热浸镀锌池合金体系相关相平衡及界面反应研究
发布时间：2020-05-23 03:24
【摘要】：热浸镀是一种经济而有效的钢铁防腐技术,由于其工艺简单、防腐蚀性能优良而得到广泛应用,但仍受困于两大问题:1)热浸镀锌工艺中含硅钢的硅反应性问题,导致镀层变厚、脆性增大、粘附性变差。需要在锌浴中加适量的合金元素(Al、Co、Zr、Cu、Ni、Ti等)来控制钢中的Si、P对镀层的不良影响,但其作用机理尚不明朗;2)Zn-Al熔体对材料的腐蚀问题。Co基超合金具有优良的耐Zn-Al熔体腐蚀性能而备受关注,但其Zn-Al/Co界面反应有待研究。本文围绕锌池合金体系中与Fe-Zn反应、Co-Zn反应密切相关的Zn-Fe-Al-Zr、Zn-Fe-Al-Sn、Zn-Fe-Co-Cu 和 Zn-Co-Al-Fe 四元系相关的界面反应及其相关系展开研究。综合运用平衡合金法、扩散偶法及相图计算法研究了Al-Zn-Zr三元系;利用平衡合金法实验测定了 Zn-Co-Cu三元系600和450℃等温截面、Al-Fe-Sn 三元系 320、700 和 1000℃等温截面和 Zn-Co-Al-Fe(93 at.%Zn)四元系450℃等温截面;通过热浸镀实验,研究了 Al/Co、Zn-Al/Co界面反应以及Co基合金耐Al液腐蚀机理。研究结果表明,实验测定的Al-Zn-Zr三元系800℃等温截面有13个三相平衡区;存在1个三元化合物T相,其成分范围与450℃时相比有所缩小,为16.84～55.1 at.%Zn、18.02～56.3 at.%Al;T相能与所有的二元化合物保持平衡。800℃ 时,Zn 在 8 个 Al-Zr 化合物 Zr3Al、Zr2Al、Zr3Al2、Zr4Al3、ZrAl、Zr2Al3、ZrAl2 和 ZrAl3 中的最大溶解度分别为 7.5、0.84、0.33、0.89、0.91、1.12、0.64和3.8 at.%。Al在Zn3Zr、Zn2Zr和ZnZr中的最大溶解度分别是1.6、1.3和13.6 at.%。通过热力学评估计算了该三元系450和800℃等温截面,计算结果与实验结果自洽良好。在Zn-Co-Cu三元系600和450℃等温截面中,分别存在5个和6个三相平衡区,但没有三元新相;γ-Co5Zn21相和Γ-Cu5Zn8相在600和450℃都形成连续固溶体,都属于I43m(217)型面心立方晶体空间群结构;600℃时,Co在β相和δ相中最大溶解度分别为8.8、1.8 at.%;Cu在β1相和γ1相中最大溶解度分别为7.9、14.7 at.%;450℃时,Co在β'相和ε相中最大溶解度分别为6.7、8.5 at.%,Cu在β1、γ1和γ2相中最大溶解度分别为11.2、14.4、12.9at.%。测定了 Al-Fe-Sn三元系320、700和1000℃等温截面,分别存在6个、5个和3个三相平衡区,没有发现三元新相;液相能与4个Fe-Al金属间化合物平衡共存;320℃时L-Sn中A1和Fe最大溶解度分别达到5.1 at.%和0.6 at.%;在700℃和1000℃时液相区己包含整个Al-Sn边,其中Fe的溶解度随液相L中Sn含量的增加而先减后增。测定了 Zn-Co-Al-Fe(93 at.%Zn)四元系富锌角450℃等温截面,ζ-FeZn13相和CoZn13相、CoAl相和FeAl相分别能形成连续固溶体,但FeA13(或Fe4A113)相与Co4Al13相则不能形成连续固溶体;FeAl3相能分别与CoA1、Co2Al5、Co4Al13、Fe2Al5和液相 L 平衡共存;CoAl 相能分别与 Co2Al5、T、δ、ζ、Fe2A15、FeAl3及液相L平衡共存;Fe在CoAl相中的最大溶解度为27.1 at.%;Zn在FeA13、Fe2Al5、Co4Al13 和 Co2A15 相中的最大溶解度分别为 13.4、14.6、9.7 和 16.0at.%。实验研究了 Zn/Co、0.3 wt.%Al-Zn/Co界面反应,Al的加入明显抑制了Zn/Co界面反应。通过热力学计算发现,当Co含量大于0.18 at.%时,CoAl相的吉布斯自由能将低于Co-Zn化合物的,在自由能驱动下,Co原子将扩散穿透γ2相层,进入富A1区与其结合形成CoAl颗粒,并且随着反应温度的升高,扩散加快,CoAl层变厚且更加致密,阻碍Co、Zn原子的互扩散,从而抑制Zn/Co界面反应。研究了 Al/Co界面反应,在700℃时分别反应lh、2h、4h、8h和12h都得到A19Co2和Al13C04两化合物相层;内层Al13Co4相沿垂直于Al/Co界面方向呈枝晶状生长。研究了不同成分的CoMoCrSi合金的铸态组织及其耐铝液腐蚀性能;组织中Laves相比例随Mo、Si含量增大而提高;其中具有高硬度的CoMo28.5Cr16.7Six合金的耐腐蚀性随着Si含量的增加而提高,腐蚀产物主要是(Co,Mo,Cr)2Al9和(Mo,Cr)Al5,其中共晶组织耐蚀性较差。
