Zn-Co-Si三元体系相关系的研究

论文摘要

锌及锌基合金主要用于热浸镀锌。每年超过50%的锌用于热浸镀锌。而在现代钢铁工业中,Si常作为钢铁冶炼过程中的脱氧剂和钢铁中的强化元素而被加入到钢铁中,因此钢中不可避免会残留一些Si。而当Si的含量达到一定的值时就会出现镀层过厚、灰暗且粘附性差,导致镀层质量下降,即出现圣德林效应或硅反应性。在锌浴中加入一些合金元素可以改变镀层组织及性能。常加的合金元素有Al、Bi、Ni、Mg、Ti、Sn。研究发现Co的加入也可以起到抑制硅反应性的作用,改善镀层表面质量、提高镀层耐蚀性。为充分理解Co的作用机理及优化含Co镀锌合金,本工作通过实验测定了Zn-Co-Si三元体系450℃和600℃等温截面,并利用CALPHAD方法计算了Zn-Co-Si三元体系的相关系。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-Co-Si三元系450℃和600℃等温截面。实验结果表明,Zn-Co-Si三元系450℃等温截面包含有七个三相区:L-Zn + CoSi2 + （Si）, L-Zn + CoSi2 + CoSi, L-Zn +γ2 + CoSi,γ2+γ1 + CoSi,γ1 +γ+ CoSi,γ+ CoSi + Co2Si,β1 +γ+ Co2Si; CoSi相能与除β1外的所有Co-Zn二元体系中的化合物共存;Zn在Co-Si合金中CoSi2、CoSi、Co2Si中的溶解度较高。Zn-Co-Si三元系600℃等温截面中γ2相消失,因此只包含有六个三相区:L-Zn + CoSi2 + （Si）, L-Zn + CoSi2 + CoSi, L-Zn +γ2 + CoSi,γ1 +γ+ CoSi,γ+ CoSi + Co2Si,β1 +γ+ Co2Si。结合本工作的实验结果,系统地收集、整理相关二元体系的数据,利用CALPHAD技术对Zn-Co-Si三元体系进行了外推计算。计算的723K等温截面与实验结果比较可以看到,在723K等温截面上出现了三相区（hcp-Co+γ+Co2Si）,这与实验不相符。873K等温截面的富钴角与实验相吻合,形成了（hcp-Co+β1+Co2Si）的三相区。分析原因可能是在Co-Si二元系中的hcp-Co太稳定,导致包共析反应Co2Si+β1→hcp-Co+γ在805K发生反应。通过实验可以看到此包共析反应应该在723K以下发生,因此对hcp-Co的评估优化工作还需进一步的工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 第2章 文献综述
• 2.1 热浸镀锌的作用及其发展概况
• 2.1.1 热浸镀锌工艺及发展
• 2.1.2 热浸镀锌组织
• 2.1.3 钢基Si对热浸镀锌层组织的影响
• 2.1.4 锌池中合金元素对热浸镀锌层组织的影响
• 2.2 相图的应用及主要测定方法
• 2.2.1 相图的相关应用
• 2.2.2 相图的测试方法
• 2.3 Zn-Co-Si三元系研究现状
• 2.3.1 Zn-Co二元系
• 2.3.2 Zn-Si二元系
• 2.3.3 Co-Si二元系
• 2.4 本课题的研究背景
• 第3章 实验方法
• 3.1 合金准备
• 3.1.1 实验材料的准备
• 3.1.2 样品的熔炼
• 3.1.3 均匀化处理
• 3.1.4 金相样品的制备
• 3.2 扫描电镜分析
• 3.3 X射线衍射分析
• 第4章 Zn-Co-Si三元体系450℃等温截面的测定
• 4.1 实验结果与分析
• 4.2 本章小结
• 第5章 Zn-Co-Si三元体系600℃等温截面的测定
• 5.1 实验结果与分析
• 5.2 本章小结
• 第6章 Zn-Co-Si三元体系的热力学计算
• 6.1 研究背景
• 6.2 Zn-Co-Si系热力学计算
• 6.2.1 热力学模型
• 6.2.2 二元系热力学分析小结
• 6.2.3 Zn-Co-Si三元系相关系的计算
• 6.3 本章小结
• 第7章 工作总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 Zn-Co-Si体系的数据库
• 在学期间发表的学术论文