材料表面工程第四章(編輯修改稿)
2024-10-08 18:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 鍍層形成理論 熱鍍鋅是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的材料保護(hù)工藝 ， 其形成要經(jīng)歷如下步驟： ① 鐵基表面被鋅液溶解形成鐵鋅合金相層； ② 合金層中的鋅原子進(jìn)一步向基體擴(kuò)散 ， 形成鋅鐵固溶體； ③ 合金層表面包絡(luò)一薄鋅層 。 熱鍍鋅層的組織由內(nèi)向外按下列順序排列： 與鋼基體相接的是 ?相，即 Zn在 Fe中的固溶體 (ZnFe合金 )；由 ?相 向外，是化合物 ?相， Fe3Zn10，硬度 515 HV，質(zhì)脆；再向外是 ?1化合物相， FeZn7， 成柵狀分布， 硬度 454 HV，韌性好；再向外是 ?相， FeZnl3，硬度不高 (270 HV)，性脆；最外層是 ?相，即純 Zn層，該層是鋼鐵件從鋅液中取出時(shí)，在合金層上粘附的液體鋅凝固而成。 熱鍍鋅的工藝就是調(diào)整各相的比例，得到結(jié)合力高、致密且具有良好外觀的鍍鋅層。 2． 熱鍍鋅的方法 目前工業(yè)上應(yīng)用的熱鍍鋅方法有： 干法熱 、 氧化還原法 、 濕法 、 鉛鋅法 、 單面熱鍍鋅等多種 。 應(yīng)用最多的是干法熱鍍鋅和氧化還原法熱鍍鋅 。 ① 干法熱鍍鋅 干法熱鍍鋅是先把預(yù)處理后的清潔工件進(jìn)行溶劑處理，干燥后再把工件浸入熔融鋅液中去。 溶劑處理的目的是去除工件表面上殘存的鐵鹽，將預(yù)處理后新生成的銹層溶解，活化鋼件表面，提高鋅液浸潤鐵基體的能力，增加鍍層的結(jié)合力。 鋅的熔點(diǎn)是 ℃ ， 在熱鍍鋅工業(yè)中把鋅液溫度分為 5個(gè)區(qū)域： 1) 在 480℃ 以下 ， 鋅液對基體鐵溶解緩慢 ， 工業(yè)上一般不采用； 2) 在 540℃ 左右 ， 鋅液對鐵溶解力很強(qiáng) ， 可用于鍍灰鑄鐵工件； 3) 495℃ 左右 ， 這是鋅液對鐵的惡性溶解溫度 ， 鍍層疏松 ，是熱鍍鋅的禁區(qū)； 4) 620℃ 左右 ， 鐵鋅結(jié)合層很快形成 ， 是鋼鐵件熱鍍鋅的最佳溫度； 5) 660℃ 以上 ， 鐵急劇溶解 ， 工件表面掛不上鋅 ， 這是應(yīng)避免的溫度 。 干法熱鍍鋅允許有較高的含鋁量，因此鋅液表面能生成一 層薄 (?m) A12O3保護(hù)膜，防止鋅液氧化。 加鋁還可得到塑性較高的鍍鋅層。 ② 氧化還原法熱鍍鋅 該法取消了堿洗 、 酸洗和溶劑處理等表面預(yù)處理 。 其工藝過程為先使鋼件通過氧化性氣氛的預(yù)熱爐 (爐內(nèi)加熱溫度為 440～ 460℃ )， 再把工件送進(jìn)還原性氣氛爐中把氧化皮還原并加熱到規(guī)定的溫度 ， 接著將鋼件浸人約 440～ 460℃ 溫度的鋅液中進(jìn)行鍍鋅 。 3． 熱鍍鋅層的性能 鍍鋅層的防護(hù)性能表現(xiàn)在兩個(gè)方面： 鋅在大氣中能在表面形成一層致密 、 堅(jiān)固 、 耐蝕的 ZnCO33Zn(OH)3保護(hù)膜 ， 保護(hù)了下面的 Zn和Fe免于腐蝕； 對于局部損壞處有陰極保護(hù)的作用 。 4．熱鍍鋅的應(yīng)用 熱鍍鋅不僅適用于較小的工件 (如螺母、螺栓、彈簧等標(biāo)準(zhǔn)件 )，而且還能用于鍍鋅鋼管、鋼板、鋼絲的大批量生產(chǎn)。 目前該工藝正廣泛地應(yīng)用于在大氣和海洋中工作的鋼鐵構(gòu)件上。 442 熱滲鍍鋁 當(dāng)鋼中含鋁量高于 8％時(shí)，其表面能形成致密的鋁氧化膜， 有良好的抗氧化性和抗蝕性。但鋼中含這樣高的鋁時(shí)就會變 脆。 采用滲鋁的方法既可保持鋼件心部的韌性，又可提高表面 的抗氧化性和抗蝕性。 1．熱浸鋁 熱浸鍍鋁是當(dāng)前最受重視的滲鋁方法 。 把預(yù)處理過的工件浸 人熔融的 鋁浴中保溫一定時(shí)間取出 ， 使其表面滲入一層鋁 。 (1) 熱浸鋁機(jī)理 當(dāng)液態(tài)鋁與鐵接觸時(shí) ， 由于相界面反應(yīng)首先生成 FeAl3化合物；此后繼續(xù)擴(kuò)散 ， FeAl3層加厚 ， 由于濃度起伏 ， FeAl3表 面上出現(xiàn) Fe2Al5微區(qū)；隨著 Al的進(jìn)一步 擴(kuò)散 ， Fe2Al5相不斷擴(kuò)大成柱狀晶 ， F e A l 3 相逐 漸減少。 (2) 浸鋁層的組織特點(diǎn) 基本可分為兩層： 最外層為富 A1層，成分基本同鋁液； 次層是 Al， Fe合金層，主要是金屬化合物 Fe2Al5相，還有 少量 FeAl3相， Fe2Al5相呈舌狀伸人鋼中。 Fe2Al5相質(zhì)硬而脆，要盡可能抑制其生長，一股把其控制 在滲層的 1/10范圍內(nèi)為好。 控制浸鍍溫度 (700～ 730℃ )，加入 2～ 6％的 Si或加入 ％ 的 Be都有助于減少 Fe2Al5的厚度。 2．其它滲鍍鋁的方法 ① 固體粉末滲鋁 固體粉末滲鋁是將滲鋁工件埋在粉末狀的滲鋁劑中，然后加熱到 9
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