Mg,Si对热浸镀Zn-22.3Al合金凝固组织及耐蚀性的影响

通过添加少量Si元素配制了Zn-22.3Al-xSi(x=0,0.7,1.1,1.4,1.8,3.8)熔池及添加少量的Mg元素配制了Zn-22.3Al-1.1Si-yMg(y=0,0.2,0.4,0.6)熔池。在热浸镀后加工相应的合金试样,对合金试样进行盐雾实验和电化学实验,应用扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)、X射线衍射(XRD)分析等方法,研究了硅、镁对热浸镀Zn-22.3Al合金凝固组织及耐蚀性能的影响。实验发现,Zn-22.3Al-xSi合金凝固组织由η-Zn相、α-Al相、锌铝共析组织及铝硅共晶组织组成。硅的加入,明显改善了组织分布的均匀性。但是当硅含量超过1.1%时,凝固组织中开始析出块状硅,并随硅含量增加而增多。镁、硅的协同作用使得热浸镀Zn-22.3Al-1.1Si-yMg合金凝固组织中开始出现Zn/Al/Mg_2Zn_(11)三元共晶组织,随着镁含量的增加,锌铝共析组织不断增多,α-Al相、η-Zn相数量减少,尺寸增大;与此同时,Zn/Al/Mg_2Zn_(11)三元共晶组织数量也不断增多。当合金中镁含量达到0.6%时,凝固组织中出现了少量的Zn/Al/MgZn_2三元共晶,且铝硅共晶的尺寸稍有增大。随着镁含量的增加,腐蚀速率逐渐降低,即合金的耐蚀性能逐渐提高。     

高耐蚀锌铝镁镀层研究现状

从锌铝镁镀层的熔池界面反应、镀层组织、表面和切边腐蚀机理、腐蚀产物类型变化等方面, 对高耐蚀锌铝镁镀层的研究进展进行了详细分析. 根据Al成分含量的不同, 将商用及实验室锌铝镁镀层分为"低铝"、"中铝"和"高铝"锌铝镁三种类型: 不同类型的锌铝镁镀层的金属间化合物层生长动力学存在差异, 为了控制镀层厚度, 应合理控制浸镀时间、温度与熔池成分; 凝固组织也存在差异, "低铝"与"中铝"会析出Al或Zn初晶、Zn/MgZn₂二元共晶组织、Zn/MgZn₂/Al三元共晶组织, "高铝"会产生富Al枝晶、枝晶间富Zn相、Mg₂Si相、MgZn₂相, 不产生共晶组织; 发生表面腐蚀时, "低铝"与"中铝"中MgZn₂相先电离, 并生成碱性锌盐、双层氢氧化物等致密的腐蚀产物, 抑制腐蚀; 发生切边腐蚀时, 锌铝镁会出现自修复现象, 在切边钢基或镀层破损处形成碱性锌盐, 保护基体.      

光伏用高耐蚀锌铝镁镀层产品开发

包钢锌铝镁产线改造后,对光伏用高耐蚀锌铝镁镀层产品进行了开发和试制。开展了锌铝镁产品镀层的组织结构分析、锌铝镁镀层产品的中性盐雾试验以及镀层表面缺陷分析和控制研究。分析结果表明包钢锌铝镁镀层产品其镀层组织是由富Zn相、Zn/MgZn₂/Al三元共晶相和Zn/MgZn₂二元共晶相构成,Al、Mg元素在镀层中均匀分布;中性盐雾试验表明包钢生产的锌铝镁镀层产品具有良好的耐腐蚀性能、加工成形性能以及切口自愈能力。试制结果表明包钢锌铝镁产线工艺控制稳定,锌铝镁镀层产品实现了稳定批量生产,产品的合格率达到95.33%,成材率达到了97.84%,各项性能均满足技术条件要求。     

