锌浴中元素对钢结构件热镀锌的影响

综述了锌浴中的杂质元素(Fe、Pb、Cu、Sn、Cd、Ge等)和合金元素(Al、Ni、Mg、Mn、Bi等)对热镀锌层组织及镀层生长的影响作用。     

钢中元素对钢结构件热镀锌的影响

综述了热镀锌层组织形貌特点及生长动力学,以及钢中元素(C、Si、P、S、Mn、V、Nb、Ti、Al、Cr、Ni等)对Fe-Zn反应的影响。研究表明：热镀锌时,ζ相在Fe/Zn界面优先形核生长,δ相是紧随着ζ相在由Fe/ζ相界面上形成,而Γ相要经过一定时间的孕育期才形成.Fe-Zn合金相层的生长动力学符合经验公式d=Ctn.钢中元素C、Si或P均促进Fe-Zn反应,尤其以Si的影响最显著,S则无影响.钢中一定含量的合金元素Mn、Cr或Ni会促进镀层生长,而Ti、V或Nb对钢结构件热镀锌基本无影响.故对不同成分的钢材应采用不同的热镀锌工艺.     

添加Ti和Al对热浸镀锌层组织结构的影响

制备了Ti、Al含量不同的热浸镀锌层,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察分析了镀层的组织结构.结果表明:Ti能有效抑制镀层中ζ相的生长,降低合金相层的厚度.60 s浸镀,添加0.04％ Ti时消除了镀层中ζ相分层现象;添加0.07％ Ti时在ζ/η相界生成细小颗粒状T相;240 s浸镀,在ζ/η界面及η相中生成了颗粒状T相,甚至形成连续分布的T相小岛.锌浴中同时添加Ti和Al对Fe-Zn合金相生长的抑制作用加剧,短时间浸镀时就促使含铝T相在η相中生成.     

锌浴中Ni-Bi协同作用对铁硅合金热浸镀锌层中间相组织的影响

目前,对热镀锌浴中加入Ni,Bi后的协同作用研究不多,且认识不一致。利用光学显微镜、SEM-EDS研究了锌池中的Ni和Bi的协同作用对Fe-Si合金基体热浸镀锌中间相组织的影响。结果表明:对于纯铁基体,Ni或Ni-Bi的协同作用可以减缓Fe-Zn反应速度;对于含硅量为0.1%(质量分数,下同)的基体,Ni能完全控制硅反应性;对于高硅合金基体,Ni只能部分控制其硅反应性,而Ni-Bi协同作用对硅反应性的控制效果明显;对于含硅钢镀锌,为了控制硅反应性,在锌浴中加入0.1%Ni+0.5%Bi效果较理想。     

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

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.     

激光快速熔凝Ni-Sn共晶合金的组织演变

采用Ni 28%Sn,Ni 30%Sn,Ni 33%Sn和Ni-35%Sn(质量分数)共4种成分的亚共晶和过共晶合金,考察了Ni Sn共晶合金在激光快速熔凝过程中的组织演化过程.当激光扫描速率较低时,Ni 28%Sn亚共晶合金和Ni-35%Sn过共晶合金的熔凝组织主要由细化的初生枝晶(亚共晶合金为α-Ni相,过共晶合金为Ni3Sn相)和枝晶间共晶(α-Ni+Ni3Sn)组成;近共晶合金Ni-30%Sn和Ni 33%Sn的熔凝组织基本相似,熔池从底部到顶部存在柱状共晶团向等轴状共晶团的转变.Ni-Sn亚共晶和过共晶合金熔池底部皆存在少量粗大的残留初生相.激光快速熔凝后,相比基材中所存在的层片和棒状共晶的混合组织,熔池内的共晶组织皆为层片状共晶,层片间距相比基材明显减小,并呈现垂直于熔池底部外延生长的特征.通过对比4种成分合金在不同激光扫描速率下的熔凝组织,获得了激光快速熔凝条件下Ni-Sn合金共生生长区的成分范围以及临界激光扫描速率.应用描述快速枝晶生长的KGT模型和快速共晶生长的TMK模型对熔凝组织进行了分析,模型计算结果与实验结果符合良好.     

