液态金属扩散及连续镀锌中抑制层生长研究
由于热浸镀锌钢板、线材具有优良的耐蚀性和可加工性能,在交通、建筑、通信、电力、能源、汽车、石油化工、家电、压力容器等行业都得到广泛应用。热浸镀锌镀层质量决定于镀层相组成和微观结构。为了预测和控制镀层的显微组织,需要掌握界面反应中的热力学和动力学过程,获得锌池中的相关热力学和动力学数据,澄清界面反应过程,获得镀层的形成和生长规律,理解各工艺参数对对界面反应的热力学和动力学过程的影响及其机理。对于连续热浸镀锌界面反应过程还有许多基础工作要做。<br>  铝和铁是锌池中的重要合金元素,它们在锌液中的扩散系数等基本动力学参数缺乏,...
由于热浸镀锌钢板、线材具有优良的耐蚀性和可加工性能,在交通、建筑、通信、电力、能源、汽车、石油化工、家电、压力容器等行业都得到广泛应用。热浸镀锌镀层质量决定于镀层相组成和微观结构。为了预测和控制镀层的显微组织,需要掌握界面反应中的热力学和动力学过程,获得锌池中的相关热力学和动力学数据,澄清界面反应过程,获得镀层的形成和生长规律,理解各工艺参数对对界面反应的热力学和动力学过程的影响及其机理。对于连续热浸镀锌界面反应过程还有许多基础工作要做。
  铝和铁是锌池中的重要合金元素,它们在锌液中的扩散系数等基本动力学参数缺乏,而这些参数对分析抑制层初期生长规律极其重要。本研究围绕合金元素在液锌中的扩散系数的测量和模拟计算及各工艺参数对相关热力学和动力学参数的影响等基础问题,深入开展连续镀锌中抑制层生长的研究。
  合金元素在液锌中的扩散系数的研究涉及到液态金属结构及液态下金属原子的扩散机制问题。几十年来,液态金属扩散系数的测量方法和理论研究一直是冶金工作者的关注重点。然而国内在液态金属扩散方面的理论和实验工作开展得很少,有关液态金属原子的扩散机制和物理模型的建立等诸多问题都有待于深入研究。本论文基于紧束缚势对铝等十一种液态金属的结构和自扩散系数随温度升高的变化趋势进行了研究,探索液态下金属结构与扩散随温度的演变关系。同时,本论文从实验测量和理论计算两方面研究合金元素在液锌中的扩散问题。实验测量铝在多个温度下锌液中的扩散系数。推导出一个新的计算液态下非纯扩散系数的经验公式。采用多种半经验理论方法和分子动力学方法计算铝和铁在不同温度锌液中的扩散系数,以及铝和铁在含合金元素钛和铬的锌液中的扩散系数,并分析温度和合金元素对铝和铁在锌液中的扩散的影响。本工作一方面为分析液态金属扩散模型提供有效数据,另一方面能为分析热浸镀锌界面抑制层生长机理提供动力学数据。
  作为研究合金元素在含钛锌液中的扩散问题的一部分,本论文测定了Zn-Al-Ti三元系450℃等温截面。钢板中通常会添加合金元素钛以提高钢板强度,锌池中添加钛能有效促进抑制层的生长。本工作结合平衡合金法和扩散偶法,利用金相显微镜、扫描电镜与能谱仪、波谱仪和X射线衍射仪等实验手段测定了Zn-Al-Ti三元系450℃等温截面,为Zn-Al-Ti体系的热力学计算和建立高元体系的相图提供了可靠的数据。
  采用扫描电子显微镜、能谱分析仪、透射电镜、X射线衍射仪等方法分析镀层组织和成份,采用化学分析法分析镀层中铝和铁的含量。实验研究了锌池铝含量、锌池温度和浸镀时间对抑制层形貌及镀层中铝和铁的含量的影响。
  在以锌池中铝和铁扩散为基础的动力学模型中,以实验测量数据为基础,计算分析钢板温度,钢板厚度,钢板速率,锌池中铝含量,锌池温度,浸镀时间,锌池和钢基板中的合金元素等因素对抑制层生长影响,进一步完善了界面反应模型。通过该模型的计算能获得各工艺条件下的完整抑制层形成的时间、抑制层的厚度、抑制层中含铝和含铁量、消耗的总铁量和总铝量、形成锌渣量等。
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作者: 杨穗
学科专业: 材料学
授予学位: 博士
学位授予单位: 湘潭大学
导师姓名: 苏旭平
学位年度: 2010
语 种: chi
分类号: TG174.443
在线出版日期: 2014年1月22日