毕业设计（论文）-连续镀锌抑制层生长机理研究.doc

连续镀锌抑制层生长机理研究目录第一章 文献综述31.1 钢铁热镀锌工业的发展31.2 Fe2Al5的生长机理51.3 锌液中不同元素对热浸镀锌的影响71.4 钢板中的其他元素对Fe2Al5的影响81.5 选题的意义和目的9第二章 实验方案102.1 实验方案102.2 实验步骤102.2.1 实验材料与设备102.2.2 实验过程10第三章 结果分析153.1扫描电镜的结果分析153.1.1 铝含量对抑制层影响的分析153.1.2 反应温度对抑制层的影响203.1.3 反应时间对抑制层的影响243.2透射电镜结果分析273.3 X射线衍射分析28第四章 总结与展望29参考文献30致谢31连续热浸镀锌抑制层生长机理研究摘要：抑制层对于连续热浸镀镀层质量和相组织起关键性的作用。浸镀温度、浸镀时间和锌池铝含量是连续热浸镀锌工艺中重要的工艺参数，因此研究这些因素对镀层的影响，为制定合理的工艺提供理论参考具有重要意义。本论文研究发现，随随铝含量的提高，温度较低时晶粒度随着铝含量升高而减小，温度较高时晶粒度随着铝含量升高而增大；铝含量较低时随着温度的升高晶粒度减小，而铝含量较高时随着温度升高晶粒度增大；随浸镀时间的增长，抑制层是先生长后分解的，抑制层的晶粒度也由小到大再变小，但随着时间的延长，抑制层会完全分解。关键词：连续热浸镀锌 抑制层 浸镀温度 浸镀时间 锌池铝含量The Growth Mechanism of Inhibition layer of Continuous Hot-dip GalvanizedAbstract：Inhibition layer for the continuous hot-dip coating quality and with organizations play a crucial role. The temperature dipped, zinc-dipped bath of time and aluminum is a continuous process of hot-dip galvanized important process parameters, the coating of these factors on the impact of the technology for the development of reasonable and provide a theoretical reference of great significance. In this paper, research, following an increase in aluminum content, low temperature grain size increases with decreasing Al content, temperature higher grain size increased with increasing Al content; low Al content With the temperature reduced grain size, and high aluminum content in grain size with increasing temperature; with growth dipping time, ihibition layer is decomposed after a long and suppression of the grain layer was also changed from small to big and then small, but with time, will be fully inhibited inhibition layer.Key words:Continuous hot-dip galvanized Inhibition layer Dip temperaturesDip time Aluminum content in zinc bath第一章 文献综述1.1 钢铁热镀锌工业的发展 锌镀层对钢铁制品有良好的保护作用。