热浸镀Al-Zn-Si镀层界面反应及熔池中合金元素的作用研究

Galvalume coating has been developed rapidly in recent years for its excellent corrosion resistance. But dross produced in zinc bath has a bad effect on coatings' quality and production efficiency, and this problem has not yet been settled. Improving coatings' structure and property by reducing aluminum content in molten bath, precisely controlling content of effective silicon and alloying method is a possible solution. This study will experimentally determine isothermal sections of phase diagrams of related systems at the 600℃, corresponding thermodynamic descriptions will be evaluated, and effective silicon in zinc bath will be mathematically defined. Coupled with kinetic experiments of coatings' growth, alloy element (M) s' synergistic effect on coatings' structure, top solidification structure and characteristics of dross will be analyzed, interfacial reaction will be modeled, and the role of silicon in molten zinc-aluminum bath will be explained by diffusion path theory. By means of salt spray tests a study of the corrosion of coating will be carried out. By taking into account several effects such as corrosion resistance, adhesion abilities, flux mobility and doss formation, a new type of zinc alloy will be developed with CALPHAD method.These investigations will enrich the Zn-Al-Si coatings' interfacial reaction theory, and make sense to solve the problem of bottom dross in zinc-aluminum bath and especially to the development of zinc-alloy with independent intellectual property.

Galvalume镀层具有优良的耐腐蚀性能，但其熔池中的锌渣严重地影响到产品质量及生产效率，目前还没有彻底解决之良策。通过降低熔池中铝含量、实现有效硅的精确控制，运用合金化手段改善镀层性能可能解决这一难题。本研究将实验测定和评估相关体系600℃等温截面的相关系及热力学性质，获得有效硅的热力学模型；结合镀层生长动力学，探索合金元素M及其协同作用对镀层结构、表层凝固组织以及锌渣种类与数量的影响规律；建立界面反应模型，利用扩散通道理论解释有效硅的作用机理。利用盐雾实验等方法研究合金元素M及其协同作用对镀层耐蚀性能的影响；综合考虑耐蚀性、粘附性、熔体流动性以及锌渣等因素，结合CALPHAD技术优化合金的成分，获得与Galvanume镀层耐腐蚀性能相当的低铝合金镀层。这些研究将丰富Zn-Al-Si镀层界面反应理论，对解决锌铝熔池底渣问题，开发有自主知识产权的热浸镀产品具有重要参考价值。

实验测定了Zn-Fe-La、Zn-Fe-Ce、Zn-Fe-Mg和Zn-Ti-Si等三元系450℃和600℃等温截面以及Zn-Al-La和Zn-Si-La三元系600℃等温截面，获得了Al含量为50at.%的Zn-Al-Fe-Si四元系600℃相平衡关系；确定了Zn-Si-La三元系中τ5和τ6两个三元化合物的成分范围和晶体结构，测定了Al在Zn-Ce、Zn-La、Fe-Ce、Fe-La等化合物中和Fe在Zn-Ce和Zn-La的溶解度；收集了Zn-Fe-La和Zn-Fe-Ce三元化合物的热化学数据，结合实验结果通过热力学计算获得了描述这两个体系的热力学模型参数。.采用Thermo-Calc软件分别计算了硅在不同温度Zn-50 at.%Al-xFe-ySi熔池液相中的溶解度以及不同温度Zn-30 wt.%Al-2%Fe-xSi熔池中τ5相形成而FeAl3相消失时该熔池中的硅含量（有效硅），确定了熔池中不同温度下熔池中铁的溶解度和有效硅含量的变化规律；分析了熔池中硅含量、铝含量以及热浸镀温度对锌渣形成的影响；.通过热浸镀实验，研究了热浸镀低铝熔池中合金元素Si、Ti、La、Mg对镀层结构的影响；结合镀层生长动力学分析，研究了硅、La含量对α-Al-Fe-Si稳定性的影响，揭示了Si对550℃ Zn-22.3wt.%Al熔池、La对600℃热浸镀Zn-55wt.%Al-1.6wt.%Si熔池和550℃ Zn-22.3wt.%Al-0.3wt.%Si熔池中界面反应的影响规律，并利用相关体系相平衡关系及扩散通道理论对其进行了热力学分析，解释了Si、La对镀层组织形成的影响机理，为优化钢件热浸镀生产工艺提供了理论依据。.利用盐雾实验、暂态线性极化技术，研究了合金元素Si、La、Mg对镀层凝固组织及耐蚀性能的影响。综合考虑熔池流动性和镀层厚度等因素，设计了一种钢材热浸镀锌基合金。.此外，还对Zn-Ti-V三元系的相关系进行了实验测定，对Ni3Si/Zn扩散的界面反应进行了研究。课题组按年度计划完成了相应的研究工作。在研究期限内，培养硕士研究生6人。发表已标注的论文20篇，其中SCI收录11篇，EI收录18篇；申请国家发明专利4件，获授权1件