无铵助镀条件下热浸镀Zn-0.05%Al合金镀层的组织结构

采用无铵助镀工艺对基体进行预处理,分别在450℃的纯锌浴和Zn-0.05%Al合金浴中制备了镀层,借助SEM、EDS等分析对比了两种锌浴中镀层的形成和微观组织结构,探讨了无铵助镀条件下Zn-0.05%Al合金浴中Al对镀层形成过程及组织结构的影响。结果表明:无铵助镀条件下锌浴中添加0.05%Al可显著提高镀层的外观质量并使镀层厚度减薄;随着浸镀时间的延长,最终两种锌浴中制备的镀层均由ζ_1、ζ_2、δ和η相组成。0.05%Al的添加可以降低镀层中合金相层的厚度,在镀层形成的初始阶段抑制了ζ相的生成和长大,延迟了ζ相的分层;0~300 s浸镀时,两种锌浴中合金相层的生长速率主要受扩散速度控制,Zn-0.05%Al合金浴中浸镀时间≤30 s时,合金相层的生长速率受界面反应速度控制。     

锌对SnxZn/Cu界面微空洞的影响

通过向锡钎料中添加不同含量的Zn元素,系统研究了锌对SnxZn/Cu(x=0,0.2,0.5,0.8(质量分数,％))界面处柯肯达尔空洞形成的影响.结果表明,经热老化处理后,纯Sn/Cu接头中的Cu3 Sn层和Cu3 Sn/Cu界面出现了大量柯肯达尔空洞.然而随着Zn元素含量的增加,反应界面处的Cu3Sn层逐渐变薄甚至消失,柯肯达尔空洞也随之显著减少或消失;锌在反应界面处的富集现象越来越显著.锌参与了界面反应,形成了(Cu,Zn)6Sn5相、Cu6(Sn,Zn)5相和Cu-Zn固溶合金,其中Cu-Zn固溶合金层可以显著影响铜的界面扩散.Zn元素直接参与了界面扩散,在很大程度上缓和铜和锡的不平衡扩散,从而有效抑制了柯肯达尔空洞的形成.     

微量Ni对Sn2.5Ag0.7Cu钎料组织和性能的影响

研究微量Ni元素对Sn2.5Ag0.7Cu钎料显微组织和力学性能的影响。结果表明,Sn2.5Ag0.7Cu合金主要由β-Sn相、Ag3Sn相和Cu6Sn5相组成;添加微量的Ni元素后,可以有效地细化合金的内部组织,且共晶组织内部产生以Cu6Sn5相为基的(Cu,Ni)6Sn5相,或Ag3Sn相为基的(Ag,Ni)3Sn相。焊点界面主要为Cu基体、IMC层和钎料3个区域;随着钎焊时间的延长或钎焊温度的增加,IMC层在Cu基体侧较为光滑平坦,而钎料侧呈现扇贝状分布;钎焊接头的剪切强度都是呈先增大后减小趋势,在钎焊时间240 s和钎焊温度300℃达到最大值48 MPa。     

Si对Cu-7.5Ni-5Sn合金铸态组织的影响

利用金相显微分析、能谱分析、X射线衍射分析和SEM分析对添加Si的Cu-7.5Ni-5Sn合金的显微组织进行研究。结果表明,添加Si与未添加Si的Cu-7.5Ni-5Sn合金具有相同的组织。含Si的铸态Cu-7.5Ni-5Sn合金的组织由灰色的树枝晶(α基体)、过渡组织(α相和γ相两相的混合物)和枝晶间的骨状组织γ相(Cux Ni1-x)3Sn组成。Si对Cu-7.5Ni-5Sn合金具有细化枝晶的作用。Si与合金中的Ni形成Ni31Si12、Ni3Si和Ni74Si26相,其中起到细化变质作用的可能是Ni3Si相。添加Si可以延迟Cu-7.5Ni-5Sn合金的均匀化过程。     

热浸Zn-Ni合金镀层技术的研究与应用

综述了近年来国内外热浸Zn-Ni合金镀层技术（Techn igalva）的研究及生产应用现状.与常规热镀Zn层相比,在Zn浴中加入约0.04～0.09%的Ni获 得的镀层厚度适宜,外观更光亮、平滑,并有较好的耐蚀性和粘附性.     

