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硅对fe/al固态扩散反应中fe_2al_5生长动力学的影响

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材料热处理学报 2010年第6期31卷 28-32页

作者：韩炜尹付成苏旭平王建华徐琛湘潭大学机械工程学院湖南湘潭411105 湘潭大学材料设计及制备技术湖南省重点实验室湖南湘潭411105

采用fe/al-Si扩散偶的方法,利用SEM-WDS,研究了550℃硅在fe/al固态扩散反应中对fe2al5生长动力学的影响。实验结果表明,铝中硅含量不超过1.5 wt%时,扩散层中只出现fe2al5相,其生长动力学符合抛物线关系,实验测定的铁和铝在fe2 al5中的... 详细信息

采用fe/al-Si扩散偶的方法,利用SEM-WDS,研究了550℃硅在fe/al固态扩散反应中对fe2al5生长动力学的影响。实验结果表明,铝中硅含量不超过1.5 wt%时,扩散层中只出现fe2al5相,其生长动力学符合抛物线关系,实验测定的铁和铝在fe2 al5中的综合扩散系数(D)在含硅量(wt%)分别为0、0.5、1.0和1.5时,分别为3.46×10-15、2.61×10-15、1.28×10-15和0.86×10-15 m2/s。随硅含量增加,其抑制fe2 al5相生长速度的效果明显加强。当铝中Si含量为2%和3%时,首先出现fe2 al5相。随扩散时间的延长,在fe2al5相靠近al-Si的一侧依次出现了τ1/τ9和τ5相,化合物层生长速度明显加快。由于部分硅以三元化合物的形式存在,导致硅的抑制作用下降。

关键词： fe2al5 Si 扩散偶动力学扩散系数

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fe_2al_5相的一种电子衍射斑点分析

理化检验（物理分册） 2007年第8期43卷 407-408页

作者：张金民洛阳船舶材料研究所洛阳471039

利用透射电子显微镜(TEM)研究了热浸渗铝钢中fe2al5相。结果表明,fe2al5相的一种电子衍射花样特征与正六边形非常接近。但通过分析,其电子衍射花样并非严格的正六边形。其应属正交晶系。

关键词：热浸镀铝 fe2al5 相电子衍射花样

热镀Zn-0.2%al镀层中fe-al抑制层失稳机理及其热力学评估

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金属学报 2016年第5期52卷 614-624页

作者：刘力恒车淳山孔纲卢锦堂张双红华南理工大学材料科学与工程学院广州510640

在450℃镀锌条件下,锌浴中加入质量分数为0.2%的al,采用SEM观察镀层的结构特征,利用EDS定量分析相的微区成分,利用其线扫描和面扫描定性分析镀层截面元素变化情况.借助Miedema模型和Toop模型,计算了镀层中各二元fe-al,fe-Zn和三元fe_2al... 详细信息

在450℃镀锌条件下,锌浴中加入质量分数为0.2%的al,采用SEM观察镀层的结构特征,利用EDS定量分析相的微区成分,利用其线扫描和面扫描定性分析镀层截面元素变化情况.借助Miedema模型和Toop模型,计算了镀层中各二元fe-al,fe-Zn和三元fe_2al_5Znx(h)金属间化合物(IMC)的热力学值,分析了随镀锌时间的延长,出现fe_2al_5抑制层失稳破坏而产生fe-Zn反应的根本原因.结果表明,因为fe-al IMC比fe-Zn IMC具有更稳定的热力学性质,钢基体与锌浴界面优先产生连续的fe_2al_5金属间化合物抑制层,抑制fe-Zn反应,但随镀锌时间的延长,fe_2al_5的失稳破坏丧失对fe-Zn反应的抑制作用,生成fe Zn10(d)相.fe_2al_5抑制层的失稳机制有两种:一种是fe_2al_5/锌浴界面处al的局部贫化导致Zn对fe_2al_5的侵蚀,形成fe_2al_5Znx,造成系统热力学稳定性降低,从而导致fe_2al_5被Zn侵蚀分解,同时在fe_2al_5/锌浴界面产生fe Zn10(d)相;另一种是Zn通过fe_2al_5晶界向钢基体扩散,直接在fe_2al_5/钢基体界面产生d相,并引起fe_2al_5的迸发失稳.

