Mg对热浸镀锌铝合金镀层影响研究.doc
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1、Mg对热浸镀锌铝合金镀层影响研究 学校代码10530学 号 200910081435 分 类 号TG146.1 密 级硕 士 学 位 论 文Mg 对 热 浸镀 锌 铝合金 镀 层 影响 的研究学 位 申 请 人 童 晨指 导 教 师 苏旭平 教 授学 院 名 称 机 械工程 学 院 学 科 专 业材料科学与工程 研 究 方 向 材料表面改性二 一二年五月十八号The Effect of Mg Addition on Hot-Dipped Zn-Al Alloy CoatingsCandidateChen TongSupervisor Prof. Xuping Su College School
2、 of Mechanical EngineeringProgramMaterial Science and EngineeringSpecializationMaterial Surface ModificationDegree Master of EngineeringUniversity Xiangtan UniversityDate 2012-5湘 潭 大学 学 位 论文 原 创性 声 明 本人郑重 声明 : 所呈 交的论文 是本人 在导 师的指导 下独立 进行 研究所取得的研 究成果 。 除 了文中特 别加以 标注 引用的内 容外, 本论 文不包含 任何其他个 人或集 体已 经发表或
3、撰写的 成果 作品。 对本文 的研究 做出重要 贡献的个人 和集体 , 均 已在文中 以明确 方式 标明。 本 人完全 意识 到本声明 的法律后果 由本人 承担 。作者签名 :日期:年 月 日学 位 论文 版 权使 用 授权 书 本学位论 文作者 完全 了解学校 有关保 留、 使用学位 论文的 规定 , 同意学校保留 并向国 家有 关部门或 机构送 交论 文的复印 件和电 子版 , 允许 论文被查阅和 借阅 。 本人 授权湘潭 大学可 以将 本学位论 文的全 部或 部分内容 编入有关数 据库进 行检 索, 可以 采用影 印、 缩印或扫 描等复 制手 段保存和 汇编本学位 论文。 涉密论文 按学
4、校 规定 处理。 作者签名 : 日期:年 月 日导师签名 : 日期:年 月 日湘潭大学硕士学位论文摘 要 摘 要 热浸镀锌铝镁 合金镀层是 目前 工业 制造中出现的一种很有市场前景的新型环保镀层 , 锌铝镁合金镀层具有优良的耐蚀性能, 能适应许多腐蚀严重的地区和环境 。 近年来, 国内外对于锌铝镁合金镀层开展了一定的研究工作 , 主要集中在了耐蚀 性方面,并未对镀层本身做进一步的调查研究,目前,几乎没有关于Zn-Al-Mg 镀 层 合 金 层 的 描 述 在 公 开 文 献 中 。 而 本文中 将 借助 扫 描 电 子 显 微 镜(SEM ) 、能谱分析仪(EDS)、X 射线衍射分析仪(XRD
5、 ) 、中性盐雾箱、电化学工作站等设备仪器, 对 热浸镀锌铝镁合金镀层的 镀层合金层、 镀 层凝固 组织的形貌成分 以及生长规律进行了研究分析, 并与其他合金镀层进行了对比, 研究这些合金镀层的耐蚀性及原因 。 通过 选用 不 同 的 助 镀 剂 及 助 镀 参数 确 定 了 不 同 合 金 成 分 镀 层 的 热 浸 镀 工艺,实验表明:Al 和 Mg 加入到纯锌锌池中后,可以增加锌池中的熔体的流动 性和光泽度,Zn-6%Al-3%Mg 合金镀层平滑光亮, 无表面质量缺陷。 但 Mg 的加入量过高后, 会使镀层的表面质量很难控制, 甚至出现漏镀等现象。 本实验中 选用成分为 ZnCl :10
6、7g/L 、NH Cl :100g/L 、SnCl :80g/L 的助镀剂对于 锌铝镁合金2 4 2镀层的助镀效果最好。最佳助镀温度为 70,最佳助镀时间为 120s 。 通过研究发现,在 Zn-6%Al 和 Zn-6%Al-3%Mg 合金镀层中合金界面 层组成主要是 Fe-Al-Zn 化合 物,Fe-Al-Zn 合金界面 层阻碍了脆性 Fe-Zn 层 的形成。Mg加入 Zn-6%Al 锌池中后 促进了界面反应,缩短了合金层出现所需时间,并使合金层的生长更加致密均匀, 稳定合金层使其不被液相侵蚀破 碎。 根据扩散通道理论:Zn-6%Al 和 Zn-6%Al-3%Mg 合金镀层形 成初期,扩散通
7、道沿 共轭 线 tie-line穿过 合金 成分液相与 Fe-Al 化合物构成的两相 区,进入 Fe-Al 化合物的 单相区,使得 一定时间内 铁基上形成连续层状 致密的 Fe-Al 合金层,而 Mg 的 加入阻碍了扩散通道 随着时间延长 逐渐向两扩散组元成分点连线移动的趋势 , 减少了锌液进入合金层, 稳定了合金层。Zn-6%Al-3%Mg 镀 层合金层随着时间延长而 增厚, 合金层的生长呈抛物线规律,主要受扩散反应控制。 锌池中 Mg 的加入 量在 3% 以内时,Zn-6%Al 合金镀层凝固过程为: 先出现初生富 Al 的 fcc 相, 随 后富 Zn 的 hcp 相作为 第二相在镀层中
8、形核生长, 当液相成分到达共晶点成分后发生共晶转变,生成了 Zn/Al/MgZn 三元共晶 。 镀层中2Mg 含量在 3% 4%之间 ,凝固生成的第二相为 MgZn 而不再是 Zn-hcp ; 当 Mg2超过 4% ,凝固过程中 MgZn 作为初生相率先在镀层中 形核,第二相为 Al-fcc ,2最后发生共晶反应生成 Zn/Al/ MgZn 三元共晶 。2I 湘潭大学硕士学位论文摘 要 从浸泡腐蚀、 电化学 腐 蚀、中性 盐雾 腐蚀 实验 结果发现 :Al 加入锌 池时,镀层的耐蚀性有了的明显提高 ,而 Zn-6%Al 镀层的耐腐蚀性能随着加入的 Mg含量升高而提高, Zn-6%Al-3%Mg
9、 的合金镀层 腐蚀速率最低, 具拥有的 耐蚀性最好,但加入的 Mg 过高 后耐蚀性 会有明显下降。 通过腐蚀产物对比发现,Mg 的加入 主要 抑制了 ZnOH 向 ZnO 而促进了向 Zn OH Cl ?H O 转变, 大大提高了2 5 8 2 2镀层的耐腐蚀性 。 关 键词 :热浸镀;锌铝 镁合金镀层; 合金界面 层;扩散通道;凝固组织II 湘潭大学硕士学位论文abstract Abstract The hot-dip Zinc-Aluminum-Magnesium alloy coating is a type of environmentally friendly coatings wh
10、ich has numerous commercial applications in industry, because the Zn-Al-Mg alloy coating with excellent corrosion resistance, it can adapt to different corrosive areas and environment. In recent years, a serious of investigation have been reported by domestic and foreign researchers on corrosion res
11、istance, they did not do further study, and no recordation about inhibition layer existence of Zn-Al-Mg alloy coatings in open papers. In this paper, SEM and EDS were applied to investigate the microstructures, composition and growth of the intermetallics layer and solidification layer. Corrosion re