【图文】：
烘干溶剂法简称干法，是钢件经助镀剂处理后需要先烘干再浸入锌浴中，逡逑若将附着湿的助镀剂的钢件直接浸入锌液中将发生剧烈反应、导致炸锌［７］。所逡逑以工件经助镀剂处理后必须先烘干后立即浸入锌浴中进行一定时间的浸镀，一逡逑般为１－３分钟，得到的锌镀层的粘附力和表面质量都要比湿法工艺好［２］。因此，逡逑目前常用的都是烘千溶剂法热浸镀锌工艺。该工艺的优点很多，主要有：１）处逡逑理费用低，生产设备投入也低；２）简单快捷省时省力；３）镀层质量好，持久逡逑耐用，可靠性高，幵性强。所以，我国一般热镀锌钢结构件广泛应用于国家基逡逑础建设产业［９］，主要有：１）塔杆类，如电力塔和路灯杆等；２）钢结构工程，，逡逑多层停车库和各种支架等；３）交通设施，如护栏、护网和指示牌等；４）其他，逡逑如线路金具和地埋件等。但是烘千溶剂法热浸镀锌面临突出的缺点：１）能耗高；逡逑２）生产中产生的“工业三废’’高，给后续的污染处理带来严重的压力与成本；逡逑３）生产得到的锌镀层良好率不高，由于工件结构复杂、大小不一以及钢件材料逡逑本身的成分差异给生产中镀层质量控制带来不利因素。因此，目前我国大部分逡逑一般热浸镀锌厂在国家环境保护政策高压下面临着工艺升级改造以及厂址搬迁逡逑的压力。逡逑
着实验技术及方法的更新，Ｓｕ等人与众多研宄者们［１４＿１９］先后对该二元系进行了逡逑多次实验测定或计算研宄，直到目前该二元系相图己趋完善，最常用的Ｆｅ－Ｚｎ逡逑二元相图被Ｍａｓｓａｌｓｋｉ收集于二元相图手册当中，如图１．３所示［２（））。逡逑Ｗｅｉｇｈｔ邋Ｐｅｒｃｅｎｔ邋Ｚｉｎｃ逡逑０逦１０逦２０逦３０逦４０逦５０逦６０逦７0逦８０逦９０逦１００逡逑１３00＼邋Ｌ邋；逡逑Ｉ邋／逦＼逦ｘ逡逑匕邋９００－９１８°Ｃ逦＼逦－逡逑Ｅ逦。邋（心．聊逦７８２0ｃ逦＼逡逑占邋－７－２°：ｃ逦逦＼逡逑R萦忮巍义希
本文编号：2677071
【图文】：
烘干溶剂法简称干法，是钢件经助镀剂处理后需要先烘干再浸入锌浴中，逡逑若将附着湿的助镀剂的钢件直接浸入锌液中将发生剧烈反应、导致炸锌［７］。所逡逑以工件经助镀剂处理后必须先烘干后立即浸入锌浴中进行一定时间的浸镀，一逡逑般为１－３分钟，得到的锌镀层的粘附力和表面质量都要比湿法工艺好［２］。因此，逡逑目前常用的都是烘千溶剂法热浸镀锌工艺。该工艺的优点很多，主要有：１）处逡逑理费用低，生产设备投入也低；２）简单快捷省时省力；３）镀层质量好，持久逡逑耐用，可靠性高，幵性强。所以，我国一般热镀锌钢结构件广泛应用于国家基逡逑础建设产业［９］，主要有：１）塔杆类，如电力塔和路灯杆等；２）钢结构工程，，逡逑多层停车库和各种支架等；３）交通设施，如护栏、护网和指示牌等；４）其他，逡逑如线路金具和地埋件等。但是烘千溶剂法热浸镀锌面临突出的缺点：１）能耗高；逡逑２）生产中产生的“工业三废’’高，给后续的污染处理带来严重的压力与成本；逡逑３）生产得到的锌镀层良好率不高，由于工件结构复杂、大小不一以及钢件材料逡逑本身的成分差异给生产中镀层质量控制带来不利因素。因此，目前我国大部分逡逑一般热浸镀锌厂在国家环境保护政策高压下面临着工艺升级改造以及厂址搬迁逡逑的压力。逡逑
着实验技术及方法的更新，Ｓｕ等人与众多研宄者们［１４＿１９］先后对该二元系进行了逡逑多次实验测定或计算研宄，直到目前该二元系相图己趋完善，最常用的Ｆｅ－Ｚｎ逡逑二元相图被Ｍａｓｓａｌｓｋｉ收集于二元相图手册当中，如图１．３所示［２（））。逡逑Ｗｅｉｇｈｔ邋Ｐｅｒｃｅｎｔ邋Ｚｉｎｃ逡逑０逦１０逦２０逦３０逦４０逦５０逦６０逦７0逦８０逦９０逦１００逡逑１３00＼邋Ｌ邋；逡逑Ｉ邋／逦＼逦ｘ逡逑匕邋９００－９１８°Ｃ逦＼逦－逡逑Ｅ逦。邋（心．聊逦７８２0ｃ逦＼逡逑占邋－７－２°：ｃ逦逦＼逡逑R萦忮巍义希
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