关键词：热镀锌 fe2al5 金属间化合物热力学 Miedema模型 Toop模型

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45钢热渗铝渗层组织与浸渗工艺的研究

热加工工艺 2010年第14期39卷 138-140,144页

作者：李飞舟宝鸡文理学院机电工程系陕西宝鸡721007

采用热浸渗技术,以al为渗合金元素,在45钢表面形成铁铝金属间化合物浸渗层,采用SEM、EDS等方法研究了浸渗层形貌、化学成分及相组成特点,并研究了浸渗工艺参数对渗层厚度的影响。结果表明,改性层由沉积层与扩散层组成,主要构成物为feal... 详细信息

采用热浸渗技术,以al为渗合金元素,在45钢表面形成铁铝金属间化合物浸渗层,采用SEM、EDS等方法研究了浸渗层形貌、化学成分及相组成特点,并研究了浸渗工艺参数对渗层厚度的影响。结果表明,改性层由沉积层与扩散层组成,主要构成物为feal、feal2和fe2al5,与基体结合良好;在750℃时,最佳浸渗工艺参数为浸渗3 min,热扩散2 h,可获得质量较好的浸渗层。

关键词： 45钢渗铝 feal feal2 fe2al5

Si对热浸镀al界面化合物层生长的限制作用

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金属学报 1994年第21期 403-406页

作者：钱卫江顾文桂上海钢铁研究所上海钢铁研究所应用基础部

对添加２ａｔ．－％Ｓｉ后热浸镀Ａｌ钢带界面化合物层的结构和组成进行了实验研究。结果发现，Ｓｉ在界面化合物层区产生富集，界面化合物具有ＦｅＡｌ相的结构，其化学式可写成Ｆｅ(ＡｌＳｉ)．认为Ｓｉ的作用在于填充ＦｅＡｌ相中的... 详细信息

对添加２ａｔ．－％Ｓｉ后热浸镀Ａｌ钢带界面化合物层的结构和组成进行了实验研究。结果发现，Ｓｉ在界面化合物层区产生富集，界面化合物具有ＦｅＡｌ相的结构，其化学式可写成Ｆｅ(ＡｌＳｉ)．认为Ｓｉ的作用在于填充ＦｅＡｌ相中的原子空位，阻碍Ａｌ的扩散，使界面化合物层厚度大大下降．

关键词：热浸镀al 界面化合物扩散 fe2al5 Si

Si、Sn、Mg对Q235钢在铝浴中腐蚀行为的影响

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材料保护 2018年第2期51卷 42-46页

作者：王晓亮古缘刘忆鲍亚楠杨绍斌辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁阜新123000 江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室江苏徐州221111 威海市海鑫矿山洗选设备有限公司山东威海264200

为降低钢在铝液中的腐蚀,通过对比纯铝、al-Si、al-Sn、al-Mg铝合金熔体静态腐蚀作用下Q235钢/熔体界面的结构、形貌和腐蚀速率,研究了Si、Sn、Mg元素对Q235在铝合金熔体中静态腐蚀的影响。结果表明:Q235在不同铝合金熔体中均发生腐蚀,... 详细信息

为降低钢在铝液中的腐蚀,通过对比纯铝、al-Si、al-Sn、al-Mg铝合金熔体静态腐蚀作用下Q235钢/熔体界面的结构、形貌和腐蚀速率,研究了Si、Sn、Mg元素对Q235在铝合金熔体中静态腐蚀的影响。结果表明:Q235在不同铝合金熔体中均发生腐蚀,表面均形成fe_2al_5金属间化合物层,在铝液中添加Si可以使形成的fe_2al_5层由舌状转变为平板状,减小fe_2al_5层厚度,并显著减缓腐蚀速率;添加Sn和Mg不改变fe_2al_5层的形态和厚度,减缓腐蚀速率效果不如Si显著;Si、Sn、Mg不改变fe_2al_5择优生长的特点;Si降低腐蚀速率的机制是阻塞fe_2al_5空位孔道抑制原子扩散;Sn、Mg降低腐蚀速率的机制是占位阻隔减缓扩散速率。

关键词： Si Sn Mg 铝液腐蚀 fe2al5 Q235钢

Zn-al-Co-fe四元系相平衡及相关镀层生长动力学的研究

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Zn-Al-Co-Fe四元系相平衡及相关镀层生长动力学的研究

作者：赵琦湘潭大学

学位级别：硕士

热浸镀锌是一种常用的钢铁耐蚀技术。在镀锌生产中,与锌池接触的各种设备面临严重的腐蚀问题,由此造成的设备及零部件失效给镀锌工业造成巨大的损失。钴基合金以其优越的性能在热浸镀锌沉没件上得到了广泛的应用。钴基合金与锌池中的锌... 详细信息

