熱浸鍍鋅合金體系的熱力學(xué)分析及應(yīng)用.pdf

1、鋅及鋅基合金主要用于熱浸鍍鋅，提高鋼制件的耐腐蝕性能。每年超過(guò)50％的鋅用于該目的，目前國(guó)內(nèi)鍍鋅業(yè)以每年50％的速度增長(zhǎng)。鍍鋅工藝可以分為一般鍍鋅和連續(xù)鍍鋅兩種。盡管鍍鋅工藝歷史悠久，但在理論和技術(shù)上仍然存在許多難以解決的難題。在一般鍍鋅中，含硅鋼在鍍鋅過(guò)程中由于硅的反應(yīng)性，使得鍍層質(zhì)量變差。通過(guò)往鋅池中加入一定的鎳或者提高鍍鋅溫度，可以在一定程度上抑制硅的反應(yīng)性，但機(jī)理不清楚。在連續(xù)鍍鋅過(guò)程中，鋁是一種重要的添加元素，可以抑制中間相的

2、產(chǎn)生，減少鍍層的脆性。但鋁含量的高低直接影響鍍層質(zhì)量和鍍鋅工藝，其含量必須嚴(yán)格控制，企業(yè)迫切需要一種精確測(cè)定有效鋁的系統(tǒng)。鋅池中的鋁和稀土可以提高鍍層的耐蝕性。熔鋅具有強(qiáng)烈的腐蝕性，目前用于鍍鋅的耐磨耐蝕材料的性能不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。
　　 鋅池中合金元素對(duì)鍍層質(zhì)量起到關(guān)鍵作用，其成分一般都特別復(fù)雜。鋅池?zé)峄瘜W(xué)性質(zhì)的研究對(duì)于控制鍍鋅質(zhì)量、優(yōu)化工藝過(guò)程和開(kāi)發(fā)新型鍍鋅合金具有重要的作用。
　　 目前對(duì)鋅池合金體系的熱化學(xué)性質(zhì)及

3、耐磨耐蝕合金的了解甚少。本文選取鋅池體系中最重要的Si、Al、Ni、RE等元素，圍繞Zn-Fe-Si、Zn-Fe-Al、Zn-Fe-Si-Ni、Fe-Mo-Cr-Ni、RE-Al、RE-Ag等體系在熱力學(xué)分析、相圖測(cè)試、工藝控制和合金設(shè)計(jì)等方面展開(kāi)研究,以期解決鍍鋅過(guò)程中的幾個(gè)基礎(chǔ)和應(yīng)用問(wèn)題。
　　 由于Fe-Zn-Si 三元系在鍍鋅工業(yè)中的重要性，本工作采用Thermo-Calc軟件，利用CALPHAD技術(shù)，對(duì)該體系進(jìn)行了熱力

4、學(xué)計(jì)算，根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)建立了δ，Γ 1，Γ等相的亞點(diǎn)陣模型：(Fe,Zn,Si)10Znl6、(Fe，Zn,Si)14Zn12和(Fe，Zn，Si)4 Fe2Zn20，獲得了該體系中每個(gè)相的熱力學(xué)模型參數(shù)。利用這些參數(shù)，可以對(duì)熱力學(xué)數(shù)據(jù)和相關(guān)系進(jìn)行合理、可靠、自洽地描述及獲得準(zhǔn)確的相圖數(shù)據(jù)，這些工作對(duì)理解硅的反應(yīng)性有重要的意義。
　　 Al、RE是鍍鋅合金中的重要添加元素，而Ag-Zn是一種重要的焊接材料，作為基礎(chǔ)研究，對(duì)La-A

5、l，Ce-Al，Pr-Al，Ag-Pr，Ag-Ce等合金體系進(jìn)行熱力學(xué)優(yōu)化和評(píng)估，為建立高元體系的熱力學(xué)分析數(shù)據(jù)庫(kù)打下基礎(chǔ)。
　　 含硅鋼的鍍鋅涉及到Zn-Fe-Si-Ni四元合金體系。相圖和熱力學(xué)描述有利于對(duì)其機(jī)理的理解。利用金相顯微鏡，SEM-EDS和X-射線衍射方法研究了不同合金的顯微組織和相組成，獲得Zn-Fe-Si-Ni 四元系富鋅角560 ℃等溫截面。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在富鋅角FeSi 基本上與所有相存在平衡，包括T、δ、γ

6、-Ni、NiSi2和液相。
　　 對(duì)Fe-Zn-Al 體系進(jìn)行了熱力學(xué)分析，獲得描述體系中液相的熱力學(xué)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)有效鋁探測(cè)器的原理、制作方法、信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行了一定的探討，研究開(kāi)發(fā)出一種用于測(cè)量連續(xù)鍍鋅鋅池中有效鋁的半固體探測(cè)器及在線檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在我國(guó)第一條汽車(chē)鋼板鍍鋅生產(chǎn)線——寶鋼1550CGL 連續(xù)鍍鋅生產(chǎn)線上試用，效果很好。利用CALPHAD技術(shù)，選擇Fe-Mo-Cr-Ni合金體系，在對(duì)相圖進(jìn)行系列計(jì)算的基礎(chǔ)