热浸镀锌的基本原理(6)

热浸镀锌的基本原理

称为纯锌层。

在热浸镀锌理论中，认为还存在一个仅靠钢基体的相层—α相（认为它是锌在α-Fe中的固溶体），它被称为“尚未明了的极薄的相层”，而且它与钢基体（α-Fe）同时为体心立方晶格，所以在显微组织中看不到α相的存在。这一问题始终存在争议，从Fe-Zn二元合金状态图看出，在200℃时，锌在α-Fe的溶解量仅为＜1%，在室温下已经接近为零。α相在相图上也消失了，取而代之的是γ-Fe和α-Fe，可以认为：α相并不存在。

1.2 铁-锌二元合金系中各相的结晶过程与特征 1.2.1 主要相的结晶过程

热浸镀锌层包括靠近钢基体的Fe-Zn合金层及表层的纯锌层两部分。重点是铁和锌形成的金属间化合物的过程。图1（b）即铁-锌二元合金状态图的富锌端部分的局部图。按照金属学的定义，金属间化合物是由金属组成的化合物，其晶体结构不同于组成它的金属，它包括金属间相及有序合金。金属间化合物是具有特定成分的一种新的晶体，特定的成分是指金属间相互为简单的比例，也就是以原子量的整数比值而组成，它们大多数为脆性相，可能是由于缺乏能产生滑移的晶面的缘故。此外，还存在易形成裂纹的结构特征。下面是铁-锌金属间化合物的形成过程。

（1）Г1相（Fe3Zn10）从782℃开始，由锌液（L）和α-Fe相包晶反应生成，即

L+α-Fe→Г1 （1-1）

它直接附在α-Fe上，Г1相为体心立方晶格，并在高锌侧形成Г1 +L，即

L+α-Fe→Г1 +L (1-2)

（2）相（FeZn8）从665℃开始，由锌液（L）和Г1相包晶反应生成，即 L+Г1 →δ (1-3)

δ相附在Г1 相上，为六方晶格，并在高锌侧形成δ+L，在低锌侧形成固态的Г1+δ机械混合物。 （3）Г2相（Fe5Zn21）从550℃开始，由Г1相和δ相的包析反应产生，即 Г1+δ→Г2 (1-4) (4) ζ相（Fe-Zn13）从530℃开始，由锌液（L）和δ相的包晶反应生成，即

L+δ→ζ (1-5)

它附在δ相上，ζ相为单斜晶格。它的结晶浓度范围很窄，反应速度很快，呈针状疏松结晶，ζ属脆性相，这也和它的晶体结构有关。

η相是在419.4℃（即共晶点）由锌液（共晶成分为0.02%Fe）的共晶反应生产出成。 η相附在ζ相上，η相为密排六方晶格，与纯锌完全相同，有较好的塑性，习惯称为纯锌层，室温下η相的Fe含量仅为0.003%，严格来讲，它是由η相与少量的ζ相组成的机械混合物。 1.2.2 铁-锌二元合金各种相特征

综上所述，列出热浸镀锌层各相的结构特征 (见表1)

表1 热浸镀锌层各相的结构特征与性质

热浸镀锌的基本原理

晶格类型 体心立方 体心立方 面心立方 六方 a=1.28 c=5.77 9～14 7.25 665 244～358 塑性

单斜 a=1.36 b=0.76 c=0.51 7.2～7.5 7.18 530 182～208 脆性

密排六方 a=0.266 c=0.49 ＜0.003 7.13 419.58 37～50 塑性

晶格常数/mm a=0.286 a=0.897 a=1.796

铁含量（质量分数）%

密度/(g/cm) 熔点（或相变温度）/℃

硬度（HV） 力学特征

3

—— 7.87 1538 104～159 ——

29～32 7.5 782 283～326 塑性

18～26 7.36 550 493～515 脆性

注：① 由于锌的晶体结构和电子排列的原因，大部分元素在固相锌中的溶解度很低，所以η相实质就是纯锌层。

② α-Fe（或γ-Fe）均为锌液溶于铁中的固溶体。在高铁端，当温度为782℃时，α-Fe的区域扩展到锌的溶解度40%， 并在该温度下形成α-Fe与Г相的机械混合物；在400℃时，锌在铁中溶解度约为3.8%；在室温下几乎为零。 ③ 表中数据系在常温下测得，其中硬度值是综合多重文献资料及作者实测而得出的。

④ 对α-Fe或η相而言，固液相相变可称为熔点，对四种金属间化合物而言，表中所给出的温度值在冷却时，为相变的 起始点，对四种金属间化合物而言，表中所给出的温度值在冷却时，为相变的起始点，加热时为相变的终止点（理论值）。

1.3 在浸镀的受热过程中合金相的形成 1.3.1 ζ相的形成

实验表明，当把铁片浸入锌液中停留数秒钟取出后会发现铁片表面形成松散的锌层即ζ+η相。实验表明，ζ相的形成始于钢铁基体表面铁素体的晶界上。从相图上可以看出，当铁锌界面的温度升高时，铁在锌中的饱和浓度反而降低，这明显有助于ζ相晶核的生成。由于ζ相的浓度范围很窄，ζ相成长初始较快，随后减慢。从新相的生成自由能来分析，ζ相和Zn的晶体结构更为接近，而且生成热最高，故首先生成ζ相符合热力学的基本原理。ζ相以松散带状结晶出现，此过程用示意图加以描述，见图2及图3，即普通热浸镀锌和连续热浸镀锌的铁-锌合金层形成过程。二者的重要区别是后者的相层结构中没有ζ相和Г2相。