Si、Zr对热浸镀铝锌镀层组织的影响及相关相平衡研究

摘要

钢铁腐蚀不仅给国民经济造成了巨大损失，还严重危害着人们的生命财产安全。热浸镀是最直接有效的钢铁表面防护技术之一，其中Galvalume镀层由于具有良好的耐蚀性、高温抗氧化性和外观装饰性而广泛应用于各个领域。但是，在Galvalume镀层的生产过程中，仍然存在金属间化合物层厚度过厚、熔池中底渣过多、镀层表面锌花不均的问题。因此，本研究试图通过向熔池中添加不同含量的Si、Zr元素抑制55％Al-Zn镀层中Fe-Al金属间化合物层的生长、减薄镀层金属间化合物层的厚度。本工作围绕Fe-Al-Zr三元系600℃相关系及Si、Zr对热浸镀铝锌镀层组织和生长动力学的影响展开了研究。研究成果对于开发新型铝锌合金具有较强的指导意义和一定的应用价值。
　　采用平衡合金法，结合光学显微镜、扫描电镜-能谱仪和X射线衍射分析测试技术，实验确定了Fe-Al-Zr三元系600℃等温截面。在该等温截面中存在25个三相区，实验确定了19个三相区，分别为Zr3Fe+α-Zr+τ2，Zr3Fe+ZrFe2+τ2，Zr3Al+α-Zr+τ2，Zr3Al+Zr2Al+τ2，Zr3Al2+Zr2Al+τ2，Zr3Al2+λ1+τ2，FeAl+λ1+τ1，FeAl+FeAl2+τ1，FeAl2+Fe2Al5+τ1，Fe2Al5+FeAl3+τ1，λ2+τ1+τ3，λ2+ZrAl3+τ3，τ1+ZrAl3+τ3，ZrAl3+FeAl3+τ1，ZrAl3+FeAl3+α-Al，ZrFe2+FeAl+α-Fe，Zr3Al2+Zr4Al3+λ2，Zr2Al3+ZrAl+λ2和Zr2Al3+ZrAl2+λ2；其它的六个三相区ZrFe2+FeAl+λ1，ZrFe2+τ2+λ1，λ2+τ1+λ1，Zr3Al2+λ1+λ2，ZrAl2+ZrAl3+τ3和ZrAl+Zr4Al3+λ2能够被推出。Zr几乎不溶于Fe-Al金属间化合物，Fe在ZrAl2和Zr3Al2中的最大溶解度分别为10.54和1.76 at.%，在其它Zr-Al金属间化合物的溶解度不大于1.00 at.%，Al在Zr3Fe的最大溶解度为2.09 at.%；在该等温截面中发现了5个三元化合物，即λ1、λ2、τ1、τ2和τ3。
　　通过烘干溶剂法热浸镀实验，应用扫描电镜/能谱仪，分析了在Q235钢热浸镀55%Al-Zn过程中，熔池中Si、Zr含量和不同温度对铝锌镀层组织及生长动力学的影响。研究表明：在55%Al-Zn熔池中单独加入Zr元素时，Zr并不能直接抑制Fe-Al反应。但是当Si、Zr元素协同加入时，Zr可以促进τ5相的形成，从而抑制Fe-Al界面反应，降低金属间化合物层的厚度。随着55 wt.%Al-Zn-0.1 wt.%Zr熔池中Si含量的不断增加，镀层金属间化合物的形成顺序由FeAl3→τ5→Fe2Al5(0.6~1.6 wt.%Si）转变为τ5→FeAl3→Fe2Al5（2.6 wt.%Si），再转变为τ5→Fe2Al5（3.6 wt.%Si）。且当熔池中Si含量越多，金属间化合物层的厚度越薄。当在熔池中加入1.6Si-0.1Zr(wt.%)时，镀层的生长速率时间指数 n值最低，为0.5879，此时镀层的金属间化合物层的生长主要受扩散控制。浸镀温度越高，镀层Fe-Al金属间化合物层的厚度越厚。因此，最佳浸镀温度为600℃。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 热浸镀55%Al-Zn

1.2 Galvalume概述

1.3合金元素对Galvalume镀层的组织和性能的影响

1.4微量Zr元素在铝合金及热浸镀中的应用

1.5 Fe-Al-Zr三元系研究现状

1.6本课题的研究目的、意义和研究内容

第2章 Fe-Al-Zr三元系600°C等温截面的实验测定

2.1实验方法

2.2实验结果与分析

2.3本章小结

第3章 Si、Zr协同作用对热浸镀55%Al-Zn镀层组织和生长动力学的影响

3.1实验方法

3.2实验材料及设备

3.3实验步骤

3.4实验结果及分析

3.5本章小结

第4章 全文总结与展望

4.1全文总结

4.2展望

参考文献

致谢

个人简历、攻读硕士学位期间发表的论文