热浸镀锌中锡的作用和相关相平衡研究

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1、湘潭大学硕士学位论文提要1热浸镀锌中锡的作用和相关相平衡研究（提要）热浸镀锌是用来提高钢构件耐环境腐蚀性能的一种表面处理技术，它广泛的应用于建筑，车船制造，容器制造，机电和家用电器等领域。热浸镀锌分为一般镀锌和连续镀锌。一般镀锌是钢结构件经清洗、酸洗和助镀处理后，在445～455℃的锌液中浸镀3～8分钟，钢件表面形成Fe-Zn合金层的工艺，它一般适用于小批量产品的镀锌，在建筑、通信、家电等方面应用较多；连续镀锌是钢材经清洗、除油、酸洗和助镀处理后快速通过锌池，在表面镀上一层纯锌的工艺，这种工艺适

2、用于线材、板材和带钢。连续镀锌钢板可分为镀纯锌钢板——GI钢板和镀后退火处理钢板——GA钢板，后者由于具有很好的表面质量和优异的抗腐蚀性能，且成本较低，在工业生产特别是汽车工业中得到广泛应用。无论是连续镀锌还是一般镀锌，锌池都是用来进行浸镀的主要部分，锌池中的合金元素和钢基体中的合金元素对镀层都有重要影响。钢基体中的硅是在连铸时作为脱氧剂或者是作为强化的合金元素而加入。钢中的硅元素对热浸镀锌非常敏感。钢基中的硅含量从0.03wt%增加到0.12wt%时，镀层厚度急剧增加，硅量大于0.25wt%，

3、镀层厚度再次增加，这不仅增加了锌的消耗，也使镀层质量下降，镀层与基体结合强度下降，使其在随后的处理或加工过程中容易受到破坏，这种含一定的硅量的钢材在热浸镀时与锌液剧烈反应，镀层中的脆相ζ相异常快速生成，获得的镀层过厚的现象称[1]为硅的反应性或Sandlin效应。抑制Sandlin效应的最合适的途径是改变锌池的化学成分。其中最常用的方法就是在锌池中添加镍来抑制镀层的生长，这种方法只对硅含量小于0.25wt％的反应性钢有[2]效。随着连续铸钢技术的普及，含硅量较高的镇静钢和半镇静钢1湘潭大学硕士学

4、位论文提要2得到广泛的应用。此时锌池中添加锡或锡合金能够很好的抑制高硅[3]钢的Sandlin效应。热浸镀锌本身由热浸镀锡发展而来，因此锡是锌池中一种重要的元素。锌池中的锡最初加入是为了获得漂亮大锌花的镀层，但是由于降低了熔点，也降低了镀层的耐环境腐蚀性能。现在研究者都在研究无锌花镀层。最近的研究表明锡能够很好的抑制高硅钢的Sandlin效应。但是锡的含量进一步的增加，将会研究的影响锌池的寿命，使锌池很容易腐蚀穿孔而破坏，要抑制该现象的发生，必须对该现象进行研究，了解产生该现象的原因。稀土加入锌

5、池能够改善镀层质量，1979年国际铅锌研究组织(ILZRO)与列日(Leige)冶金研究中心(CRM)成功研究了商品名为[4]Galfan的合金镀层，其耐腐蚀性能是纯锌镀层的2～3倍。稀土元素加入锌池，能够很好的改善锌液的流动性，净化锌液，改善锌液对钢基的润湿性，减少锌耗。许多科研小组研究了稀土改进镀层性[5-8]能的机理，不同的研究小组给出了不同的解释。各小组的解释不甚一致，据此所获得锌池中的稀土的添加量也就不一样。同时，他们都认为锌池中稀土的添加量应该是微量的。锌池中的合金元素非常的多，合金

6、元素之间也存在着相互作用，锡加入能够抑制高硅含量钢的sandelin效应。稀土和加入的合金元素就形成了一个二元体系，这是最基础的体系。想要了解互相作用的机理，必须对相图和热力学有着清楚的认识，利用相图计算的方法对相应的二元体系的评估是一项基础工作，为相关高元系的研究打下基础。据此，本文分为三部分，第一部分是Fe-Zn-Si-Sn四元相图的实验测试，第二部分是二元体系的热力学优化，第三部分是锌池中锡对镀层生长动力学的影响。Fe-Zn-Si-Sn四元系450℃等温截面测试，利用实验技术，在[9][1

7、0]Fe-Zn-Si和Fe-Zn-Sn三元体系450℃等温截面的基础之上，通过配制12个合金，在真空状态下熔炼，然后淬火，由于锌的高饱和2湘潭大学硕士学位论文提要3[9]蒸汽压，选择了苏旭平等人发明的底部淬火法，保证了样品的名义成分与实际成分之间的准确性。随后在450℃下保温15天，然后按照传统的合金制备的方法进行合金的制备，制备好的合金利用金相显微镜和扫描电镜来观察形貌，利用能谱仪进行成分分析。所有的合金的相都是通过X射线衍射来最终确定，但是由于有的相在合金中所占的比例非常的小，所以会出现X射

8、线探测不到的情况，通过能谱仪和前人相关的研究确定该相。经过对12个合金的分析和相关三元系的外推，获得了Fe-Zn-Si-Sn四元系450℃等温截面的相图，该相图包括了5个四相区，通过四相区，确定了相区的边界，得到的相图如下：图1Zn-Fe-Si-Sn四元系450℃等温截面对研究锡对含硅量较高的Sandelin效应的抑制机理提供了理论基础。3湘潭大学硕士学位论文提要4本文采用CALPHAD技术，选择合适的热力学模型，采用国际通用的评估规范，对Dy-Sn体系的相图和有限的热化学数据进行热力学优化和评