所有，几乎是在人们认识到它这一特性的同时便开始了对镀锌工艺的研究。对于钢板、钢丝、型钢、器皿、铸件、紧固件等，都用镀锌来进行防腐蚀，镀锌的锌耗量占了锌产量的50%左右。在各种镀锌方法中，有热镀锌、电镀锌、热喷镀、真空蒸发镀、机械滚镀等。其中用于热镀锌的锌量占全部镀锌消耗量的90%以上。之所以出现这种趋势，主要是由于热镀锌层厚，耐腐蚀强，成本较低，镀层的厚度、韧性、表面状态都能够控制。钢铁热镀锌，原来是指钢铁热浸镀锌，但是随着热镀工艺的发展，已远远超出了这一范畴。首先，人们研究了金属进入镀锌液后的作用，并加入少量的Pb、Sb来获得具有美丽结晶花纹的表面，从而确立了传统的热镀锌工艺。继而为防止锌液的氧化和获得美观的表面而在锌液中加入0.01%0.05%的铝。后来为了提高镀锌层的附着力和加工性能，在锌液中加入0.15%0.20%的铝，从而改变了镀锌层成分和结构，不仅提高了镀锌层的附着力，液同时减少锌液表面的氧化。为了获得耐大气腐蚀性能更好、在较高湿度下抗氧化能力更强的产品，20试剂60年代以后，又渐次出现了含铝5%、55%、以及含5%30%的一些镀锌铝合金的产品1。热镀锌钢板生产工艺的发展是建立在热浸镀锌的发展、钢板生产轧制工艺发展和社会经济对钢板需求的提高等多重基础上的。薄钢板的生产经历了热叠轧、冷连轧阶段。在冷轧板生产中也有进行罩式炉退火和连续光亮退火之分，冷轧钢板的成分也是多种多样的。因而，热镀锌钢板的生产工艺也与之相应地进行着发展，所有也有着与之相应的热镀锌工艺产生和存在。20世纪70年代以来，汽车工业的发展，促使镀锌板工业通过技术改造和新型大机组的建立而获得了新的发展，镀锌钢板生产发展总的趋势如下：（1） 产品规格，生产能力的大型化，生产线的专门化。（2） 生产的高度自动化。生产线通过计算机控制系统，对焊接、炉温分段控制，机组张力，生产速度实现了自动化控制。对镀锌层实行速度、气刀、自动测厚等闭环控制。（3） 普遍采用表面预处理和向立式炉发展。（4） 向生产多种钢种镀层和多种镀层发展，改进了退火热处理设备，可以进行无时效的IF钢板的处理，获得IF钢镀层板。我国的热镀锌钢板生产发展较晚，在20世纪5060年代只有一些单张钢板镀锌机组。1979年在武钢建立了我国第一条改进的森基米尔型连续钢板热镀锌生产线，设计产量为15万吨/年。80年代末，在宝山钢铁厂建成了生产能力为36万吨/年的带钢热镀锌机组，机组采用改进的吉森米尔型、立式加热炉。80年代后期，依靠国内的技术装备，在重庆钢铁厂于1989年建立了第一条年产能力为5万吨采用惠林法生产的钢板热镀锌生产线。同一段时间内，国内利用自己的技术装备，在窄带钢热镀锌，锌-铝合金方面建成了一批年产能力在5000吨左右的生产线。自80年代后期以来，国内先后利用引进技术和设备，拥有了热镀锌型材，镀锌钢管和镀锌钢丝等金属制品，镀锌工业得到了飞速的发展2。钢铁热镀锌产品的主要应用：（1） 热镀锌板在汽车行业的应用镀锌钢板的主要用途之一是用于汽车制造业。在汽车用镀锌板方面，在过去一段时间内，国内产品不能满足深冲性能和宽规格的要求及品种的要求，仍需要在一定时期内通过进口解决。（2） 用于生产彩色涂层钢板3彩色涂层钢板是指将有机涂料覆于钢板表面获得的涂装产品。它兼有有机聚合物与钢板两者的优点。既具有良好的着色性、成型性、耐蚀性，又具有钢板的机械强度和易加工性能，可以很容易地进行冲裁、弯曲、深冲、焊接等加工。（3） 热镀锌钢管和热镀锌钢丝行业的应用4与其他钢管腐蚀方法相比，热镀锌是使用最多的。这是因为热镀锌钢管的成本费用低，生产率高，能快速地施加镀层，操作方法简单，生产工艺可靠，而且易于实现机械化和自动化，而且镀层均匀，质量优良，并使钢管具有较长的使用寿命。 对于不同用途的钢丝，为了保证其性能而采用不同成分的钢丝，并有与之相适应的镀锌方法，有的钢丝在经过热镀锌后拉拔，易提高机械强度。电化学技术的发展以及电子射线显微分析（电子探针）、扫描电镜和离子质谱分析等方法和仪器的诞生与应用，使实验进行分离和分析检验，并确定中间合金层的化学成分和组织结构成为可能。