熱浸鍍鋅中銻的作用及相關熱力學研究.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鍍層質(zhì)量起到關鍵作用。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鍍層表面形成鋅花,細化晶粒,增強鍍液流動性,并有助于減少鋅渣;鉛的添加還可減少鐵鍋的熱耗,防止鋅液對鍋底的直接侵蝕。但是,鉛對環(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,銻能促進鍍層表

2、面形成鋅花,并能增強鍍液流動性,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,測試了相關相圖、研究了合金元素對鍍層組織的影響,利用相圖計算技術,獲得了體系的熱力學模型參數(shù)。為控制鍍層組織、提高鍍層表面質(zhì)量建立理論基礎。
　　為了解鋅池中銻對鋅鐵反應的作用,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)等手段實驗測定了Zn-Fe-Sb三元系450℃和600℃等溫截面。在該體系中存在一個三元相,根據(jù)其較窄的化學成分范圍,可用FeZnSb來表示。該相在450℃和600℃都穩(wěn)定存在,但在600℃時,其成分范圍變小。實驗結果表明:在450℃時該三元系中存在12個三相平衡,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℃時該三元系中存在7個三相平衡。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三元系對理解銻對含鋁熱浸鍍鋅的影響有十分重要的意義。本工作實驗測定了該三元系450℃和600℃等溫截面。該體系中不存在三元化合物;在450℃和600℃時該三元系中分別存在5個三相平衡和2個三相平衡;鋁和鋅在α-Sb中及銻在α-Al中的溶解度幾乎為零。實驗

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,利用相圖計算技術,對Zn-Fe-Sb、Zn-Al-Sb體系進行了熱力學計算,獲得了體系中各相的熱力學模型參數(shù),為建立多元體系的熱力學數(shù)據(jù)庫打下基礎。
　　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間的增加呈