700℃熱浸鍍鋅三元等溫截面測定

彭錦

（上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 201411）

700℃熱浸鍍鋅三元等溫截面測定

彭錦

（上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 201411）

通過制作兩個固-液擴(kuò)散偶，并通過實(shí)驗(yàn)探索700℃下Fe-Zn-Sn系中不同成分制備平衡合金的方法，利用SEM-EDS等手段測定Fe-Zn-Sn三元系700℃等溫截面部分相關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：這部分相圖是由L、α(Fe)、Γ三個單相區(qū)，L+α(Fe)、FeSn+Fe3Sn2、Γ+Fe3Sn2、L+FeSn、L+Γ、α(Fe)+Γ六個兩相區(qū)，α(Fe)+L+Γ、α(Fe)+L+Γ、L+FeSn+Fe3Sn2三個三相區(qū)組成的；錫含量在一定范圍內(nèi)，錫含量的增加導(dǎo)致鍍層厚度減少。

Fe-Zn-Sn 等溫截面 相圖 熱浸鍍鋅

熱鍍鋅鋼板主要用于汽車車體、高速公路護(hù)欄、家用電器、排水道、輸油管道、輸電塔、高壓輸電線等方面，而汽車鋼板向高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度發(fā)展，是現(xiàn)代汽車工業(yè)在用材方面的一個重要發(fā)展趨勢。熱浸鍍鋅作為簡單而有效的鋼鐵表面防護(hù)工藝，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵構(gòu)件的防護(hù)上。

擴(kuò)散偶法就是利用分辨率高于1 μm的電子探針或其他手段對擴(kuò)散偶（兩個材料通過擴(kuò)散焊合在一起的試樣）的相區(qū)分布及相界附近成分進(jìn)行分析得出體系的相平衡關(guān)系進(jìn)而測定相圖的方法[1-2]。

Fe、Sn都是熱鍍鋅鋼板中重要的成分，他們能直接影響熱鍍鋅鋼板的各項(xiàng)性能指標(biāo)，作為一項(xiàng)基礎(chǔ)研究現(xiàn)階段還沒有關(guān)于Fe-Zn-Sn三元成分的系統(tǒng)性相圖知識，因此通過實(shí)驗(yàn)測定Fe-Zn-Sn三元系700℃等溫截面。該等溫截面相關(guān)系的確定，為研究含F(xiàn)e-Zn-Sn三元系的相關(guān)系作必要的準(zhǔn)備。

1 實(shí)驗(yàn)方法

在以Fe、Zn、Sn三種成分為研究對象的試驗(yàn)中，任何微量雜質(zhì)都有可能對測量的過程和試驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生影響，所以必須嚴(yán)格測定實(shí)驗(yàn)材料的成分和質(zhì)量等數(shù)據(jù)，并且要求各金屬材料必須具有很高的純度以保證工作中制備的樣品成分在試驗(yàn)過程中不偏離原來的預(yù)定值。另外，在混料、合金試樣的制備等過程中都可能引起材料成分的變化，所以混合時必須防止人為引起的誤差。

試驗(yàn)采用純度為99.99%的鋅塊、鐵粉和錫粒。首先，確定樣品的合金成分，每個樣品設(shè)計(jì)成分表如表1所示。把大的鋅塊切割成較小的快狀，去掉表面的氧化層，在中頻感應(yīng)爐中熔煉48 h，使試樣熔融，在冷水中淬火冷卻，接著把試樣按編號放入管式電阻爐中在（700±5）℃下擴(kuò)散退火。然后，鑲樣經(jīng)過預(yù)磨機(jī)預(yù)磨、砂紙打磨、拋光機(jī)拋光、水洗、酒精清洗、4%（體積分?jǐn)?shù)）硝酸酒精腐蝕、水洗、酒精清洗、干燥這幾個步驟處理，得到所要的試樣。將制作好的金相試樣在XJL-01型立式金相顯微鏡下進(jìn)行觀察，分析鍍層組織形貌。最后，把制好的樣品在SEM和EDS下進(jìn)一步觀察組織形貌，X射線點(diǎn)掃描分析組織的成分并記錄。

本實(shí)驗(yàn)采用合金法，綜合利用了掃描電鏡和能譜儀分析等方法對不同合金試樣的形貌和相的成分進(jìn)行了分析。本次實(shí)驗(yàn)共配了7個合金試樣，每個樣品設(shè)計(jì)成分表如表1所示。

表1 樣品設(shè)計(jì)成分%

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用電鏡對經(jīng)過處理后的1—7號試樣進(jìn)行形貌分析和成分分析。電鏡分析主要包括掃描電鏡和能譜分析，掃描電鏡主要進(jìn)行微區(qū)形貌分析，而能譜儀主要進(jìn)行微區(qū)成分分析。最終數(shù)據(jù)通過電鏡得到。

1）L+δ相區(qū)：選取了三個成分點(diǎn)進(jìn)行測定，所取的三個成分點(diǎn)都在L相，所以顯示合金1存在L相（圖1-1），但由于冷速太快部分L相轉(zhuǎn)變?yōu)棣?，所以該合金處于L+δ兩相平衡狀態(tài)。

2）L+Γ相區(qū)：選取了三個成分點(diǎn)，分別落在LSn相、Γ相、LZn相中（圖1-2）。在該基體中，白色的部分為LSn相，凸起部分為Γ相，凹陷部分為LZn相。合金2的顯微組織顯示，該合金處于LSn+Γ+LZn三相平衡狀態(tài)。