5新的研究结果表明，在钢板浸入锌液后，锌液中的铝都富集在钢板表面上，形成了作为黏附介质的中间Fe2Al5层。通过测量计算，其厚度在0.01-0.1um左右，对粘附层的存在和对其成分的确认使热镀锌理论有了新的发展。1.2 Fe2Al5的生长机理（1）抑制层的生成在铁与锌液反应时，最初形成的合金相应该是Fe2Al5相，因为从热力学观点来看，Fe-Al化合物的生成自由能均较Fe-Zn化合物小，即其吉布斯生成自由能比Fe-Zn化合物更负。尽管铝对铁的化学亲和力比锌对铁大得多，但必须在铝含量达到必要的数值以上时，才能形成完整的Fe2Al5合金相层6。在Fe2Al5合金相层形成后，它将铁与锌液隔离开来，使Fe-Zn反应难以进行，所以称为抑制层。然而Fe2Al5层的这种阻碍作用是有时间性的，由于锌及铁原子的不断扩散，次抑制层一定时间后开始破坏，引起锌液与铁的直接接触而发生强烈的反应。这段时间称为抑制期。（2）合金层的形成钢在含铝的锌液中浸镀时，按铝含量及浸镀时间的不同，可形成相组成和相结构上各个不相同的显微组织。至于这些不同相结构的组织是如何形成与变化的，迄今尚不能充分解释。然而应用Fe-Al-Zn三元状态图上的所谓扩散途径来说明合金层中各相的形成和变化，则可对这一问题有较深入的理解。因为热浸镀锌过程是一个多相之间的相互扩散反应的过程，各个相的界面上通常建立局部的平衡。这样就可以利用三元状态图来进行说明。为此应该首先确定扩散途径最初的结晶核形成的起点。根据试验得知，在一定铝含量下，Fe2Al5结晶是最初的生成相。在Fe-Al-Zn三元状态图上以Fe2Al5相区为扩散途径的起点，由此点出发，通过不同的相区达到锌液为终点7。这样可以找到12条扩散途径，从而形成12种类型的合金层组织。随着浸镀时间的延长，合金层的组织发生变化。其变化情况因铝含量的不同可归纳为如下4种情况：0.18%Al（包括0.3%-0.15%Al）。此时最初形成的合金层由Fe2Al5和FeAl3薄层构成，它们均匀的覆盖于钢表面上，当延长浸镀时间超过其抑制期时，Fe2Al5层破坏，使锌液直接与钢表面接触，在Fe-Zn之间发生剧烈的反应，其合金层金相组织发生变化，在固-液相界面上，向铝含量减少的方向变化，也就是说，伴随着反应的发生，固-液相界面上锌液中铝含量下降，分析表明，这时界面上铝含量在0.12%以下，开始出现相晶核，并引起合金层从Fe-Al系向Fe-Zn系变化的自催化反应。0.12%Al（包括0.15%-0.09%Al）。固-液界面上铝含量进一步下降，约在0.10%以下，与液相接触的固相中有Fe2Al5层形成，但不久后，由于固-液界面上铝含量下降，而在此Fe2Al5层中形成相晶核。0.06%Al（包括0.06%-0.03%Al）。此时因铝含量过低而不能形成Fe2Al5晶核。固-液相界面上液态锌中铝含量约为0.07%。因有相形成，故界面上铝含量有增大的倾向。但从整体上看，因为形成了比液相中铝含量高的合金层，界面上铝含量有下降的趋势。而固相发生从相向+相的混合组织方向变化。不加铝。合金层的组织按Fe-Zn二元状态图构成，即顺序排列，表面有纯锌层。各相层界线分明。（3） 合金层的生长合金层厚度的生长在不同铝含量的锌液中的反应机制并不完全是抛物线或直线关系。参照金属氧化膜形成反应的不均匀体系中提出的种种反应机制，将合金的生长归纳为以下四种反应速度规律。逆对数规律（保护膜形成反应）。通常金属表面在室温下形成保护膜的反应速度属于逆对数规律，其形成的膜层极薄且致密，并达到一定的厚度后便停止进行。其反应速度公式为：其中：保护膜厚度（相当于合金层厚度） AB：常数 t：时间（相当于浸镀时间）抛物线规律（扩散反应）合金层的生长若起因于浓度梯度的扩散过程，则受扩散反应控制，一般情况下，其厚度随时间的延长而以抛物线规律增大。直线规律（界面反应）一般说，若在合金层中由于相层破坏而存在很多裂纹和空隙，则会导致锌液浸入内部与钢基表面直接接触而发生Fe-Zn间的剧烈反应，合金层的生长受界面反应控制，服从于直线生长规律8。锌液中铝含量在0.06%-0.09%的短时间浸镀的一侧属于此种情况。