液態(tài)金屬擴(kuò)散及連續(xù)鍍鋅中抑制層生長研究.pdf

1、由于熱浸鍍鋅鋼板、線材具有優(yōu)良的耐蝕性和可加工性能,在交通、建筑、通信、電力、能源、汽車、石油化工、家電、壓力容器等行業(yè)都得到廣泛應(yīng)用。熱浸鍍鋅鍍層質(zhì)量決定于鍍層相組成和微觀結(jié)構(gòu)。為了預(yù)測和控制鍍層的顯微組織,需要掌握界面反應(yīng)中的熱力學(xué)和動力學(xué)過程,獲得鋅池中的相關(guān)熱力學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù),澄清界面反應(yīng)過程,獲得鍍層的形成和生長規(guī)律,理解各工藝參數(shù)對對界面反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)過程的影響及其機(jī)理。對于連續(xù)熱浸鍍鋅界面反應(yīng)過程還有許多基礎(chǔ)工作要做

2、。
　　鋁和鐵是鋅池中的重要合金元素,它們在鋅液中的擴(kuò)散系數(shù)等基本動力學(xué)參數(shù)缺乏,而這些參數(shù)對分析抑制層初期生長規(guī)律極其重要。本研究圍繞合金元素在液鋅中的擴(kuò)散系數(shù)的測量和模擬計算及各工藝參數(shù)對相關(guān)熱力學(xué)和動力學(xué)參數(shù)的影響等基礎(chǔ)問題,深入開展連續(xù)鍍鋅中抑制層生長的研究。
　　合金元素在液鋅中的擴(kuò)散系數(shù)的研究涉及到液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)及液態(tài)下金屬原子的擴(kuò)散機(jī)制問題。幾十年來,液態(tài)金屬擴(kuò)散系數(shù)的測量方法和理論研究一直是冶金工作者的關(guān)注重點

3、。然而國內(nèi)在液態(tài)金屬擴(kuò)散方面的理論和實驗工作開展得很少,有關(guān)液態(tài)金屬原子的擴(kuò)散機(jī)制和物理模型的建立等諸多問題都有待于深入研究。本論文基于緊束縛勢對鋁等十一種液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和自擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高的變化趨勢進(jìn)行了研究,探索液態(tài)下金屬結(jié)構(gòu)與擴(kuò)散隨溫度的演變關(guān)系。同時,本論文從實驗測量和理論計算兩方面研究合金元素在液鋅中的擴(kuò)散問題。實驗測量鋁在多個溫度下鋅液中的擴(kuò)散系數(shù)。推導(dǎo)出一個新的計算液態(tài)下非純擴(kuò)散系數(shù)的經(jīng)驗公式。采用多種半經(jīng)驗理論方法和分

4、子動力學(xué)方法計算鋁和鐵在不同溫度鋅液中的擴(kuò)散系數(shù),以及鋁和鐵在含合金元素鈦和鉻的鋅液中的擴(kuò)散系數(shù),并分析溫度和合金元素對鋁和鐵在鋅液中的擴(kuò)散的影響。本工作一方面為分析液態(tài)金屬擴(kuò)散模型提供有效數(shù)據(jù),另一方面能為分析熱浸鍍鋅界面抑制層生長機(jī)理提供動力學(xué)數(shù)據(jù)。
　　作為研究合金元素在含鈦鋅液中的擴(kuò)散問題的一部分,本論文測定了Zn-Al-Ti三元系450℃等溫截面。鋼板中通常會添加合金元素鈦以提高鋼板強(qiáng)度,鋅池中添加鈦能有效促進(jìn)抑制層的生

5、長。本工作結(jié)合平衡合金法和擴(kuò)散偶法,利用金相顯微鏡、掃描電鏡與能譜儀、波譜儀和X射線衍射儀等實驗手段測定了Zn-Al-Ti三元系450℃等溫截面,為Zn-Al-Ti體系的熱力學(xué)計算和建立高元體系的相圖提供了可靠的數(shù)據(jù)。
　　采用掃描電子顯微鏡、能譜分析儀、透射電鏡、X射線衍射儀等方法分析鍍層組織和成份,采用化學(xué)分析法分析鍍層中鋁和鐵的含量。實驗研究了鋅池鋁含量、鋅池溫度和浸鍍時間對抑制層形貌及鍍層中鋁和鐵的含量的影響。