發(fā)布時間：2020-05-23 03:24

【摘要】：熱浸鍍是一種經(jīng)濟而有效的鋼鐵防腐技術(shù),由于其工藝簡單、防腐蝕性能優(yōu)良而得到廣泛應用,但仍受困于兩大問題:1)熱浸鍍鋅工藝中含硅鋼的硅反應性問題,導致鍍層變厚、脆性增大、粘附性變差。需要在鋅浴中加適量的合金元素(Al、Co、Zr、Cu、Ni、Ti等)來控制鋼中的Si、P對鍍層的不良影響,但其作用機理尚不明朗;2)Zn-Al熔體對材料的腐蝕問題。Co基超合金具有優(yōu)良的耐Zn-Al熔體腐蝕性能而備受關(guān)注,但其Zn-Al/Co界面反應有待研究。本文圍繞鋅池合金體系中與Fe-Zn反應、Co-Zn反應密切相關(guān)的Zn-Fe-Al-Zr、Zn-Fe-Al-Sn、Zn-Fe-Co-Cu 和 Zn-Co-Al-Fe 四元系相關(guān)的界面反應及其相關(guān)系展開研究。綜合運用平衡合金法、擴散偶法及相圖計算法研究了Al-Zn-Zr三元系;利用平衡合金法實驗測定了 Zn-Co-Cu三元系600和450℃等溫截面、Al-Fe-Sn 三元系 320、700 和 1000℃等溫截面和 Zn-Co-Al-Fe(93 at.%Zn)四元系450℃等溫截面;通過熱浸鍍實驗,研究了 Al/Co、Zn-Al/Co界面反應以及Co基合金耐Al液腐蝕機理。研究結(jié)果表明,實驗測定的Al-Zn-Zr三元系800℃等溫截面有13個三相平衡區(qū);存在1個三元化合物T相,其成分范圍與450℃時相比有所縮小,為16.84～55.1 at.%Zn、18.02～56.3 at.%Al;T相能與所有的二元化合物保持平衡。800℃ 時,Zn 在 8 個 Al-Zr 化合物 Zr3Al、Zr2Al、Zr3Al2、Zr4Al3、ZrAl、Zr2Al3、ZrAl2 和 ZrAl3 中的最大溶解度分別為 7.5、0.84、0.33、0.89、0.91、1.12、0.64和3.8 at.%。Al在Zn3Zr、Zn2Zr和ZnZr中的最大溶解度分別是1.6、1.3和13.6 at.%。通過熱力學評估計算了該三元系450和800℃等溫截面,計算結(jié)果與實驗結(jié)果自洽良好。在Zn-Co-Cu三元系600和450℃等溫截面中,分別存在5個和6個三相平衡區(qū),但沒有三元新相;γ-Co5Zn21相和Γ-Cu5Zn8相在600和450℃都形成連續(xù)固溶體,都屬于I43m(217)型面心立方晶體空間群結(jié)構(gòu);600℃時,Co在β相和δ相中最大溶解度分別為8.8、1.8 at.%;Cu在β1相和γ1相中最大溶解度分別為7.9、14.7 at.%;450℃時,Co在β'相和ε相中最大溶解度分別為6.7、8.5 at.%,Cu在β1、γ1和γ2相中最大溶解度分別為11.2、14.4、12.9at.%。測定了 Al-Fe-Sn三元系320、700和1000℃等溫截面,分別存在6個、5個和3個三相平衡區(qū),沒有發(fā)現(xiàn)三元新相;液相能與4個Fe-Al金屬間化合物平衡共存;320℃時L-Sn中A1和Fe最大溶解度分別達到5.1 at.%和0.6 at.%;在700℃和1000℃時液相區(qū)己包含整個Al-Sn邊,其中Fe的溶解度隨液相L中Sn含量的增加而先減后增。測定了 Zn-Co-Al-Fe(93 at.%Zn)四元系富鋅角450℃等溫截面,ζ-FeZn13相和CoZn13相、CoAl相和FeAl相分別能形成連續(xù)固溶體,但FeA13(或Fe4A113)相與Co4Al13相則不能形成連續(xù)固溶體;FeAl3相能分別與CoA1、Co2Al5、Co4Al13、Fe2Al5和液相 L 平衡共存;CoAl 相能分別與 Co2Al5、T、δ、ζ、Fe2A15、FeAl3及液相L平衡共存;Fe在CoAl相中的最大溶解度為27.1 at.%;Zn在FeA13、Fe2Al5、Co4Al13 和 Co2A15 相中的最大溶解度分別為 13.4、14.6、9.7 和 16.0at.%。實驗研究了 Zn/Co、0.3 wt.%Al-Zn/Co界面反應,Al的加入明顯抑制了Zn/Co界面反應。通過熱力學計算發(fā)現(xiàn),當Co含量大于0.18 at.%時,CoAl相的吉布斯自由能將低于Co-Zn化合物的,在自由能驅(qū)動下,Co原子將擴散穿透γ2相層,進入富A1區(qū)與其結(jié)合形成CoAl顆粒,并且隨著反應溫度的升高,擴散加快,CoAl層變厚且更加致密,阻礙Co、Zn原子的互擴散,從而抑制Zn/Co界面反應。研究了 Al/Co界面反應,在700℃時分別反應lh、2h、4h、8h和12h都得到A19Co2和Al13C04兩化合物相層;內(nèi)層Al13Co4相沿垂直于Al/Co界面方向呈枝晶狀生長。研究了不同成分的CoMoCrSi合金的鑄態(tài)組織及其耐鋁液腐蝕性能;組織中Laves相比例隨Mo、Si含量增大而提高;其中具有高硬度的CoMo28.5Cr16.7Six合金的耐腐蝕性隨著Si含量的增加而提高,腐蝕產(chǎn)物主要是(Co,Mo,Cr)2Al9和(Mo,Cr)Al5,其中共晶組織耐蝕性較差。
【圖文】：

