Zn-Bi-Ni和Zn-Bi-Fe体系的相平衡研究

摘要

热浸镀锌是一种广泛应用的经济而有效的钢铁防腐工艺技术。含Si钢的热浸镀锌一直是研究工作者面临的一项技术难题。在含Si钢热浸镀的过程中,钢中的Si会使得镀层表面灰暗,镀层过厚且镀层与钢基体结合强度差,表层易脱落。研究发现,在锌浴中添加少量的Ni可以控制Si的反应性,提高镀锌层的质量。出于对环境以及人类健康的考虑,人们用Bi替代Pb来提高锌浴的流动性,减少锌的消耗,从而提高“质量-成本”比。然而Ni和Bi的协同作用对镀层组织的影响仍存在争议。Zn–Bi–Fe–Ni四元体系的相平衡关系以及热力学描述对于理解Ni和Bi在镀锌过程中的协同作用至关重要。本工作实验研究Zn-Bi-Ni三元体系和Zn-Bi-Fe三元体系的相平衡关系,为Zn–Bi–Fe–Ni四元体系的热力学模型的建立提供必要的基础,以此来探寻获得高质量锌合金镀层的方法。
　　在本工作中,通过平衡合金法,利用扫描电子显微镜与能谱仪(SEM-EDS)及X-射线衍射(XRD)等分析手段,实验测定了Zn-Bi-Ni三元体系在600℃和750℃下的等温截面。实验结果表明:在这两个等温截面中,都存在三个三相区,即在600℃的截面中包含γ+β1+L,β1+α-Ni+L和 NiBi+α-Ni+L三个三相区;在750℃的截面中包含β+γ+L,β+β1+L和β1+α-Ni+L三个三相区。在这两个等温截面中,Ni-Zn二元系中的所有相都能与L相共存。Bi几乎不溶于任何的Ni-Zn中间相及α-Ni,Zn也几乎不溶于NiBi相。由于Bi-Zn二元系中混溶间隙的存在,在冷却的过程中,两个截面的γ+L两相区中出现了L相转变成L(Bi)和L(Zn)两相的现象。通过对比750℃,600℃以及450℃的等温截面图可以看出,随着温度的降低,液相L与α-Ni相之间的平衡转变成NiBi与β1相之间的平衡,由此可以推断在450℃～600℃之间存在一个四相平衡转变。DTA结果表明,该四相平衡反应的温度为537.3℃。
　　另外,实验还测定了Zn-Bi-Fe三元体系在700℃下的等温截面相图。该等温截面较简单,只存在一个三相平衡区Γ+α-Fe+L,两个两相平衡区。Bi在Γ和α-Fe两个相中几乎没有溶解度。

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符号说明表

第1章 引言

第2章 文献综述

2.1 热浸镀锌概述

2.2 相图理论及其研究方法

2.3 本课题的研究内容及意义

第3章 实验原理与方法

3.1 实验原理

3.2 合金样品的制备

3.3 合金样品的显微分析

3.4 合金样品的DTA分析

第4章 Zn-Bi-Ni三元体系相平衡研究

4.1 Zn–Bi–Ni三元体系的研究现状

4.2 实验结果与分析

4.3 本章小结

第5章 Zn-Bi-Fe三元体系相平衡研究

5.1 Zn–Bi–Fe三元体系的研究现状

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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