S形曲线规律（自催化反应）金属的固态相变多属于此种情况，其反应率与反应时间的关系呈S形曲线。这时因为反应是在发生相变的相和相变前的相之间的界面上进行的。随着生成相的数量的增加而发生急速的反应，故称为自催化反应9。由上述的关于合金层生长理论，可认为开始形成的Fe2Al5抑制层按逆对数规律生长，而此抑制层的破坏是按自催化反应规律进行。锌液浸入具有爆发型组织的相层中的裂纹并形成+L组织的合金层按直线规律生长，而有较厚的致密的相层的合金层按抛物线规律生长。1.3 锌液中不同元素对热浸镀锌的影响（1）铁 铁作为锌锭的杂质而被带入锌液，其量是很小的，最多不超过0.003%。在450时在液中的溶解度为0.003%，若铁在锌液中的含量超过0.003%时，铁将与锌生成Fe2Zn7，由于其密度大于锌而沉入锅底，形成底渣。 锌液中铁的存在，将使锌液的黏度和表面张力增加，从而使锌液的流动性变差。同时恶化了锌液对钢的润湿条件。如果相应延长镀锌实践，则会使镀层变厚，而且主要是使相变厚10。锌液中铁的存在还会提高镀层的硬度，并阻碍再结晶过程。（2）铝 锌浴中添加铝的作用是改善热浸镀锌层的光泽，减少锌浴表面的氧化，抑制铁锌金属间化合物层的过量生长，增加镀层的延展性和耐蚀性。实验结果表明，锌浴中加入铝的含量w(Al)为0.01%0.12%时，可使镀层光泽明显提高。这是由于铝和氧亲和力比锌大，所有在锌液表面生成一层Al2O3的保护膜，减少了锌的氧化。当锌浴中铝含量w(Al)达0.1%0.15%时，铝对铁锌金属间化合物层的生长有抑制作用。短时间浸镀时镀层中不出现铁锌金属间化合物，一般认为是铝的抑制作用，在铁的表面生成了Fe2Al5阻挡层，该阻挡层阻碍了铁与锌的反应，因而延缓了铁锌金属间化合物层的生长。但当浸镀时间较长时，Fe2Al5层遭到破坏，将发生铁锌扩散反应，并形成、相层，但其厚度要比不加铝时小。锌浴中铝含量w(Al)达0.3%时，镀层耐蚀性显著提高11。当锌浴中加入铝的含量w(Al)大于0.15%后，可以抑制脆性铁锌合金相的形成，并获得厚度适宜粘附性良好的镀层。这是由于在铁基体上首先形成一层连续的Fe2Al5相层，抑制了铁锌反应。但该抑制层往往在几秒内即会发生迸裂，而失去对铁锌反应的抑制作用；同时，在该含量范围内，锌浴表面会产生大量浮渣且易造成常规助镀剂失效。因此，钢铁制件热浸镀锌时，一般将铝含量w(Al)控制在0.005%0.02%，用于改善镀层的光泽。铝对铁锌合金相的抑制作用广泛应用于带钢连续镀锌上，但在钢铁制件的批量热浸镀锌中较少采用。在带件镀锌时，如果镀锌温度、浸镀时间和锌液中的铝含量三个条件不能完全具备，则Fe2Al5相层就不易形成，或形成而不完整。这样镀层由于缺乏黏附中介层，整个镀层的附着性能也会变差，以致在镀层稍有弯曲时就会脱落。如果使锌液中的铝含量、浸镀温度及浸镀时间都处于使Fe2Al5层形成的最佳条件时，则可以获得一定厚度而且完整的Fe2Al5合金层作为黏附的中介层，进而使镀层的附着力得到改善12。镀层粘附性的好坏决定于Fe2Al5中间粘附层形成的状况，而粘附层的形成以正确的镀锌操作过程为条件，其影响因素包括：锌液温度、带钢入锌锅时的温度、带钢浸锌时间(即带钢工艺速度)和镀后及时冷却情况。镀锌过程对镀层粘附性的影响是多方面的，应将多个因素综合考虑，如提高带钢入锌锅温度、延长浸锌时间或增加锌液中的w(Al)，均会促使中间层的形成。但温度过高、浸锌时间过长会是中间层形成之后，Fe-Zn继续向Fe2Al5中间层反应扩散，使之失效，失去粘附作用。锌液中加铝后，其镀层的形成过程大致与纯锌镀锌时相同，镀层形成过程是：: 带钢表面经过处理，达到洁净、活化的状态；: 带钢浸入到含铝的锌液中后，带钢与锌液的温度达到一致，Fe2Al5优先形成并达到一定的厚度；: Fe2Al5层的存在，对Zn-Fe的扩散和反应起到了阻碍的作用，使其比纯锌镀锌时缓慢；: 带钢离开锌液，并开始冷却至锌液的熔点。: 锌凝固，表面氧化，进一步冷却。在上述过程中，Fe2Al5的生成及其作用是在纯锌镀锌时没有的，只是在加入一定含量的铝之后才出现，自然是影响镀层结构和镀层附着力的唯一原因。