3）L+Γ相區(qū)：選取了兩個成分點(diǎn)，分別落在LSn相、Γ相中（圖1-3）。在該基體中，白色的部分為LSn相，灰色部分為Γ相。合金3的顯微組織顯示，該合金處于L+Γ兩相平衡狀態(tài)。

圖1 試樣1—3經(jīng)處理后電鏡形貌

4）L+Fe3Sn2單相區(qū)：選取了兩個成分點(diǎn)，分別落在LSn相和Fe3Sn2相中（圖2-1）。該基體處于L+Fe3Sn2兩相平衡，顏色相對較淺的部分為LSn，基體表面分布比較深色的部分為Fe3Sn2。

5）FeSn+Fe3Sn2相區(qū)：選取了兩個成分點(diǎn)，分別落在FeSn相、Fe3Sn2相中（圖2-2）。在該基體中，合金基底為FeSn，基體表面分布比較深色部分為Fe3Sn2。合金5的顯微組織顯示，該合金處于FeSn+ Fe3Sn2兩相平衡。

6）L+α(Fe)相區(qū)：選取了兩個成分點(diǎn)，分別落在LSn相、α(Fe)相中（圖2-3）。該合金處于L+α(Fe)兩相平衡，白色的部分為LSn相，顏色較深的部分為α(Fe)。

7）α(Fe)+Fe3Sn2相區(qū)：選取了兩個成分點(diǎn)，分別落在Fe3Sn2相、α(Fe)相中（圖2-4）。在該基體中，白色的部分為Fe3Sn2相，顏色較深的部分為α(Fe)。合金7的顯微組織顯示，該合金處于α(Fe)+Fe3Sn2兩相平衡。

3 實(shí)驗(yàn)分析

鐵在鋅液中的溶解度較小，當(dāng)鐵含量過高時，將使鋅液黏度增大，引起鍍層變厚且粗糙，塑性下降，耐蝕性也隨之降低。

圖2 試樣4—7經(jīng)處理后電鏡形貌

加錫能降低鋅液的熔點(diǎn)，延長其凝固時間而獲得外觀漂亮的大鋅花鍍鋅層。錫在鋅花的晶界析出而增大了鍍層的光澤性，但易引起晶間腐蝕，使鍍層耐蝕性下降。加入一定量的錫以后，鍍層的超厚生長得到了抑制。錫含量在一定范圍內(nèi)，錫含量的增加而導(dǎo)致鍍層厚度減少，鋅加錫在鍍層前沿形成了一個阻礙鐵鋅互擴(kuò)散的富錫區(qū)。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，分別在成分三角形中描點(diǎn)，并根據(jù)相律和實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測了該等溫截面的其他相之間的關(guān)系及這些關(guān)系的趨勢，然后結(jié)合相圖的相關(guān)知識得到了Fe-Zn-Sn三元系700℃等溫截面，并繪制Fe-Zn-Sn三元系700℃等溫截面相圖（圖3）。

圖3 Fe-Zn-Sn三元系700℃等溫截面

4 結(jié)論

1）Fe-Zn-Sn三元系700℃等溫截面圖中有L、α(Fe)、Γ三個單相區(qū)，L+α(Fe)、FeSn+Fe3Sn2、Γ+Fe3Sn2、L+FeSn、L+Γ、α(Fe)+Γ六個兩相區(qū)，α(Fe)+L+Γ、α(Fe)+L+Γ、L+FeSn+Fe3Sn2三個三相區(qū)。

2）錫含量在一定范圍內(nèi)，錫含量的增加導(dǎo)致鍍層厚度減小。

[1]Hasene H，Nishizawa T.Application of Phase Diagrams in Metallurgy and Ceramics[M].Washington DC：NBS Special Pub，1978：911-945.

[2]Jin Z P.A Study of the Range of Stability of Sigma Phase in Some TernarySystem[J].Scand J Metallurgy，1981（10）：178-187.

（編輯：胡玉香）

700℃Hot-dip Galvanizing Ternary System Isothermal Section Experimental Determination

PENG Jin
（Shanghai Technical Institute of Electronics&Information,Shanghai 201411）

Through the production of two solid-liquid diffusion couples,and through experiments,the method of the equilibrated alloy prepared with different compositions ofFe-Zn-Sn system in 700℃is explored.The 700℃isothermal section ofFe-Zn-Sn ternarysystemhas been experimentallystudied bymeans ofscanningelectron microscopy(SEM)and EDS.The results showthat there are 3 monophases regions(L，α(Fe)，Γ)，6 two-phase regions(L+α(Fe)，F(xiàn)eSn+Fe3Sn2，Γ+ Fe3Sn2，L+FeSn，L+Γ，α(Fe)+Γ)，3 three-phase regions(α(Fe)+L+Γ，α(Fe)+L+Γ，L+FeSn+Fe3Sn2).With tin content in a certain range,the increase oftin content leads toa decrease in the thickness ofthe coating.

Fe-Zn-Sn,isothermal section,phase diagram,hot-dip galvanizing.

TG115.21+5.3

A

1672-1152（2016）06-0018-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.06

2016-11-17

彭錦（1987—），男，助理工程師，從事教學(xué)工作。