熱浸鍍鋅中銻的作用及相關(guān)熱力學(xué)研究.pdf

1、熱浸鍍鋅是一種常用的提高鋼制件耐腐蝕性能的表面處理工藝。鋅池中的合金元素對(duì)鍍層質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。在鋅池中添加鋁,不僅可以抑制鍍液的氧化,還可以改善鍍層表面質(zhì)量,減少鋅耗。少量的鉛加入鍍鋅液可以促進(jìn)鍍層表面形成鋅花,細(xì)化晶粒,增強(qiáng)鍍液流動(dòng)性,并有助于減少鋅渣;鉛的添加還可減少鐵鍋的熱耗,防止鋅液對(duì)鍋底的直接侵蝕。但是,鉛對(duì)環(huán)境的危害極大,目前已經(jīng)有許多國家禁止使用含鉛的合金,因此必須盡快找到一種能替代鉛的元素。已有研究表明,銻能促進(jìn)鍍層表

2、面形成鋅花,并能增強(qiáng)鍍液流動(dòng)性,且在界面上具有高溶解濃度和很低的偏析系數(shù)。但銻會(huì)增加鐵-鋅合金層的厚度,并增大鐵在鋅液中的溶解度。鋅池中銻的含量直接影響鍍鋅質(zhì)量,因此必須利用相圖,分析鋅池中的銻的作用。本工作圍繞鋅、鐵、鋁、銻四種組元的相互作用,測(cè)試了相關(guān)相圖、研究了合金元素對(duì)鍍層組織的影響,利用相圖計(jì)算技術(shù),獲得了體系的熱力學(xué)模型參數(shù)。為控制鍍層組織、提高鍍層表面質(zhì)量建立理論基礎(chǔ)。
　　為了解鋅池中銻對(duì)鋅鐵反應(yīng)的作用,本工作利用

3、掃描電鏡與波譜儀(SEM-WDS)以及X射線衍射儀(XRD)等手段實(shí)驗(yàn)測(cè)定了Zn-Fe-Sb三元系450℃和600℃等溫截面。在該體系中存在一個(gè)三元相,根據(jù)其較窄的化學(xué)成分范圍,可用FeZnSb來表示。該相在450℃和600℃都穩(wěn)定存在,但在600℃時(shí),其成分范圍變小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在450℃時(shí)該三元系中存在12個(gè)三相平衡,銻在ζ、Γ中的溶解度幾乎為零,銻在δ、Γ1中的溶解度小于1at.％;在600℃時(shí)該三元系中存在7個(gè)三相平衡。通過比

4、較該體系在450℃和600℃兩種溫度的情況,發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高,鋅在FeSb2和FeSb相中的溶解度降低,而銻在Fe-Zn二元系化合物中的溶解度基本沒有變化。
　　Zn-Al-Sb三元系對(duì)理解銻對(duì)含鋁熱浸鍍鋅的影響有十分重要的意義。本工作實(shí)驗(yàn)測(cè)定了該三元系450℃和600℃等溫截面。該體系中不存在三元化合物;在450℃和600℃時(shí)該三元系中分別存在5個(gè)三相平衡和2個(gè)三相平衡;鋁和鋅在α-Sb中及銻在α-Al中的溶解度幾乎為零。實(shí)驗(yàn)

5、發(fā)現(xiàn),鋅在AlSb化合物中的溶解度隨溫度的升高而減小。
　　本工作采用Thermo-Calc軟件,利用相圖計(jì)算技術(shù),對(duì)Zn-Fe-Sb、Zn-Al-Sb體系進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算,獲得了體系中各相的熱力學(xué)模型參數(shù),為建立多元體系的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫打下基礎(chǔ)。
　　本工作利用掃描電鏡與能譜儀以及波譜儀(SEM-EDS/WDS)研究了Q215鋼在含0.04～1.2wt.%Sb的鋅池中浸鍍后的鍍層組織。研究發(fā)現(xiàn)合金層的厚度隨著浸鍍時(shí)間的增加呈