Fe-x%Mn/Super Dyma扩散偶中Fe-Al合金层的生长行为

Super Dyma锌铝镁硅合金镀层具有优良的耐腐蚀性能,在热浸镀锌工业中备受关注。为弄清锰元素对热浸镀Super Dyma合金镀层组织的影响,将Fe-x%Mn/Super Dyma固-液扩散偶在500, 550, 600和650℃分别进行10, 15, 20, 25和30 min的扩散退火,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等仪器研究了该扩散偶中合金层的相组成及其生长规律。研究结果表明:Fe-x%Mn/Super Dyma固-液扩散偶中的合金层由Fe_2Al_5相和FeAl_3相组成, Fe-Al合金层呈现抛物线生长规律,其生长受铁和铝原子扩散控制;随着扩散反应温度的提高, Fe-Al合金层的厚度明显增加;铁基合金中的锰元素具有抑制Fe-x%Mn/Super Dyma固-液扩散偶中Fe-Al合金层生长的作用,当锰含量为0.9%(质量分数)时,锰元素对扩散偶中Fe-Al合金层生长的抑制作用最明显。在热浸镀Super Dyma合金镀层时,最佳热浸镀温度温度为550～600℃。为得到合适的镀层厚度,可依据热浸镀温度确定合适的热浸镀时间和钢中的锰含量。     

两步法变质处理Zn-6Al合金的显微组织和力学性能研究

采用Al-5Ti-B对Zn-6Al合金进行两步法变质处理，运用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和万能试验机分析测试了变质处理前后Zn-6Al合金的凝固组织和力学性能。结果表明：当加入0.50%的Al-5Ti-B时，随着高温变质熔体占比的增加，Zn-6Al合金中初生β-Al相面积分数不断增加，共晶组织层片间距先减小再增加；Zn-6Al合金的抗拉强度与屈服强度不断增加，延伸率先增加后降低；当高温变质熔体与低温熔体质量比为2∶3时，Zn-6Al合金的综合力学性能最佳。当高温变质熔体与低温熔体质量比为2∶3时，随着Al-5Ti-B加入量的增加，Zn-6Al合金中初生β-Al相面积分数、抗拉强度、屈服强度和延伸率呈现先增加再降低的变化趋势，共晶组织则呈现先细化再粗化的变化趋势。与未进行变质处理的Zn-6Al合金相比，当高温变质熔体与低温熔体质量比为2∶3和Al-5Ti-B加入量为0.75%时，Zn-6Al合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别增加24%, 13%和118%。采用Al-5Ti-B对Zn-6Al合金进行两步法变质处理，可明显提高Zn-6Al合金的综合力学性能。     

热浸镀低合金高强钢Zn-Al-Mg镀层的组织结构表征

 热浸镀锌铝镁镀层因其具有更优异的切口保护性能和耐腐蚀性能等而被广泛应用于汽车和家电领域,而锌铝镁镀层钢板的耐蚀性与其物相组成密切相关。因此,为了更好地研究热浸镀低合金高强钢Zn-Al-Mg镀层表面与截面的微观组织与物相结构组成,利用聚焦离子束(FIB)对镀层截面进行了微区加工和精抛,制备出了平整光亮无应力的待观察面。首先利用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)初步分析了锌铝镁镀层表面与截面的微观组织形貌与成分,再利用电子背散射衍射技术(EBSD)菊池花样标定准确判定了锌铝镁镀层的物相结构与组成。研究表明,锌铝镁镀层表面与截面物相构成相同,均是由粗大枝晶状的初生富Zn相、相对细小鱼骨状或枝晶状的Zn-Mg二元共晶相和更为细小颗粒状或条状Zn-Mg-Al三元共晶相构成。另外还发现,在块状的初生富Zn相中均匀弥散分布着大量的纳米析出颗粒富Al相。经EBSD菊池花样标定准确判定了热浸镀锌铝镁镀层的物相结构,其中粗大枝晶状的初生富Zn相为具有密排六方结构的Zn相,相对细小鱼骨状或枝晶状的Zn-Mg二元共晶相为具有相同密排六方结构的Zn-MgZn₂,更为细小颗粒状或条状Zn-Mg-Al三元共晶相为Zn-MgZn₂-Al。另外,初生Zn相中析出的纳米级富Al相颗粒有效地提升了镀层的表面硬度。同时,在初生Zn相和共晶相的边缘均覆盖着一层MgZn₂相,该相可以有效地延缓腐蚀进程。     