热浸镀锌是一种常用的钢铁耐蚀技术。在镀锌生产中,与锌池接触的各种设备面临严重的腐蚀问题,由此造成的设备及零部件失效给镀锌工业造成巨大的损失。钴基合金以其优越的性能在热浸镀锌沉没件上得到了广泛的应用。钴基合金与锌池中的锌、铝和钢中溶解出来的铁构成一个Zn-al-Co-fe四元体系。研究该体系在镀锌温度下的相关系,对于理解钴基合金在连续镀锌生产线中服役时腐蚀产物的产生与转化和材料的失效过程有重要意义。考虑本研究主要为镀锌生产服务,选择测定该体系450℃的93 at.%富锌角的相关系。连续镀锌时形成的铁铝中间相可以抑制铁锌反应,故在钢铁材料表面形成致密的铁铝合金层能显著提高材料耐熔锌腐蚀能力。热浸镀铝并进行扩散处理是制备这一涂层的有效方法。本研究试图通过往铝池中添加硅并改变扩散条件来解决feal沿C轴存在较多空位和扩散时铁铝合金层中易形成空洞带这两个不利于其耐熔锌腐蚀性能提高的问题。另外,该研究对解释镀铝钢高温扩散(氧化)机理也有重要的意义。本工作采用平衡合金法,通过扫描电镜和能谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)等手段测定了Zn-al-Co-fe四元系93 at.%富锌角450℃等温截面。结果显示,该等温截面存在六个四相平衡:η-Zn+ζ+δ+Coal,η-Zn+δ+Τ+Coal,η-Zn+Τ+Coal+feal,η-Zn+Coal+feal+feal,η-Zn+Coal+Coal+feal,η-Zn+Coal+Coal+feal。ζ相(feZn)中Co的溶解度达到3.6 at.%。Zn在feal、feal、Coal和Coal中的最大固溶度分别达到14.6 at.%、13.4 at.%、16.0 at.%和9.7 at.%。Coal相与ζ、δ、Τ、feal、feal、Coal和液相均存在平衡。在本研究中没有发现新的四元相。利用SEM-EDS手段研究了铝池中的硅对热浸镀铝层在真空高温扩散处理过程中的显微组织演变的影响。研究认为,在同样的扩散条件下硅的添加抑制了feal的生长,促进了feal和富铝α-fe层的生长。高温扩散处理时含硅的feal不稳定,容易析出τ-(al,Si)fe相或feal相。硅的加入使得feal层和富铝α-fe层间的空洞或晶间裂纹易于早期出现,但随着扩散时间的延长,又逐渐减小或消失。这一点对于抑制空洞带的形成和降低内氧化作用有促进作用。含硅镀层扩散时,feal层和富铝α-fe层之间空洞的早期出现与硅在feal层中的富聚有关。

关键词：锌合金 Zn-al-Co-fe系相图 fe2al5 扩散处理

热浸Zn-0.2 wt.%al镀层中fe-al抑制层失稳机理及其热力学评估

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热浸Zn-0.2 wt.%Al镀层中Fe-Al抑制层失稳机理及其热力学评估

作者：刘力恒华南理工大学

学位级别：硕士

热浸镀锌是钢铁防大气腐蚀的有效手段之一,在电力,交通,通讯,家用电器,建筑等各行业得到广泛应用。铝是热浸镀锌工业中最常采用的添加元素之一,在连续热镀锌和批量热镀锌领域都得到广泛使用。GI镀层(Galvanized coating)在连续热镀锌上... 详细信息

