ZnFe及ZnFeMn固态扩散偶中金属间化合物的生长

Ｚｎ／Ｆｅ及Ｚｎ／Ｆｅ－Ｍ

ｎ固态扩散偶中金属间化合物的生长＊刘　赛１，王建华１，２，３，彭浩平１，徐　鹏１，童　晨１，涂　浩２，

３

（１　材料设计及制备技术湖南省重点实验室，湘潭４１１１０５；２　常州大学材料科学与工程学院，常州２１３１６４；

３　常州大学先进金属材料常州市重点实验室，常州２１３１６４）摘要 采用Ｚｎ／Ｆｅ及Ｚｎ／Ｆｅ－Ｍｎ固固扩散偶方法，研究了锰对金属间化合物生长动力学的影响。对扩散偶在３８５℃扩散１０～３００ｍｉｎ的研究结果表明，在Ｚｎ／Ｆｅ扩散偶中，扩散层以δ相为主，ζ相和δ相之间具有平直的界面，随扩散时间的延长，δ相的厚度增加，ζ相逐渐被消耗，厚度比ｄζ／ｄδ的值逐渐减小；在Ｚｎ／Ｆｅ－Ｍｎ扩散偶中，扩散层也以δ相为主，ζ相和δ相之间的界面更平直，

铁基体中的锰在扩散初期促进δ相的生长，但在扩散后期促进ζ相生长。对Ｚｎ／Ｆｅ－Ｍｎ扩散偶中金属间化合物的生长动力学研究表明，０．４％（质量分数，下同）的锰使扩散层总厚度增加，当锰含量增加到１．２％以上时，扩散层总厚度反而开始下降。Ｚｎ／Ｆｅ、Ｚｎ／Ｆｅ－０．４％Ｍｎ、Ｚｎ／Ｆｅ－１．２％Ｍｎ及Ｚｎ／Ｆｅ－２．０％Ｍｎ四个扩散偶中总扩散层的生长均由扩散控制。

关键词 Ｚｎ－Ｆｅ金属间化合物　扩散偶　显微组织　生长动力学　Ｚｎ－Ｆｅ－Ｍｎ中图分类号：ＴＧ１１３．１；ＴＧ１１１．６ 文献标识码：Ａ

Ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｃｏｍｐ

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ＴＯＮＧ　Ｃｈｅｎ１，ＴＵ　Ｈａｏ２，３

（１　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｘｉａｎｇｔａｎ　４１１１０５；２　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２１３１６４；３　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　

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ｚｈｏｕ　２１３１６４）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　Ｚｎ－Ｆｅ　ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｍｎ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｕ－ｓｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｔ　３８５℃ｆｏｒ　１０－３００ｍｉｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｌａｙｅｒ　ｉｓ　ｍａｉｎｌｙ　

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ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｋｅｙ　

ｗｏｒｄｓ Ｚｎ－Ｆｅ　ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｃｏｕｐｌｅ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｇｒｏｗｔｈ　ｋｉｎｅｔｉｃｓ，Ｚｎ－Ｆｅ－Ｍｎ　＊国家自然科学基金（

５０９７１１１１；５０９７１１１０）；江苏省青蓝工程资助；常州市国际合作项目（ＣＺ２０１１００１４）　刘赛：女，１９８６年生，硕士生　Ｅ－ｍａｉｌ：６１０６６７０６０＠ｑｑ

．ｃｏｍ　涂浩：通讯作者，副教授，硕士生导师　Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｕｈａｏ＠ｃｃｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ０　引言

热浸镀锌是一种能制备出具有优良耐腐蚀性能产品且成本低的涂层技术，

在各个行业得到了广泛的应用。但在一般镀锌过程中，由于钢中硅的存在引起镀锌层中Ｆｅ－Ｚｎ合金层相的剧烈增长，使镀层变厚并形成灰色层，同时镀层附着

性能变差，产生硅反应性（又称Ｓａｎｄｅｌｉｎ效应）

［１，２］

。目前采用最多的抑制Ｓａｎｄｅｌｉｎ效应的方法是在锌池中添加一定量

的合金元素（如Ｎｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｐｂ等）［３－５］

，并做了大量的研究工作。早期研究［３］

表明，锌池中锰的添加能明显抑制镀层

的生长，但是未见有关钢基中锰的添加对镀层组织影响的研

究报道。

扩散偶法最先由Ｇｉｒｃｈｎｅｒ提出，

是一种广泛用于相图计算及界面反应的研究方法［６，７］。许多研究者［８－１０］

都用此方法来研究热浸镀锌Ｆｅ－

Ｚｎ反应的反应动力学。李智等［９］

通过研究固态Ｚｎ／Ｆｅ及Ｚｎ／Ｆｅ－Ｓｉ扩散偶扩散区内金属间化合物的生长动力学，

分析了硅反应性。一般钢中含锰０．３０％～０．５０％（质量分数，下同），在碳素钢中加入０．７０％以上的锰就算“锰钢”，高强钢中锰含量为１．５％左右。因此本实验选择锰含量分别为０．４％、１．２％和

２．０％的铁锰合金，与固态纯锌制成扩散偶后，对其扩散层的显微组织及Ｚｎ－

Ｆｅ金属间化合物的生长动力学进行分析探讨。·

３８·Ｚｎ／Ｆｅ及Ｚｎ／Ｆｅ－Ｍｎ固态扩散偶中金属间化合物的生长／刘　赛等