可降解医用Zn-3Al-1Mg合金的体外腐蚀行为和力学性能

采用热挤压方法制备了管状Zn-3Al-1Mg合金,利用扫描电子显微镜(SEM)及拉伸、压缩测试等方法研究了铸态和挤压态管状Zn-3Al-1Mg合金的微观组织与力学性能.同时,利用浸泡试验、电化学测试、X射线光电子能谱分析(XPS)研究了挤压态管状Zn-3Al-1Mg合金在模拟体液(SBF)溶液中的腐蚀行为.结果表明：铸态及挤压态合金均由η-Zn, α-Al及Mg₂Zn₁₁三相组成,挤压态合金的微观组织明显细化,且力学性能明显优于铸态合金的力学性能;挤压态合金在模拟体液中的腐蚀速率为0.15～0.28 mm/a.腐蚀形貌分析结果揭示了不同物相间的微电偶腐蚀机制,腐蚀产物包括Zn/Al/Mg的氧化物、氢氧化物,以及Ca, P和Zn/Al/Mg相结合产生的磷酸盐、碳酸盐.结合电化学测试结果,对挤压态合金的腐蚀过程和腐蚀机理进行了分析.     

Zn和Mg元素对高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu合金铸锭及其均热态组织的影响

以Al-9.2Zn-2.0Mg-1.8Cu合金为基础合金,共设计了3种化学成分的合金,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC)等手段,同时结合Pandat热力学计算,研究了Zn和Mg元素对半连续铸造高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu合金铸态和均匀化组织的影响。结果表明:合金铸态组织中第二相主要包括非平衡共晶(AlZnMgCu)四元相、大量细小的短棒状MgZn_2相以及很少量的富Cu相;提高Zn和Mg元素的含量均会导致合金铸态组织中非平衡共晶相数量及非平衡共晶相厚度的增加,且在高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu系合金中Mg元素影响更大,这与热力学计算结果基本一致。各合金经过470℃/24 h均匀化处理后,Al-9.2Zn-2.0Mg-1.8Cu合金回溶完全,Mg和Zn元素含量更高的合金回溶不充分,组织中仍存在一定数量的(AlZnMgCu)四元相,其中,在高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu合金中Mg元素的增加尤其不利于均匀化的进行。     

半连续铸造7136超高强铝合金的组织特征及均匀化处理工艺

以半连续铸造7136铝合金为研究对象, 以铸态组织分析为基础, 采用双级均匀化. 结果表明: 与其他7×××系铝合金相比, 7136铝合金铸态组织没有明显的层片状α(Al)+T共晶相的特征, 也没有发现S相的存在. 基体中的弥散相为微米级的圆形或棒状MgZn₂相, Mg元素和Zn元素随着液态合金的凝固, 在Al基体中以MgZn₂相的形式析出, 为了平衡Mg元素和Zn元素的分配系数, Mg元素和Zn元素从液态向固态迁移, 这也是使得晶内Zn元素和Mg元素偏高的原因. 经过462℃, 24 h单级均匀化, 残留相大致消除. 随着均匀化时间的延长, 残留相有减少的趋势, 但作用相对较小. 经过450℃, 24 h+470℃, 24 h双级均匀化, 差示扫描量热法获取的峰值非常小, 晶间除了少量高熔点Al₇Cu₂Fe相残留, Al₂Cu等其他相已基本消除, 均匀化效果显著.      

