热浸镀锌池合金体系相关相平衡及界面反应研究

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1、学校代码10530学号201230990085分类号TG113密级公开博士学位论文热浸镀锌池合金体系相关相平衡及界面反应研究学位申请人刘永雄指导教师李智教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向相平衡及合金热力学二零一八年六月InvestigationonPhaseEquilibriaandInterfacialReactionsoftheRelevantAlloySystemsinHotDipGalvanizingCandidateYongxiongLiuSupervisorProfessorZhiLiColl

2、egeSchoolofMaterialScienceandEngineeringProgramMaterialScienceandEngineeringSpecializationPhaseEquilibriaandAlloyThermodynamicsDegreeDoctorofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune2018湘潭大学博士学位论文摘要摘要热浸镀是一种经济而有效的钢铁防腐技术，由于其工艺简单、防腐蚀性能优良而得到广泛应用，但仍受困于两大问题：1）热浸镀锌工艺中含

3、硅钢的硅反应性问题，导致镀层变厚、脆性增大、粘附性变差。需要在锌浴中加适量的合金元素（Al、Co、Zr、Cu、Ni、Ti等）来控制钢中的Si、P对镀层的不良影响，但其作用机理尚不明朗；2）Zn-Al熔体对材料的腐蚀问题。Co基超合金具有优良的耐Zn-Al熔体腐蚀性能而备受关注，但其Zn-Al/Co界面反应有待研究。本文围绕锌池合金体系中与Fe-Zn反应、Co-Zn反应密切相关的Zn-Fe-Al-Zr、Zn-Fe-Al-Sn、Zn-Fe-Co-Cu和Zn-Co-Al-Fe四元系相关的界面反应及其相关系展开研究。综合运用平衡合金法、扩

4、散偶法及相图计算法研究了Al-Zn-Zr三元系；利用平衡合金法实验测定了Zn-Co-Cu三元系600和450℃等温截面、Al-Fe-Sn三元系320、700和1000℃等温截面和Zn-Co-Al-Fe（93at.%Zn）四元系450℃等温截面；通过热浸镀实验，研究了Al/Co、Zn-Al/Co界面反应以及Co基合金耐Al液腐蚀机理。研究结果表明，实验测定的Al-Zn-Zr三元系800℃等温截面有13个三相平衡区；存在1个三元化合物T相，其成分范围与450℃时相比有所缩小，为16.84~55.1at.%Zn、18.02~56.3at

5、.%Al；T相能与所有的二元化合物保持平衡。800℃时，Zn在8个Al-Zr化合物Zr3Al、Zr2Al、Zr3Al2、Zr4Al3、ZrAl、Zr2Al3、ZrAl2和ZrAl3中的最大溶解度分别为7.5、0.84、0.33、0.89、0.91、1.12、0.64和3.8at.%。Al在Zn3Zr、Zn2Zr和ZnZr中的最大溶解度分别是1.6、1.3和13.6at.%。通过热力学评估计算了该三元系450和800℃等温截面，计算结果与实验结果自洽良好。在Zn-Co-Cu三元系600和450℃等温截面中，分别存在5个和6个三相平衡

6、区，但没有三元新相；γ-Co5Zn21相和Γ-Cu5Zn8相在600和450℃都形成连续固溶体，都属于Im43(217)型面心立方晶体空间群结构；600℃时，Co在β相和δ相中最大溶解度分别为8.8、1.8at.%；Cu在β1相和γ1相中最大溶解度分别为7.9、14.7at.%；450℃时，Co在β´相和ε相中最大溶解度分别为6.7、8.5at.%，Cu在β1、γ1和γ2相中最大溶解度分别为11.2、14.4、12.9at.%。测定了Al-Fe-Sn三元系320、700和1000℃等温截面，分别存在6个、5个和3个三相平衡区，没有

7、发现三元新相；液相能与4个Fe-Al金属间化合物平衡共存；320℃时L-Sn中Al和Fe最大溶解度分别达到5.1at.%和0.6at.%；在700℃和1000℃时液相区已包含整个Al-Sn边，其中Fe的溶解度随液相L中I湘潭大学博士学位论文摘要Sn含量的增加而先减后增。测定了Zn-Co-Al-Fe（93at.%Zn）四元系富锌角450℃等温截面，ζ-FeZn13相和CoZn13相、CoAl相和FeAl相分别能形成连续固溶体，但FeAl（或3Fe4Al13）相与Co4Al13相则不能形成连续固溶体；FeAl3相能分别与CoAl、Co

8、2Al5、Co4Al13、Fe2Al5和液相L平衡共存；CoAl相能分别与Co2Al5、T、δ、ζ、Fe2Al5、FeAl3及液相L平衡共存；Fe在CoAl相中的最大溶解度为27.1at.%；Zn在FeAl3、Fe2Al5、Co4Al13和Co2A