（3） 硅 当锌液中的铁含量较高时，硅能与铁反应铁硅化合物而把铁除去，产生的铁硅化合物并不参与铁锌之间的反应，而且，还能抑制合金层的生长13，含硅的镀层往往表现出脆性。（4）铜锌液中的铜是作为杂质存在的，其含量范围在0.001%0.005%左右。含铜的锌液会使铁损增加。镀层中的铜会使镀层产生黑色半点，也可能在络酸钝化时出现表面发黑，发蓝现象。但是有的研究认为，铜可以显著改善镀层的耐大气腐蚀性能。1.4 钢板中的其他元素对Fe2Al5的影响 硅的影响: Si 增加，Fe2Al5变薄; 锰的影响: Mn增加, Fe2Al5变薄; 磷无影响; 钛的影响：锌液中的Ti多数是为了获得彩色镀锌层而添加的，同时钢中的钛对钢基体的性能影响很大，它能与钢中游离的碳和氮结合形成TiC和TiN 而将之固定，从而可以改善碳、氮对钢基体引起的时效现象。另外钢中的钛可将酸洗或氢还原时吸入钢基体中的氢气固定，使之在热镀锌时不致逸出，从而可防止氢气对镀锌层的不利影响，避免因氢气的析出而引起镀锌层表面变得粗糙。151.5 选题的意义和目的 本实验主要是为了确定锌浴中的铝含量，浸镀温度以及浸镀时间对热浸镀锌抑制层的影响大小，确定其适合的的参数，为具体的工业生产提供指导作用。第二章 实验方案2.1 实验方案根据实验的目的，实验时需要考虑三个因素16：A: 锌池温度：450C550C(450,480,500,520,550)B: 浸镀时间：1100SC : 锌池中铝含量：w(Al)为0.10%0.30%(0.10,0.15,0.20,0.25,0.30)具体各参数的值见表12.2 实验步骤2.2.1 实验材料与设备A:实验材料工业纯铁、无水乙醇，工业酒精、4%硝酸酒精、硝酸、NaOH、NH4Cl、ZnCl、盐酸等化学试剂、纯锌锭（99.9%）、纯铝锭（99.9%）、石英管、胶木粉B:实验设备KSW-6D-11温度控制器、S62-3-10坩埚电阻炉、电热恒温干燥箱、XQ-2B金相镶样机、Z4113台钻、MQ3220型砂轮机、M-2型预磨机、P-2金相试样抛光机、中頻感应热浸镀锌仪、XJL-01型立式金相显微镜、JSM-6360LV扫描电子显微镜、烧杯、吹风、三脚架、酒精灯、镊子、钳子、坩埚、天平、钢锯、3#-5#砂纸2.2.2 实验过程A:实验流程实验工艺流程包括:样品机械除锈镶样预磨5#砂纸抛光镶样预磨5#砂纸抛光碱洗水洗酸洗水洗助镀干燥镀锌淬火B：实验步骤及作用: 熔融锌池的准备将99.9%的纯锌锭砸裂成小块，使之能够放入坩埚中。小块锌在MQ3220型砂轮机上打磨掉氧化皮，放入坩埚中，再将坩埚放入S62-3-10电阻炉中，把KSW-6D-11温度控制器的温度设置为450，打开开关，加热将锌块熔化。在热浸镀锌的时候，从封好的石英管中取出铝熔于锌池中，得到锌铝液。序号试样号Al（wt%）时间（s）设计温度（）实验温度()110.1520450449.0220.2020450451.7330.2520450449.5440.3020450449.2550.2020480479.8660.2020500500.5770.2020520520.5880.2020550550.5990.2515450449.510100.2550480479.511110.252480481.512120.2525480481.513130.25100480481.514140.101450450.215150.151480480.216160.201500500.117170.202450450.218180.153450450.21919-10.203450450.22019-20.205450450.22119-30.208450450.222200.253450450.223210.303450450.224220.153480480.22523-10.203480480.22623-20.205480480.22723-30.208480480.228240.253480480.229250.303480480.230260.153500500.131270.203500500.132280.253500499.633290.303500499.634300.203520521.335310.203550-36320.253520521.337330.253550-38340.303520521.339350.303550-表1 镀锌实验条件: 试样的制备(1)用钢锯将厚2mm左右的工业纯铁片据称15mm20mm的长方形片，在MQ3220型砂轮机上把小铁片四个端面打磨平整并除去其氧化层，用Z4113台钻在小铁片中间钻孔，以此将铁片用铁丝拴住便于镀锌。