Zn-Bi-Fe-Ni四元系相关系的测定及Bi对镀层组织和耐蚀性的影响

摘要

锌及锌合金主要用于热浸镀锌,而热浸镀锌作为一种有效的钢铁表面防护工艺被广泛应用于钢铁构件的防护上。锌浴中的合金元素的增加会导致镀层组织及性能的改变。在锌浴中添加Ni元素能有效地控制圣德林钢的Fe-Zn反应。另外,除了Ni元素能提高锌浴的流动性外,还可以添加少量的Pb,但是由于Pb对环境有极大地危害,目前已经有许多国家禁止使用含Pb的合金。所以必须尽快找到一种能替代Pb的元素。研究发现,Bi是替代Pb加入锌浴中用于提高锌浴流动性的最佳替代品,而且它还可以降低锌液的表面张力,延长锅体的使用寿命。为了深入研究Ni和Bi在镀锌中的协同作用,已经有人研究了Zn-Bi-Ni三元系在450℃时的相关系,而本实验的研究工作是在此三元系的基础上测定含93at.％Zn的Zn–Bi–Fe–Ni四元系富锌角450℃等温截面,为继续研究Ni和Bi对Fe-Zn反应的协同作用提供理论依据。
　　本实验采用平衡合金法,利用扫描电子显微镜与能谱仪(SEM-EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段测定了含93at.%Zn的Zn–Bi–Fe–Ni四元体系富锌角450℃等温截面。实验结果表明:该四元体系中有2个四相平衡区[L(Zn)+L(Bi)+T+ζ和L(Zn)+L(Bi)+T+δ–Ni],5个三相平衡区[(L(Zn)+L(Bi)+ζ,L(Zn)+L(Bi)+T,L(Zn)+L(Bi)+δ–Ni,L(Zn)+T+ζ,L(Zn)+T+δ–Ni)]和4个二相平衡区[L(Zn)+ζ,L(Zn)+T,L(Zn)+δ–Ni,L(Zn)+L(Bi)];L(Zn)和L(Bi)分别可以与T,ζ,δ–Ni,(T+ζ),(T+δ–Ni)和(ζ+δ–Ni)共存;实验中没有发现新三元相的存在。
　　本工作还研究了合金元素Bi对工业纯铁热浸镀锌镀层组织及耐腐蚀性能的影响。通过在锌浴中添加适量的Bi,采用溶剂烘干法,将试样在450℃下浸镀,然后采用浸泡腐蚀法和电化学腐蚀法对浸镀后的试样进行耐腐蚀研究。通过SEM-EDS观察分析各个样品的镀层组织,通过对比分析得出不同Bi含量和不同浸镀时间对镀层组织及耐腐蚀性能的影响,研究结果表明:镀层由δ相、ζ相和η相(纯锌层)组成,在δ相和基体之间没有发现Г相的存在;随着浸镀时间的延长,δ相层,ζ相层和合金层厚度(δ相+ζ相)都有所增加;在锌浴中添加一定量的Bi元素可以抑制合金层厚度的增长;镀层的耐腐蚀性能随着Bi含量的增加而降低;本实验中镀层的腐蚀形式属于一般腐蚀。

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符号说明表

第1章 引言

第2章 文献综述

2.1 热浸镀锌的作用及其发展概况

2.2 相图的相关理论及主要测定方法

2.3 Zn–Bi–Fe–Ni四元体系的研究现状

2.4 本课题的研究内容及意义

第3章Zn-Bi-Fe-Ni四元体系富锌角450℃等温截面的测定

3.1 实验方法

3.2 实验结果与分析

3.3 本章小结

第4章 锌浴中添加Bi元素对镀层组织及耐蚀性的影响

4.1热浸镀锌镀层的耐蚀性

4.2 热浸镀锌工艺过程

4.3 实验材料及设备

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

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