12、sistance of different coatings was evaluated by means of immersing corrosion test, electrochemical technology and neutral salt-spray test The quality of hot-dip galvanizing varies according to different flux and flux process parameters choosing. The experiment demonstrated when Al and Mg were added
13、into the bath, the fluidity and brightness of molten bath have a great improvement, and the Zn-6%Al-3%Mg alloy coating is smooth and bright, without surface defect. However, owe to excessive Mg addition, the surface quality was hard to control, even bare spots emerged. The Flux with the composition
14、of ZnCl : 107g/L, 2NH Cl :100g/L, SnCl :80g/L has best effect on Zn-Al-Mg alloy coating. The best 4 2process temperature is 70 , and optimum process time is 120sThe study found that the intermetallics layer in the hot-dip Zn-6%Al-3%Mg alloy coating consisted of the Fe-Al-Zn intermetallics compound,
15、the Fe-Al-Zn intermetallics layer inhibits formation of the brittleness Fe-Zn compound layer. The addition of Mg into the Zn-6%Al bath promotes the interface reaction and growth of the intermetallics layer and makes it dense. Meanwhile, the intermetallics layer becomes too stable to be eroded by the
16、 liquid zinc. At the beginning of the intermetallics layer formation, the diffusion path crosses the two-phase region of Zn bath and relevant Fe-Al compound following a tie-line. A corresponding dense lamellar Fe-Al compound forms firstly on the interface. Without the Mg addition, the III 湘潭大学硕士学位论文
17、abstract diffusion path will move gradually to the line connecting with two diffusion component points with prolonging of dipping time, diffusion path cross tie-line of the liquid/intermetallics two-phase region, liquid channel occur in the intermetallics layer and intermetallics layer will be less
18、dense. With the Mg addition the movement of the diffusion path to the line connecting with two diffusion component points is be inhibited. The thickness of the coating increases with prolonging of dipping time. The growth of the coating in Zn-6%Al-3%Mg bath is controlled by diffusionWhen Mg addition
19、 lower than 3%, the solidification of alloy coating takes place, at first the Al-fcc phase forms as primary phase, then the Zn-hcp as the second phase nucleates in the coating. Both the Zn-fcc and Al-hcp phase grow further until the eutectic transformation and then then the liquid reach the eutectic
20、 composition andZn/Al/MgZn forms. MgZn becomes the first phase instead of Zn-hcp if the Mg% is 2 2 3%-4%. Once the 4%Mg adds into the Zn bath, the first phase to form is MgZn , 2follows by the Al-fcc, after eutectic transformation the Zn/Al/MgZn forms2Based on the results of immersing corrosion test
21、, electrochemical test and neutral salt-spray test, the corrosion resistance of the Zn coating improved greatly with the addition of Al, the corrosion resistance of the Zn-Al alloy coating enhance with the increasing the amount of Mg in coating. The Zn-6%Al-3%Mg has excellent corrosion resistance in
22、 all samples. As the content of Mg is more than 4% in the alloy, the corrosion resistance and the surface quality decreases. The results of XRD show that corrosion product of the Zn-6%Al-3%Mg alloy coating is mainly Zn OH Cl ?H O5 8 2 2The characteristic of Zn OH Cl ?H O is dense, insoluble and shor
23、t of electric 5 8 2 2conductivity. Since the addition of Mg promotes formation of Zn OH Cl ?H O, Mg 5 8 2 2in the coating will improve the corrosion resistance of the Zn-Al alloy coating Key words: hot-dip galvanizing ;Zn-Al-Mg alloy coating ;intermetallics layer ; diffusion path ;solidification lay
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