铝和镁对锌铝镁合金凝固组织与力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)和万能电子试验机分析和测试了不同镁含量(1%~5%,质量分数)和铝含量(4%~8%,质量分数)锌铝镁合金的凝固组织与力学性能。研究表明:当铝含量为6%时,随着镁含量的增加,Zn-6%Al-Mg合金中的Mg Zn_2相、二元Zn/Al和三元Zn/Al/Mg Zn_2共晶体数量明显增加,当镁含量为3%时达到最大值。当镁含量超过3%时,出现较多粗大的Al/Mg Zn_2二元共晶体。铝含量小于6%时,在Zn-Al-3%Mg合金中形成粗大的Mg_2Zn_(11)相和大量的Zn/Al/Mg_2Zn_(11)三元共晶体;当铝含量超过6%时,在Zn-Al-3%Mg合金中形成粗大的Mg Zn_2相和大量的Al/Mg Zn_2二元共晶体。当铝含量为6%时,Zn-6%Al-Mg合金的抗拉强度和硬度随着镁含量的增加呈现先增加后降低的趋势,但合金的延伸率一直下降,Zn-6%Al-3%Mg合金的抗拉强度和硬度最高。当镁含量为3%时,Zn-Al-3%Mg合金的抗拉强度、延伸率和硬度随着铝含量的增加都呈现先增加后降低的趋势,Zn-6%Al-3%Mg合金的综合力学性能最好。     

锌铝池中Si含量对渣相形成的影响

采用Thermo-Calc软件分别计算硅在不同温度Zn-50%Al-xFe-ySi(原子数分数)熔池液相中的溶解度及不同温度Zn-30%Al-2%Fe-xSi(质量分数)熔池中开始形成τ₅渣相和FeAl₃渣相消失时该熔池中硅含量,采用平衡合金法测定Zn-50%Al-xFe-ySi合金液相中硅的溶解度和不同硅含量的Zn-30%Al-2%Fe-xSi合金的相平衡关系.当温度分别为540、560、580、600和620℃时,硅在Zn-50%Al-xFe-ySi体系液相中的溶解度(原子数分数)计算值分别为0.82%、0.95%、1.11%、1.28%和1.47%,实验结果与计算结果吻合很好.当熔池温度分别为580、600和620℃时,在Zn-30%Al-2%Fe-xSi合金中刚开始出现τ₅相时所对应硅质量分数的计算值分别为0.6%、0.72%和0.84%,发生FeAl₃相消失对应的锌池中硅质量分数的计算值分别为1.12%、1.22%和1.34%,实验结果与计算预测结果基本一致.      

Bonding Interface Formation between Mg Alloy and Steel by Liquid-phase Bonding using the Ag Interlayer

Liquid-phase bonding between a Mg alloy (AZ31) and low-carbon steel was attempted at 773 K (500 °C) using Ag as an interlayer that forms a eutectic melt with the Mg alloy at this temperature. On the AZ31 side, eutectic melting and subsequent isothermal solidification were observed, and it was confirmed that the solidification of the eutectic liquid was promoted by the diffusion of Ag into the AZ31 base metal. On the steel side, Al was transported from AZ31 during the eutectic melting and isothermal solidification. This transported Al was enriched at the steel surface and reacted with steel to form a uniform, thin Fe-Al intermetallic compound layer. After the isothermal solidification, strong bonding was achieved via the thin intermetallic compound layer between AZ31 and steel, and no Ag remained at the bonding interface. The strength of the joint was found to be higher than the yield strength of AZ31.     

锌铝镁镀层汽车板镀层相的X射线衍射分析

为了对锌铝镁镀层汽车板镀层相进行表征,进而指导生产现场工艺调整及优化,首先采用X射线衍射仪(XRD)对测试参数进行了优化,然后根据最优测试参数,对7种不同镀层质量的锌铝镁镀层汽车板镀层相组成进行了定性定量分析。结果表明,优化后的锌铝镁镀层XRD相分析的最佳测试参数为小角掠射模式,窄狭缝,步长0.02°~0.04°,扫描速度不大于2°/min,扫描角度范围40°~51.5°。对7种不同镀层质量的锌铝镁镀层试样进行分析,发现物相组成相同,均由Zn、MgZn₂和AlMg₄Zn₁₁组成;镀层质量在50g/m²以下时,随着镀层质量的增加,镀层相中MgZn₂和AlMg₄Zn₁₁的质量分数先增大后减小,但差别不大;镀层质量从50g/m²增加到70g/m²时,镀层相中Zn的质量分数降低,MgZn₂和AlMg₄Zn₁₁的质量分数均增加,且MgZn₂的增长速率大于AlMg₄Zn₁₁。常规的XRD只能进行初步的半定量分析,而实验通过优化仪器参数提高了XRD半定量精度,进而取代了传统的化学法进行定量分析,及时了解了镀层物相组成,实验结果将为生产现场进行镀层工艺优化提供理论指导。     

