金镀层的耐蚀性。同时，合金中的稀土元素是表面活性物质，倾向于富集表面，能在涂层表面形成致密均匀的氧化层，阻碍外界杂质原子向涂层中扩散，减缓涂层的氧化腐蚀过程。此外，微量稀土元素的加入可以降低镀液的表面张力，降低成核的临界尺寸，增加晶核的数量，为镀液的结晶提供异质晶核。而不成为异质形核的稀土元素富集在合金结晶前沿，阻碍晶粒长大，促进晶粒细化，使基体组织更加细化，从而加强了涂层的保护作用，也阻止了外界原子向涂层中扩散，延缓了腐蚀过程。这一结论也与文献一致。

在文献[2]中，宋等对微量稀土元素在锌基热浸镀合金中的作用和影响进行了深入的研究。结果表明，稀土能降低镀液的表面张力、润湿角和流动性，从而改善镀层的成形性。同时，稀土可以使镀后合金的显微组织更加均匀细小，晶粒得到细化，稀土还可以净化和细化合金，延缓合金表面的氧化。此外，添加微量稀土后，合金镀层表面以ZnO为主要成分的疏松膜会转化为ZnCl2 & middot4Zn(OH)2为致密膜，导电性差，能有效抑制进一步的腐蚀反应，提高涂层的耐蚀性。虽然目前稀土的作用机理尚不明确，导致实际操作中稀土的添加量没有统一的标准，但一致的观点是稀土的含量不宜过高，一般不超过0.2%。根据原子半径相近的固溶体理论，稀土的原子半径远大于锌的原子半径，所以它在锌液中的固溶度很小。如果加入过多的稀土，多余的稀土可能与Zn反应生成Zn- RE金属间化合物，影响镀层质量，不必要地增加锌的消耗和稀土材料的浪费，还会加速锌锅的腐蚀[30~31]。

三。当前稀土热镀锌研究中存在的问题

从以上讨论可以看出，在热镀锌合金中加入微量稀土元素，可以提高热镀锌层的各项性能，特别是耐蚀性，同时可以在一定程度上降低锌耗，节约能源，降低生产成本，提高生产效率。然而，要将稀土大规模应用于热镀锌行业，还有许多棘手的问题需要解决，包括:

(1)稀土在合金镀层中的作用机理尚不确定，需要进一步研究和探讨；

(2)目前大部分热镀锌稀土合金还处于实验室阶段，研发可用于工业生产的热镀锌稀土合金还有很长的路要走。

(3)应用最新技术和科研成果，开发新的功能性热镀锌合金材料和工艺方法，将是今后热镀锌行业发展的重要方向；

(4)目前国内很多镀锌厂设备陈旧，不仅自动化程度低，生产效率低，生产成本高，而且造成严重的环境污染。因此，积极研发新型节能环保的镀锌设备及配套设备已成为亟待解决的重大课题。

结束语

随着人们对热镀锌材料各种性能要求的提高，传统的热镀锌技术已经难以满足人们的要求。稀土热镀锌工艺作为在传统热镀锌基础上改进的生产工艺，不仅大大提高了热镀锌层的耐蚀性和各种表面性能，而且不改变原有生产工艺，不增加生产成本，因此越来越受到各大厂家的重视。同时，稀土热镀锌的理论研究将迎来新的发展高潮。