随着石油天然气等能源需求量的不断增加，大管径、远距离的高级别管线钢应用已成为趋势，X8管线钢在保证安全性的前提下，可以降低成本、提高输送效率及经济效益，在国内外被广泛研究和应用。然而在管线钢服役过程中，由于铺设距离长、环境条件复杂等导致的管道腐蚀问题日益突出，严重影响到运输生产安全。热浸镀锌作为最佳的管线钢防腐方法之一，它具有工艺简单、成本低廉、产品美观和安全可靠的特点。热浸镀锌形成的镀层与钢基体之间具有良好的结合力，起到物理防护和电化学保护的双重作用，经热浸镀锌处理的钢铁材料防腐年限可达50年以上，因而被广泛应用于能源化工、机械制造等行业。在热浸镀锌过程中，锌液表面性能对界面反应和镀层凝固组织的影响尤为密切，润湿性差可能导致热浸镀锌时出现漏镀和粘附性不强等缺陷，影响镀层质量。因此，锌液的表面性能及其与钢材料表面的润湿性、铺展性和界面反应等与镀层质量密切相关，开展这方面的研究具有重要的实际应用价值。

向锌液中加入合金元素以提高锌液性能一直是许多研究的主题，然而受实验条件和理论模型的限制，锌液中添加合金元素目前还集中在对锌液流动性及镀层质量的影响研究。孔纲、徐其林等研究表明，锌液中添加一定量的Ni可提高锌液流动性及镀层耐蚀性，增强与钢基体间的润湿性，并对含硅钢的Sandelin效应有一定的抑制作用。许乔瑜等发现锌液中加入少量Mg能提高锌液流动性并控制活性钢镀层生长。孔纲等发现锌液中含少量Sn能促成锌花形成，并且Sn的存在可在锌液中添加较高量的Al，改善润湿性。吴俊琳、杨栋等研究发现稀土元素添加对Fe-Zn界面反应无明显影响，但会增强锌液流动性，降低锌液表面张力及与钢体间的润湿角。Fratesi等发现添加0.1%Bi会增加锌液流动性，降低表面张力，从而改善润湿性，并能促进锌花形成。

综上，合金元素的添加能显著改善锌液表面性能，然而Sb元素对锌液表面性能及其与X80钢表面润湿性和界面反应的影响研究较少，因此本工作选用Sb元素加入锌液，研究锌合金熔体在X80管线钢表面的润湿性，探讨合金元素分布与熔体表面张力、润湿性及界面反应之间的相互联系，为研究和开发具有更高应用价值的热浸镀锌产品进行指导。

1实验

实验用X80钢基板尺寸为20 mm×20 mm×3 mm，其化学成分如表1所示。另选用陶瓷（Al2O3）基板作对比实验，陶瓷基板尺寸同样为20 mm×20 mm×3mm。实验开始前，X80钢基板和陶瓷（Al2O3）基板经砂纸打磨并用金刚石抛光剂抛光至表面粗糙度Ra约为30 nm，之后放在丙酮中超声清洗3次，每次4 min，以去除表面油污和杂质。

表1 X80钢基板的化学成分

采用纯锌和纯锑配制锌锑合金用于本研究，金属元素锌和锑纯度均为99.99%，实验过程中配制四种锌锑合金，其锑含量分别为1.0%、2.0%、3.0%、4.0%（质量分数），并分别命名为合金A、合金B、合金C和合金D。将配制好的合金封入石英管进行真空熔炼，熔炼过程中每间隔1 h倒置摇晃一次，使其充分熔炼均匀。熔炼后的锌锑合金经打磨除去表层氧化皮，切割成直径为2～3 mm、质量为0.22～0.24 g的类球状颗粒，在丙酮中超声清洗3次（每次4 min），备用。

采用改良座滴法实验装置进行润湿实验，预处理后X80钢基板先放置在氧化铝样品台上，调至水平。在室温下用机械泵将实验腔室抽真空至5×10-1Pa，再用分子泵抽至大约5×10-4Pa，暂停分子泵后以10℃/min的速度缓慢加热到120℃进行保温，迅速通入经脱水脱氧净化处理后的高纯N2-10%H2混合气体。待炉内气压达到1.2个大气压后，打开出气系统使炉内气压达到动态平衡，接着以20℃/min的速度继续加热到800℃模拟退火，保温5 min后，再以15℃/min的速度降温至450℃滴落温度，待熔锌合金推入Al2O3滴落管，在滴管中熔融后经气体挤压的方式使熔体滴落到X80钢基板表面。用高速高分辨率数码相机记录锌锑合金轮廓，及锌锑合金界面反应全过程。重复实验降低实验误差，每种成分合金获得3个有效实验样品以备分析。

滴落实验后，样品在气体环境中冷却至室温。使用轴对称液滴分析软件（ADSA）提取接触角，基于拉普拉斯方程计算锌合金熔体表面张力。选取典型的实验样品，用4%硝酸酒精腐蚀后，用能谱仪（EDS）和扫描电子显微镜（SEM）观察分析样品表面及截面，并对润湿界面、三相线微观结构及化学组分进行分析。