Zn-Al-Mg 镀层的微观组织及相组成分析

Zn-Al-Mg镀层钢板具有优异的切口保护性能和耐大气腐蚀性能,但Zn-Al-Mg镀层的相组成至今尚存在争议。为了更好地控制Zn-Al-Mg镀层结构、镀层钢板的成形性和耐蚀性,利用SEM、XRD、GDS和TEM等设备分析了Zn-Al-Mg镀层钢板的微观组织,确定了Zn-Al-Mg镀层是由Zn、Al和MgZn₂三相组成。通过TEM分析发现,Zn-Al-Mg镀层与钢板的界面存在厚度为0.01 μm的Al-Fe合金层和厚度为0.1 μm的Zn-Mg合金层。     

冷却速度对Zn--5 Al--0.1 RE--x Si合金显微组织及耐蚀性能的影响

运用扫描电子显微镜/能谱仪、X射线衍射、盐雾实验、电极化曲线等手段,研究冷却速度和Si对Zn-5Al-0.1RE合金组织及耐蚀性能的影响.结果表明,Zn-5Al-0.1RE-xSi合金由先析出的η-Zn和η-Zn+α-Al共晶组织组成,前者均匀分布在相邻的η-Zn+α-Al共晶胞的边界上.降低冷却速度和Si的加入,均使Zn-5Al-0.1RE-xSi合金单位面积的晶粒增大,晶界减少,合金耐蚀性能提高.Zn-5Al-0.1RE-xSi合金耐蚀性能的差异与合金凝固组织及合金腐蚀产物中Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O和ZnO的相对量有关.      

The behavior of silicon in the solidification of Zn-55Al-1.6Si coating on steel

Silicon is an essential element in the Zn-55Al-1.6Si coating. It is added to promote the formation of an adherent coating and prevent the excessive growth of an intermetallic alloy layer at the steel/coating interface. The addition of silicon also results in the formation of a silicon phase distributed in the interdendritic region of the overlay, having a flowery pattern on the surface, and appearing needlelike when observed inside the overlay. The behavior of silicon during the solidification process of the Zn-55Al-1.6Si coating is examined in the current study. It is found that the coating solidification proceeds in three stages. At stage I, primary α-Al dendrites develop at about 566 °C to 520 °C, forming the framework of the coating structure. This is followed by stage II at about 520 °C to 381 °C, where the binary Al-Si eutectic reaction takes place, with the majority of the silicon phase forming at about 520 °C to 480 °C. At stage III the remaining molten phase undergoes a ternary Al-Zn-Si eutectic reaction forming the interdendritic zinc-rich network. The ternary Al-Zn-Si eutectic reaction is essentially equivalent to the binary Al-Zn eutectic reaction because of the very low level of silicon at the Al-Zn-Si eutectic point.     

基于激光熔覆TiC/TiB2的钛合金表面组织及性能研究

在钛合金表面激光熔覆制备TiC/TiB₂复合涂层,分别采用SEM、显微硬度计和摩擦磨损设备分析了TiB₂+15%TiC复合涂层的微观组织和硬度、摩擦磨损性能。实验结果表明:涂层上部组织主要由粗大的TiB₂树枝晶和少量白色颗粒状的TiC/TiB共晶组织组成,涂层中部组织主要由棒状型、细针状型的TiB₂相和小块状的TiC相组成,涂层下部则由树枝型、块状TiB₂相、较大的片状TiC相和少量的小层片状金属间化合物TiAl组成。由测试结果可知,涂层硬度(960HV_0.2)约为基体的(350HV_0.2)的2.7倍。涂层的耐磨性能显著提高,涂层出现较少的剥落、细小磨痕和颗粒碎屑,基体表面主要是犁沟式的磨损。涂层的磨损量为1.132 mg是基体(5.342 mg)的20%。