烘干溶劑法簡稱干法，是鋼件經(jīng)助鍍劑處理后需要先烘干再浸入鋅浴中，逡逑若將附著濕的助鍍劑的鋼件直接浸入鋅液中將發(fā)生劇烈反應、導致炸鋅［７］。所逡逑以工件經(jīng)助鍍劑處理后必須先烘干后立即浸入鋅浴中進行一定時間的浸鍍，一逡逑般為１－３分鐘，得到的鋅鍍層的粘附力和表面質(zhì)量都要比濕法工藝好［２］。因此，逡逑目前常用的都是烘千溶劑法熱浸鍍鋅工藝。該工藝的優(yōu)點很多，主要有：１）處逡逑理費用低，生產(chǎn)設(shè)備投入也低；２）簡單快捷省時省力；３）鍍層質(zhì)量好，持久逡逑耐用，可靠性高，幵性強。所以，我國一般熱鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)件廣泛應用于國家基逡逑礎(chǔ)建設(shè)產(chǎn)業(yè)［９］，主要有：１）塔桿類，如電力塔和路燈桿等；２）鋼結(jié)構(gòu)工程，，逡逑多層停車庫和各種支架等；３）交通設(shè)施，如護欄、護網(wǎng)和指示牌等；４）其他，逡逑如線路金具和地埋件等。但是烘千溶劑法熱浸鍍鋅面臨突出的缺點：１）能耗高；逡逑２）生產(chǎn)中產(chǎn)生的“工業(yè)三廢’’高，給后續(xù)的污染處理帶來嚴重的壓力與成本；逡逑３）生產(chǎn)得到的鋅鍍層良好率不高，由于工件結(jié)構(gòu)復雜、大小不一以及鋼件材料逡逑本身的成分差異給生產(chǎn)中鍍層質(zhì)量控制帶來不利因素。因此，目前我國大部分逡逑一般熱浸鍍鋅廠在國家環(huán)境保護政策高壓下面臨著工藝升級改造以及廠址搬遷逡逑的壓力。逡逑

著實驗技術(shù)及方法的更新，Ｓｕ等人與眾多研宄者們［１４＿１９］先后對該二元系進行了逡逑多次實驗測定或計算研宄，直到目前該二元系相圖己趨完善，最常用的Ｆｅ－Ｚｎ逡逑二元相圖被Ｍａｓｓａｌｓｋｉ收集于二元相圖手冊當中，如圖１．３所示［２（））。逡逑Ｗｅｉｇｈｔ邋Ｐｅｒｃｅｎｔ邋Ｚｉｎｃ逡逑０邐１０邐２０邐３０邐４０邐５０邐６０邐７0邐８０邐９０邐１００逡逑１３00＼邋Ｌ邋；逡逑Ｉ邋／邐＼邐ｘ逡逑匕邋９００－９１８°Ｃ邐＼邐－逡逑Ｅ邐。邋（心．聊邐７８２0ｃ邐＼逡逑占邋－７－２°：ｃ邐邐＼逡逑R縈忮巍義希

本文編號：2677071