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含硅低碳钢与液态锌镍合金的反应及微观行为的研究

许乔瑜  
【摘要】: 本文研究了含硅低碳钢与液态锌及锌镍合金的反应,铁锌和铁镍锌金属间化合物相层的形成过程及生长动力学规律,含硅低碳钢中的硅和锌浴中的镍对金属间化合物相层生长的影响;研究了各种锌渣相的成分、相结构及其形成机制;采用预镀镍的方法,研究了含硅低碳钢预镀镍后与液态锌的反应以及金属间化合物组织的形成和变化规律。 对含硅低碳钢与液态锌及锌镍合金反应的研究表明,反应温度低于480℃时,含硅低碳钢的铁锌反应与硅含量的关系呈典型的圣德林效应,并主要由ζ相(FeZn13)所贡献。锌浴中加镍能有效抑制含0.04~0.18wt%Si的低碳钢中ζ相的异常生长;反应温度为480~500℃时,镍的作用逐渐消失。镍对ζ相生长的抑制作用主要表现在:低镍条件下,ζ粗晶的生长受到镍的高浓度区的阻挡,ζ粗晶溶解扩散到液相的铁原子将与镍、锌原子形成铁镍锌三元金属间化合物ζ相小晶体;高镍时,将在ζ相前沿形成铁镍锌三元金属间化合物Γ2相粒子,更有效地阻挡ζ相的生长。研究发现,在铁锌金属间化合物层的形成与生长过程中,ζ相是领先相。固-液界面前沿铁原子的浓度差和ζ与α相晶胞中某些晶面原子有较高的匹配度是促进ζ晶核在α-Fe基体上优先形核与生长的主要因素。 对铁镍锌三元锌渣的研究表明,随锌浴中镍含量的增加,锌渣中ζ和Γ2相中的镍含量亦相应增加,锌渣的相组成分别为η+ζ、η+ζ+Γ2和η+Γ2;锌渣中的ζ、Γ2相粒子是在锌镍中间合金完全溶解后引起锌浴中镍浓度的改变而形成的新相;锌渣中的铁镍锌三元ζ相通过锌浴中的镍原子进入已形成的铁锌二元ζ相中,取代部分铁原子而形成;锌渣中Γ2相的形成是通过锌浴中的ζ、中间合金中的镍锌δ2、γ相粒子的溶解,在锌浴中达到适当的铁、镍浓度而令Γ2相的形核并长大。 采用测定锌渣相形成前后锌浴成分点的方法,确定了可用于预测锌渣相组成变化的450℃铁镍锌三元相图富锌角的液相线。该温度下锌渣中出现Γ2相的锌浴临界成分为0.025wt%Fe,0.062wt%Ni。锌渣中Г2相的析出,增加了锌浴中镍的消耗,降低了镍的使用效率。


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