Zn-Al-Fe-Ti体系相关系的测定

论文摘要

在钢铁防腐方法中，热浸镀是一种较为有效而方便的工艺措施。Galvalume是热浸镀锌铝的镀层之一，近些年发展尤其迅猛，有逐步取代镀纯锌的趋势，但是由于该镀层过厚、底渣过多等诸多问题而阻碍了它的发展。研究发现，在该合金中添加Ti元素可以起到抑制Galvalume镀层厚度、减少底渣的作用。为了理解Ti的作用机理及优化设计含Ti的锌铝合金，本工作实验测定了Zn-Al-Ti三元系600℃等温截面和Zn-Al-Fe-Ti四元系600℃等温四面体75at.%Al的截面，并用CALPHAD方法计算了Zn-Al-Ti三元体系的相关系。但Zn-Ti二元系相图尚有不完善之处，故本工作重新评估和优化了该二元相图。在优化Zn-Ti二元系过程中，设定TiZn7和TiZn8实质是Ti3Zn22结构，TiZn15是TiZn16结构，且在TiZn3与TiZn16之间除Ti3Zn22外没有其它相存在。计算结果表明，Ti3Zn22的转变温度大约593℃左右，在600℃下（误差±5℃）应不存在Ti3Zn22相。本工作利用金相显微镜、扫描电子显微镜与能谱仪（SEM-EDS）及X射线衍射仪（XRD）等方法测定了Zn-Al-Ti三元系600℃等温截面和Zn-Al-Fe-Ti四元系600℃等温四面体75at.%Al的截面。实验结果表明，Zn-Al-Ti三元系600℃等温截面包含有七个三相区：TiAl3+T1+α-Al,η-Zn+T1+α-Al,η-Zn+T1+TiZn3, TiZn+T1+TiZn3, T2+T1+TiZn3,T2+T1+Ti3Al, TiAl3+T1+TiAl;在600℃温度下发现了T1和T2相，T1相能与除了Ti2Zn、α-Ti外所有相共存，T1相的范围很宽，Zn、Al在T1相中溶解度较高其中Ti的含量为22.85～30%；T2仅与T1、Ti3Al和TiZn形成平衡。在本实验数据基础上，对Zn-Al-Ti三元体系进行了外推计算。计算结果与实验基本吻合。Zn-Al-Fe-Ti四元系600℃等温四面体75at.%Al的截面中，包含两个四相区T1+TiAl3+FeAl3+α-Al，T1+η-Zn +FeAl3+α-Al；五个三相区：T1+η-Zn +α-Al, T1+TiAl3+α-Al, T1+FeAl3 +α-Al,η-Zn +FeAl3 +α-Al, TiAl3+FeAl3+α-Al；三个两相区：T1+α-Al，FeAl3+α-Al，FeAl3+TiAl3。T1相可以与该截面中的其它三相共存。本工作采用Rietveld方法对T1相的晶体结构进行了解析。结果表明，该相是面心立方相Pm 3 m(L12)结构，Zn逐渐被Al取代，且Zn和Al分别占据着（0,0.5,0.5）位置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 Zn-Al 合金的研究背景
• 1.1.1 Zn-Al 合金的性能及应用
• 1.1.2 Zn-Al 合金的相及组织
• 1.1.3 热浸镀锌铝镀层的微观扩散机制
• 1.1.4 第三元素（Ti、Fe）对Galvalume 镀层的影响机理
• 1.1.5 Zn-Al 合金遇到的问题及解决办法
• 1.2 相图及计算相图的相关理论及主要测定方法
• 1.2.1 相图的概述
• 1.2.2 相图的建立和实验测定方法
• 1.2.3 计算相图
• 1.3 Zn–Al–Fe–Ti 四元体系的研究现状
• 1.3.1 Fe–Zn 二元系
• 1.3.2 Zn–Ti 二元系
• 1.3.3 Al–Zn 二元系
• 1.3.4 Al–Ti 二元系
• 1.3.5 Fe–Ti 二元系
• 1.3.6 Fe–Al 二元系
• 1.3.7 Zn–Al–Fe 三元系
• 1.3.8 Zn–Al–Ti 三元系
• 1.3.9 Zn–Fe–Ti 三元系
• 1.3.10 Al–Fe–Ti 三元系
• 1.4 本研究目的和内容
• 第2章 Zn–Ti 二元系相图热力学评估及优化
• 2.1 热力学模型
• 2.1.1 液相及熔体相
• 2.1.2 严格化学计量比的金属间化合物
• 2.1.3 实验信息
• 2.2 结果讨论
• 2.3 本章小结
• 第3章 Zn–Al–Ti 三元系600℃等温截面测定及热力学计算
• 3.1 实验方法
• 3.2 实验结果分析
• 3.2.1 各合金的相组成及各相成分分析
• 3.2.2 XRD 物相分析
• 3.3 热力学评估与优化
• 3.3.1 热力学模型
• 3.3.2 热力学优化评估过程
• 3.3.3 评估结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 Zn–Al–Fe–Ti 四元体系富铝角600℃等温截面测定
• 4.1 实验方法
• 4.2 实验结果与分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 Zn–Al–Fe–Ti 体系三元中间相T1晶体结构解析
• 5.1 实验方法与过程
• 5.1.1 合成与制样
• 5.1.2 实验数据采集
• 5.1.3 结构精修方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表论文目录）
• 附录B（Zn-Ti 体系的数据库）