国外钢板热镀锌技术进展

介绍了国外近10余年来钢板带热镀锌工艺的技术进展概况，主要包括美钢联法生产线；汽车用IF钢合金化镀锌板；最近十年新开发的高耐蚀合金镀层；高温退火炉；高耐蚀耐磨沉没辊；气刀；高频感应加热合金化炉及内加热式锌锅等内容。此外，还阐述了热浸镀锌汽车用高强度钢板，热镀锌电磁移动场磁流本封闭式镀锌锅以及热轧钢板热镀锌的发展趋势。     

批量热浸镀锌工艺机理的研究现状

热浸镀锌是钢铁材料户外长效防护的最佳选择。传统的调整参数、试加合金等“试错法”难以满足现代制造业的发展,故全面、完整的热浸镀锌机理研究已迫在眉睫。针对我国批量热浸镀锌产量大、重经验轻理论、技术落后、污染严重等特点,从镀层的形成机理、镀层的合金化机理、锌浴液态特征等方面综述分析了批量热浸镀锌工艺理论的研究现状和不足,指出了基体和锌浴界面之间的相互作用、合金元素添加的可预测性、浸镀后表面粘附锌液层的结晶、锌浴液态特征等研究的重要性。建议从以下几个方面完善热浸镀锌机理：加强基材离开锌浴至冷却结晶结束这一阶段镀层组织结构的演变研究;在研究镀层合金化机理的同时,注重合金化镀层的应用推广,尤其是加强低合金高强钢的热浸镀锌研究;重视并加强锌浴表面张力、流动性、结晶特性的液态特征研究和数据积累;在形层机理研究的基础上,结合工艺参数进行镀层的预设计及镀层预控制研究。     

工艺参数对热浸镀锌抑制层的影响

从锌液中Al含量、带钢入锅温度、锌液流动性和浸镀时间四个方面阐述了热浸镀锌过程中工艺参数对抑制层的影响,为在热浸镀过程中得到较好的抑制层,进而得到优质的镀层产品提供了理论依据。     

彩色热镀锌工艺及镀层的抗蚀性能

通过镀液成分和工艺试验，筛选出Ｚｎ－Ｍｎ－Ｃｕ和Ｚｎ－Ｔｉ－Ｎｉ两种成分镀液，在一定的浸镀温度和冷却方式下，可以获得表面光滑，色泽均匀的彩虹，金黄，紫，蓝等彩色镀层。盐雾腐蚀试验表明；彩色热镀锌层比常规热镀锌层的耐蚀性能约提高一倍。     

热浸Zn-Ti合金镀层的耐腐蚀性能

为了抑制热镀锌过程中因含硅活性钢引起的镀层超厚生长,采用在纯锌浴中加Ti的方法,研究了热浸Zn-Ti合金镀层的耐蚀性能.采用浸泡腐蚀、电化学极化、交流阻抗以及X射线光电子能谱等方法,研究了热浸Zn-Ti合金镀层的耐蚀性能.结果表明:Zn-Ti舍金镀层在5%NaCl溶液中的自发腐蚀倾向小于Zn镀层,其极化电阻和交流阻抗增大,腐蚀电流密度减小,耐蚀性能提高.Zn-Ti镀层表面形成的氧化膜由ZnO和TiO2组成.Zn-Ti合金镀层的耐腐蚀性能优于纯锌镀层是由于在镀层表面形成了更加稳定的TiO2膜.     

镀液合金元素对钢镀铝界面组织的影响

研究了钢铁热浸镀镀液中添加不同元素对合金层生长的影响,检测了镀层的形貌和结构并分析了合金层形成和生长的机理.结果表明,镀层由表面的浸铝层和内层的合金层构成;合金层由Fe2Al5和FeAl3等Fe-Al金属间化合物组成;Si的添加能有效抑制合金层的生长,Mn与Mg的作用不明显,Zn则加剧了合金层的生长;合金层的生长随时间近似遵循抛物线关系.     

铝含量对IF钢热镀铝锌层组织和性能的影响

向热浸镀锌液中分别添加(质量分数)0.2%、1.0%、5.0%的Al,借助体视显微镜和SEM观察了IF钢表面镀层的微观结构,采用万能试验机进行三点弯曲试验,研究了不同Al含量对热浸镀镀层组织和性能的影响规律。结果表明,热镀铝锌镀层表面平整,存在网状沟槽,沟槽处为α(Al)+η(Zn)和Fe-Al-Zn金属间化合物。随着Al含量的增加,镀层表面龟甲块逐渐细小,镀层厚度逐渐增加。由于硬度高、脆性大,弯曲时裂纹从金属间化合物处发源,且随Al含量增多裂纹逐渐增多并平行排列。     

镍对热镀锌耐蚀性的影响

对Q235和Q345两种材料表面热浸镀纯Zn和Zn－Ni合金，研究Ni对热镀锌耐蚀性的影响。采用中性盐雾试验对镀层耐蚀性测试，将纯Zn镀层和Zn-Ni合金镀层进行对比，并用电子天平称量试样重量变化。结果表明Zn－Ni合金镀层比纯Zn镀层更耐腐蚀。