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热镀锌理论一、锌的金属扩散原理与镀锌层的形成过程? ? 钢铁表面热镀锌是固态金属与液态金属间的反应和扩散过程。从上世纪初以来，有不少学者从事过这方面的理论研究，他们大都是从研究铁-锌反应动力学着手，找出决定扩散层结构的重要因素和各因素之间的相互关系，确定扩散层生长的规律。研究证明，扩散层的厚度在给定温度之下主要取决于扩散时间，可由下式表示： y2=2Pt 式中??y-----扩散层厚度，微米? ?? ?t----扩散时间，时；? ?? ?2P---系数，微米2/时由式2-1可知，在给定温度下，扩散层的厚度将按照扩散时间呈抛物线的规律增加。? ? 当难熔金属在易熔金属中溶解时，由于扩散层一面在增加，一面又在液体金属中溶解，情况就复杂了。这时，在所研究的扩散层界面上的浓度可能在变化。因而使增长规律偏离抛物线。只有当液态金属中的被熔物呈饱和状态时，或者当难溶金属在易溶金属中一般溶解不多时（例如，由于熔点相差太大），抛物线规律才保持正确。? ???在研究铁-锌的互扩散时，已证实符合抛物线的只有г相。因为这一相不与溶体金属直接接触，并具有最鲜明的边界（即边界上成分不变）。? ? 在所有的情况中，y2与t保持着线性关系。每一抛物线的平均参数2P则取决于此直线与T轴间倾斜角的正切。有了各不同温度下2P的数值后，便可以研究扩散系数随温度变化的情形。? ? 当固态难溶金属与液态易溶金属互相作用时，中间相层的形成次序并不随时符合于接触面上的平衡条件，实际在反应初期所形成的相，在结构上与成分上都不是该系中最易溶的相。对此，通过研究铁-锌反应已证实，在扩散层中间相（即镀锌层的合金层）的形成过程中有两种基本过程在进行：第一铁溶解在锌中，第二形成金属化合物。1、? ???铁溶解在液态锌中的过程? ? 热镀锌时，铁原子跑到了液态锌中形成了一定浓度的溶液。如果这种溶液的浓度低于该温度下的饱和浓度（镀锌时间短），则在该反应过程中就不产生固相。于是，当铁试样从锌液中取出时，其表面上的结晶或者是一种共晶（FeZn7+Zn），或者是共晶中夹着多余的均匀分布的FeZn7晶体。如果铁溶解在液体锌中的浓度大于该温度下的饱和浓度（镀锌时间长），则在反应过程中FeZn7晶体就应形成并且长大。显然，这一相的长大应从铁表面开始。同时，一些单个的FeZn7晶体会从铁表面上剥下而溶到液态合金中，常把单位时间内被溶解掉的物质量Dq/dt作为溶解速度。2、 形成金属化合物Fe5Zn21的过程形成金属化合物Fe5Zn21的过程，显然可以和第一种过程平行地、无直接联系地进行，因为在这里并非扩散过程，而纯粹是反应过程。研究证实，化合物Fe5Zn21并不是一开始便形成，而至少经一定时间后才出现。这段推迟的时间一般称为孕育期t，它的倒数1/t称为化合物Fe5Zn21的形成速度。在给定的热镀锌条件下，镀锌层的合金层厚度及结构主要取决于以上所说的铁的溶解速度和金属化合物形成速度的对比关系。如果铁在锌中的溶解速度等于或稍微大于Fe5Zn21的形成速度，则当试样浸入液态锌中时，在最早的一段时间内铁将在锌中溶解，并形成共晶与FeZn7晶体。之后不久，便形成化合物Fe5Zn21，它有力地阻止铁的进一步溶解。如果铁在锌中的溶解速度比Fe5Zn21的形成速度大得多，则由于与液态锌相接触的试样面上的铁很快地跑到溶液中，所以表面上形成Fe5Zn21的这一反应便大大减慢，这样，化合物Fe5Zn21就完全不会形成。如果Fe5Zn21的形成速度大于铁的溶解速度，则镀锌一开始Fe5Zn21便首先形成，并阻止了铁的进一步溶解。在这种情况下，镀锌层的合金层就可能只由一种Fe5Zn21晶体组成。实践证明，就是镀锌时间较短，也有可能形成这样的结构。到此为止，前面所讨论的都是钢铁在纯锌中热镀锌时所发生的过程。因为金属化合物Fe5Zn21与钢基间的结合力非常薄弱，所以的Fe5Zn21生成对镀锌层的粘附性是最不利的。二、镀锌层的结构和性质很久以来有不少学者从事铁—锌合金系统图的研究工作，直到本世纪三十年代末，主要由西拉姆（Schramm）的工作而使铁—锌状态图起了重大改变，这种状态图一直沿用至今（见图6-1）。? ?? ?? ?? ?? ?? ??? 下载 (36 KB) 2009-7-24 23:26  图6-1 铁锌合金系统图 由状态图可以看出，当镀锌温度在450~670℃的范围内时，所产生的相层，由铁开始其顺序如下：（1） α固溶体，是锌溶入铁所形成的，当温度为450℃时，其含量约为6%。此层内含有冷却到室温时呈细小散布析出的г相；（2） α+г的共晶混合物；（3） г相，它是以化合物Fe5Zn21为基础的中间金属相；（4） г+δ1的包晶混合物；（5） δ1相，它是