第五章 鋼材基材/表面處理效能結果與討論
第一節 暴露試驗前試片試驗結果
本節係針對尚未進行暴露或腐蝕試驗前之試片進行表面、界 面與基材等物理及化學特性進行試驗並討論分析。
試片表面粗糙度與硬度分析
表面粗糙度試片包括熱浸渡鋅、鋅鋁熔射與環氧樹脂等表面 處理試片（28N、28Z 與 28T），表面粗糙度影響材料之外觀與磨 擦力。本試驗係利用 SEM 進行表面觀察量測，放大倍率為 20~25
硬度試驗試片包括控制組 (28N、42N)、 304SS、316LSS、
28N、28Z 與 28T 等。試驗結果如下：
綜合表面粗糙度與硬度試驗結果：鋅鋁熔射塗層試片提供最 佳粗糙表面，而熱浸鍍鋅塗層試片硬度最佳。
圖 5- 2 熱浸鍍鋅表面
圖 5- 3 鋅鋁熔射表面
圖 5- 4 環氧樹脂表面
表 5- 1 基材/塗層表面硬度
試片編號 HV(g/mm2) HV (MPa) HRB 304SS 184.0 1.80 78.6 316LSS 326.3 3.20 95.9
28N 181.0 1.77 81.9 42N 210.5 2.06 91.1 28Z 59.1 0.58 75.4 28E 12.2 0.12 70.4 42T 29.8 0.29 -75.5
塗層膜厚量測分析
塗層膜厚係依膜厚尺度分別採用巨觀或微觀量測；膜厚量測 試片包括42Z、42T 與 42E。
鋅鋁熔射試片(42T)可以量尺測得其膜厚平均為 3.0 mm，如圖 5-5 所示。另外熱浸鍍鋅及環氧樹脂試片須藉由 SEM 圖測得，如 圖5-6 與 5-7 所示，環氧樹脂塗層膜厚為 161µm；熱浸鍍鋅膜厚約 為81µm，塗層（200×）概約可分為兩層，第一層（純鋅層）厚度
為24µm，第二層（鐵鋅合金層）厚度為 57µm。
以犧牲陽極方式保護鋼筋基材之表面處理方式，可依據塗層 腐蝕速率計算其保護塗層使用年限，以鋅鋁熔射3mm 膜厚與熱浸 鍍鋅膜厚僅約 200µm 以下比較之，鋅鋁熔射固然使用年限可大幅 增長；對於以隔絕阻斷方式抵抗腐蝕環境之環氧樹脂，其膜厚對於 鋼筋的握裹強度會有影響。
圖 5- 5 各種塗層剖面
1cm
42N 42Z 42T 42E
圖 5- 6 熱浸鍍鋅膜厚
圖 5- 7 環氧樹脂膜厚
界面微觀結構與化性分析
界面微觀結構分析主要判定基材與塗佈材料界面之鍵結性
Y=161.3µm
質，探討同一種基材於不同表面處理材料與方式，對界面結構性質 存在，故判斷為純鋅層(Pure Zinc)；第二層[II 層]厚度為 22μm，
表面均勻散佈較深色孔隙，元素分析包含 90%以上之 Zn 元素與 10%以下之 Fe 元素，判斷為富鋅層(Zinc Rich)；第三層[III 層]厚度 為34μm，無明顯孔隙且元素分析結果 Fe 元素上升至 35%，鋅元
材急速冷卻，無法形成密和鍵結面隨即硬固產生空隙。
圖5-9 中之上層[I 層]含有些許散佈孔洞，元素分析結果 Al-Zn 元素佔 96%以上以及少於 4%之 Fe 元素含量，判斷該區域為鋁鋅 層(Al-Zn)；下層[II 層]元素分析含有 94%以上之 Fe 元素與 5%以下 之Al-Zn 元素，判斷為碳鋼基材。
環氧樹脂與基材界面微觀結構與元素分析如圖 5-10 與表 5-3 所示，由微觀結構圖即可判斷上層如同流體硬固後之材質外觀為環 氧樹脂，下層則為碳鋼基材。同為放大500 倍率微觀圖顯示部分區 域之塗層與基材鍵結面完整附著無空孔，然而部分區域則殘留 5~10μm 不等之空孔界面。
綜合界面微觀結構與化性分析結果，初步瞭解唯有合金相結 構組織產生，使得界面鍵結能力足以提升，降低塗層與基材於RC 結構受應力狀況下剝離機率。
圖 5- 8 熱浸鍍鋅與基材界面結構
IV Steel
III Zn-Fe
II Zn Rich
I Pure Zn
表 5- 2 熱浸鍍鋅結構組織元素分析(atoms wt.%)
區域 Zn Fe 分析結果 文獻說明
I 100 0 Pure Zn 純鋅層 95.93 4.07
II 91.01 8.99 Zn Rich
ξ
層(zeta) III 64.02 35.36 Zn-Fe δ 層(delta)0 98.34
IV 0 99.03 Steel 碳鋼層
圖 5- 9 鋅鋁熔射與基材界面結構
II Steel I Al-Zn
Porosity Al-Zn
表 5- 3 鋅鋁熔射結構組織元素分析(atoms wt.%)
區域 Zn-Al Fe 分析結果 97.01 2.99
I
(界面以上 50µm) 96.21 3.79 Zn-Al Rich II
(界面以下 50µm) 4.76 94.01 Steel
圖 5- 10 環氧樹脂與基材界面結構