热浸镀锌是钢铁防大气腐蚀的有效手段之一,在电力,交通,通讯,家用电器,建筑等各行业得到广泛应用。铝是热浸镀锌工业中最常采用的添加元素之一,在连续热镀锌和批量热镀锌领域都得到广泛使用。GI镀层(Galvanized coating)在连续热镀锌上大量使用,其铝含量一般控制在0.16–0.22 wt.%,浸锌时间极短,一般控制在几秒。批量热镀锌中铝含量控制很低一般在0.002–0.01wt.%,主要作用是减少锌液面氧化。因GI镀层具有镀层薄,形变能力强,耐蚀性高等优点,正有向批量热浸锌行业扩展的趋势。当前对低铝热镀锌的界面镀层生长机理的研究还存在众多争议与不解,如fe-al抑制层优先生成与失稳分解的原因,fe-Zn金属间化合物(Intermetallic compound,IMC)反应的位置以及方式,整个低铝热镀锌体系相的转变动力本质等,这些都有待更深入的研究。本工作围绕上述问题开展了相关研究工作,选取常见的Q235钢材为基体,Zn-0.2wt.%al的镀液,研究了450、470和490℃,1000 s下界面反应的演变规律与IMC各相转变机理。采用扫描电镜(SEM)观察镀层横截面和剥离自由锌层后表面的结构特征,利用能谱仪(EDS)定量分析相的微区成分以及利用其线扫描和面扫描定性分析镀层中IMC分布及元素变化情况,并根据X射线衍射(XRD)确定相组成。借助Miedema模型和Toop模型,计算了镀层中各二元fe-al,fe-Zn和三元fe2al5Znx(η)IMC的热力学值,分析了随浸锌时间的延长,出现fe2al5抑制层失稳破坏而产生fe-Zn反应的根本原因,并探讨了不同温度下抑制层失稳形式的差别,提出了更加完善的fe2al5抑制层破坏理论。主要取得了如下研究成果:钢基体浸入Zn-0.2 wt.%al液中,fe2al5抑制层优先在钢基体界面生成。由于在钢基体/锌浴界面fe-al IMC反应消耗高浓度的al,使得紧邻fe2al5层的锌浴中的al出现局部贫化,甚至低于锌浴本体中al的浓度。因为fe2al5会阻碍fe向锌浴中溶解,这将导致al要通过长程扩散才能与基体fe反应生成fe2al5,使得反应受扩散控制,也即动力学控制。随着界面处al的消耗,fe2al5生成受动力学控制时,反应速率将下降,甚至停滞,从而fe-Zn反应在热力学上的劣势将削弱,fe-al反应将与fe-Zn反应形成竞争,由于此时界面贫al处Zn含量极高,使得fe-Zn反应将在动力学上占据优势,进而出现明显的fe-Zn反应。fe2al5抑制层随镀锌时间的增加而破坏,随后发生fe-Zn反应。fe2al5抑制层的失稳有两种原因,也分别对应两种不同位置的δ相生成:一是al的局部贫化理论,fe2al5临近锌浴层局部出现al的贫化,fe2al5生成反应受阻,Zn得以侵蚀fe2al5,固溶为fe2al5Znx(η),热力学计算表明η的稳定性低于fe2al5,当Zn固溶量达到一定限度后会失稳分解,在锌浴/fe2al5之间形成δ相,相变过程可以描述为:fe2al5→η→L+η→L+η+δ→L+δ;另一种是Zn扩散贯穿抑制层理论,Zn既可以经由fe2al5的晶界贯穿扩散到钢基体,也可以对fe2al5侵蚀造成腐蚀应力开裂,进而在钢基体/fe2al5之间形成δ相,引起迸发组织的形成。不同温度下,对于fe-Zn反应δ形成的位置会有所差异。450℃下,无直接证据表明Zn扩散贯穿抑制层效应和al的局部贫化效应哪种先使得δ相生成。在470℃下,al的局部贫化理论和Zn扩散贯穿抑制层理论两者相互博弈中开始是al的局部贫化效应占据优势,而后才产生Zn扩散贯穿抑制层效应。490℃下情况与470℃类似,只是IMC生成的时间上要相对提前。热力学计算结果表明:fe-al IMC比fe-Zn IMC具有更低的反应Gibbs自由能,钢基体浸在Zn-0.2 wt.%al液中时fe-al IMC为优先生成相,与实验结果吻合。由于Zn的固溶,fe2al5Znx比fe2al5热力学稳定性差,该结果可以直接证实al的局部贫化理论,同时迸发的fe2al5晶体也会被Zn侵蚀,且迸发的碎片化fe2al5更易被Zn的侵蚀分解,间接吻合Zn扩散贯穿抑制层理论,两种fe2al5失稳机制相互共存,相互竞争,且会受制于温度、时间和al含量以及钢基体表面本身的性质的影响,在特定条件下可能某一种会占据绝对优势。单一热力学因素不足以解释不同温度下,fe2al5抑制层形成的时间有所差异,即温度越高,fe2al5越难形成。事实上490℃时fe2al5连续抑制层在10 s时已经生成,而且fe-al抑制层上方已经开始发生了fe-Zn反应,相比而言,450℃时30 s才出现明显的fe-Zn反应,470℃30 s才出现fe-al抑制层,这说明温度的升高虽然在热力

关键词：热镀锌 fe2al5 金属间化合物热力学 Miedema模型 Toop模型

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热基无花镀锌板锌层黏附性不合分析研究

中国金属通报 2023年第6期 141-143页

作者：李正团贾海超河钢集团承钢公司

锌层黏附性不佳是常见的一种客户不可接受的镀锌板缺陷。本文通过对热基无花镀锌板进行SEM、EDS以及辉光等手段进行分析,发现黏附性不佳的主要原因是在基板与锌层之间未形成黏附层。结合生产工艺发现锌锅中铝含量偏低,工艺速度过快等因... 详细信息

锌层黏附性不佳是常见的一种客户不可接受的镀锌板缺陷。本文通过对热基无花镀锌板进行SEM、EDS以及辉光等手段进行分析,发现黏附性不佳的主要原因是在基板与锌层之间未形成黏附层。结合生产工艺发现锌锅中铝含量偏低,工艺速度过快等因素是造成无法形成fe2al5黏附层的主要原因。通过对锌锅中铝、铁含量以及工艺速度等参数进行优化,保障了黏附层的形成,降低了脱锌缺陷产生风险。

关键词：热基板镀锌脱锌 fe2al5 镀锌工艺