Fe-Zn合金层生长和ZAM镀层组织的研究

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1、学号：12101320常州大学硕士学位论文Fe-Zn合金层生长和ZAM镀层组织的研究研究生陈一磊指导教王建华师学科、专业名称材料工程研究方向金属材料表面改性2015年4月StudyontheGrowthofFe-ZnIntermetalliclayerandMicrostructureofZAMCoatingADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByChenYilei(MaterialsProcessingEngineering)DissertationS

2、upervisor:Prof.WangJianhuaApril，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学

3、位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要热浸镀锌是一种防止钢铁被腐蚀的有效保护方法，在热浸镀时，靠近钢件表面会形成一系列Fe-Zn中间合金相。钢中含

4、有的钛和磷元素对热浸镀锌层的生长具有一定的影响，这引起了很多研究者的关注。对镀锌层进行合金化可以提高镀层的耐蚀性能，其中ZAM(Zn-6Al-3Mg)合金镀层是一种新开发的热浸镀锌合金镀层，它具有卓越的耐蚀性。但是，文献报道指出在ZAM镀层中存在少量的初晶MgZn2相，该硬脆相的存在使镀层的抗裂性能大大下降。因此，进一步开展Fe-Zn合金层生长和ZAM镀层组织研究对热浸镀锌行业具有重要的现实意义。本文采用Zn/Fe和Zn/Fe-P液-固扩散偶在450℃下退火，研究了铁基体中的磷对Fe-Zn中间合金化合物

5、层生长动力学的影响。研究结果表明，铁中的磷能延迟或抑制Γ相的生长，但能促进δ相生长；钢中磷含量越高，δ相的生长速度越快。在Zn/Fe-0.123wt%P液-固扩散偶中，Fe-Zn中间合金层的生长规律与在Zn/Fe扩散偶中的生长规律相似，但Fe-Zn中间合金层在Zn/Fe-0.340wt%P液-固扩散偶中的生长规律却与Zn/Fe扩散偶有显著的差异，扩散通道模型可以解释这种差异产生的原因。采用光学显微镜和扫描电镜分析了钢基体中的钛对(Zn-0.2wt%Al)/Fe扩散偶中的Fe-Zn中间合金层生长动力学的影

6、响。研究结果表明，在(Zn-0.2wt%Al)/Fe扩散偶中不存在δ相层，但在(Zn-0.2wt%Al)/(Fe-Ti)扩散偶中却可明显观察到该相层的存在。在铁基体中增加钛元素含量能延迟δ相层的消失，并促进δk相层的形成。在扩散层中，δp相以树枝状形态朝向δ相层进行生长。在所有的扩散偶中，中间合金相层在380℃时的生长是由锌和铁原子的扩散控制的。中间合金相层的厚度随铁基体中钛含量的增加而增加，当钛含量为0.4wt.%时，合金层的厚度达到最大值。本文研究发现，硅元素的加入使ZAM镀层表层组织中粗大树枝状富

7、铝相发生明显细化，且硅含量越高树枝晶越细小；与此同时，随着硅含量的增加，树枝状富铝相的体积分数下降，Zn/Al/MgZn2三元共晶组织体积分数增加；此外，硅的加入使ε-Zn相和MgZn2相在镀层表层组织中消失，同时使镀层表面层组织中出现Mg2Si相颗粒。纯铁片在Zn-6Al-3Mg-0.1Si熔池中浸镀60s时,随着浸镀温度升高，镀层表面中的树枝状富铝相明显粗化，且其体积分数明显减少，在530℃浸镀后镀层中出现异常表层组织。本文的研究结果表明，向锌熔池中加入微量钛元素能细化ZAM镀层的凝固组织，消除粗大

8、的MgZn2硬脆相，从而提高镀层性能。当Zn-6Al-3Mg合金熔池中的钛含量低于0.053wt.%时，随着钛含量的增加，镀层中FeAl3Znx和Fe2Al5Znx合金层的厚度减小，此时钛元素对Fe2Al5Znx层生长的抑制可以用钛原子占据Fe2Al5Znx中的空位加以解释。当钛含量超过0.053wt.%时，随着钛含量的增加，FeAl3Znx和Fe2Al5Znx合金层厚度明显增加，这种现象可以通过形成锌液的扩散通道加以解释。关键词：Fe-Z