Zn-Fe-Al-P四元系相关系的测定及磷对热浸锌镀层组织的影响

摘要

合金化热镀锌钢板具有良好的焊接性、涂着性、耐热性和耐腐蚀性,已广泛应用于汽车制造业。但是合金化镀锌板在冲压过程中,其镀层容易出现粉化等缺陷,严重制约了我国汽车工业的发展。研究表明,钢中存在的微量合金元素磷对镀层合金化过程有较大的影响。为了弄清磷元素对Fe-Zn合金化反应的作用机理,以及深入研究热浸镀锌过程中磷和铝对镀层组织的协同作用,本论文展开了如下几个方面的研究。
　　为了准确获得Zn-Fe-Al-P四元系富锌角450℃等温截面相关系,本工作利用扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪等手段,采用平衡合金法重新测定了 Zn–Al–P三元系在450℃的等温截面相关系,得到的实验结果与已报道的Zn–Al–P三元系的相关系完全不相同。在这一等温截面的富锌部分,存在3个三相平衡区,即η-Zn+AlP+Zn3P2、AlP+Zn3P2+ZnP2及η-Zn+AlP+α-Al。AlP相能与所有的其他物相平衡共存,包括η-Zn、α-Al、Zn3P2和ZnP2。磷在η-Zn和α-Al相中的溶解度很低,Zn在AlP相中的溶解度约为1at.％。
　　依据以上实验结果,采用平衡合金法测定了含93at.%Zn的Zn-Fe-Al-P四元系450℃等温截面相关系。研究结果表明:在该等温截面上出现了6个四相平衡区,即η-Zn+FeAl3+Fe2Al5+AlP,η-Zn+T+Fe2Al5+AlP,η-Zn+FeP+Zn3P2+AlP,η-Zn+δ+T+AlP,η-Zn+ζ+δ+AlP和η-Zn+ζ+FeP+AlP。所有的合金样品中没有发现四元新相的存在。AlP相与除Fe2P之外的所有其它相共存,包括L-Zn、ζ、δ、T、Fe2Al5、FeAl3、FeP及Zn3P2。磷在ζ、T、Fe2Al5及FeAl3相中的溶解度都极小,而Zn能够存在于所有的已知化合物中。
　　通过Zn/Fe和Zn/Fe-P固液扩散偶实验,发现钢基体中的磷能够延迟或者抑制Г相的形成,但促进镀层中ζ相的生长,且磷含量越高,ζ相的生长速度越快,类似于一般镀锌中的硅反应性。
　　热浸镀锌实验结果表明:在0.15wt.%Al-Zn池中浸镀纯铁片时中,由于铝和铁在铁基表面与镀层之间形成一层抑制层,使镀层中先形成δ相,随后形成一层很薄的Г相。在铁基体中添加少量的磷,能显著抑制Fe-Zn反应。

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符号说明表

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 热浸镀锌概述

1.3 相图的测定方法

1.4 Zn-Fe-Al-P四元系的研究现状

1.5 本课题的研究内容及意义

第2章 Zn-Al-P三元系相关系的重新测定

2.1 前言

2.2 实验方法

2.3 实验结果与分析

2.4 本章小结

第3章 Zn-Fe-Al-P四元系相关系的测定

3.1 前言

3.2 实验方法

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第4章 磷对Fe-Zn金属间化合物生长的影响

4.1 前言

4.2 实验方法

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第5章 钢基中磷对热浸镀锌及合金化过程的影响

5.1 前言

5.2 实验方法

5.3 钢基中磷对热浸镀锌组织的影响

5.4 钢基中的磷对合金化过程的影响

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文