如果小铁片弯曲变形，用铁锤将其打平直(2)将铁片在预磨机上打磨平整直至没有大的划痕，再用5#砂纸手工细磨，然后在抛光机上抛光直至光滑平整有如镜面方可，保证试样表面的光洁度，最后用酒精清洗，吹干。方便镀锌的顺利进行以及最后的实验结果分析。(3)碱洗主要目的是除去预镀铁片表面的油污。本实验中碱洗液采用10wt的NaOH水溶液。（用天平称取NaOH药品10g ，放入烧杯中，加入水配制成90ml溶液）。用酒精灯将溶液加热到70-80度之间，然后将预镀锌铁片放入溶液中进行碱洗，碱洗时间4-5min。(4)水洗碱洗之后，把铁片取出，用自来水冲洗12min，清除残余的碱液(5)酸洗酸洗的主要目的是清洗预镀铁片表面的锈斑和氧化皮。酸洗液一般为10wt的盐酸水溶液(量筒量取36%38%的浓盐酸10ml，配制成100ml的水溶液)或硫酸水溶液，用盐酸酸洗时，由于酸液和金属铁反应较盐酸溶解氧化皮的速度慢得多，所以酸洗时一般不使用缓冲液17。在室温下酸洗2-3min左右，直至铁片周围产生大量气泡为止。酸洗时间不宜过长，以免在表面形成腐蚀凹坑，影响镀锌的质量(6)水洗酸洗之后用自来水冲洗12min，去除铁片表面的多余酸液，铁盐，残渣等(7)助镀助镀剂在热浸镀锌中起着重要的作用，是该工艺中的重要环节，是提高镀层质量，防止漏镀的关键步骤。助镀剂的作用主要有18：:对预镀件表面的清洗作用，使之浸入熔融锌池时有最大的活性。其中包括防止预镀件经表面处理之后在空气中锈蚀和去除表面的铁盐，残余酸液；:保证在浸入锌液处的熔融锌光亮，使预镀件和液锌的结合力最大；:降低熔融锌液的表面张力，促使铁的表面为熔融金属所润湿。在实验中，助镀剂的工艺配方为：天平称取NH4Cl：ZnCl2=1：1.6 。按300g/升配制，SnCl=1%。100ml水，30gNH4Cl和ZnCl2，其中NH4Cl=11.538g，ZnCl2=18.461g，SnCl=1g。酒精灯把助镀剂加热到80，预镀铁片酸洗水冲之后，放入助镀剂中处理35min，使溶液润湿镀件，均匀地覆盖在铁片表面。助镀剂成分的作用如下：A: NH4Cl的作用助镀剂中的NH4Cl的作用是通过氨气与氯化氨起作用的，主要是氯化氨，它与钢铁表面的铁盐或氧化铁发生反应：FeO+HClFeCl2+H2O通过这个作用除去钢铁表面的氧化膜。当钢铁进入锌锅后，FeCl2ZnFe+ZnCl2钢件表面的助镀剂与该处熔锌表面的锌渣反应：ZnO+2HClZnCl2+H2O由于该反应，钢铁与液锌接触处的熔锌仍保持光亮，从而获得良好的镀层，同时置换出的活性铁和熔融的锌反应，成为锌渣沉在锅底。B: ZnCl2的作用氯化锌能除去钢铁表面的亚铁盐及氧化物。ZnCl2+Fe2+FeZnCl4氯化锌的另一作用是抑制氯化氨与熔锌的反应，使其反应速率达到一定值后下降。氯化铵助镀剂的吸水性极强，在空气中很难使其完全干燥，钢铁件进入锌锅会造成飞溅，并使镀层局部裸露,但在氯化锌中加入干燥剂后却可获得良好镀层。（8）预热烘干助镀处理之后，将预镀件放入电热恒温干燥箱中，温度为100，干燥1min30s左右。（9）热浸镀锌在热浸镀锌过程中，锌液温度和浸镀时间是影响镀层的重要因素。一般镀锌中锌液温度保持在450470。若锌液温度较低，锌液流动性差，所得镀层纯锌层厚薄不均，表面粗糙，质量较差;但锌液温度过高，镀锌反应的时间最短，但是，形成的铁锌合金相当疏松，结合不良，极易脱落，并且铁损大19。本实验采用了一个温度控制器，将其热电偶插入锌池中，因而炉膛内温度与锌池中的温度变化不同步，两者温差不断变化，温度波动范围大。浸镀时间是镀件送入锌池时间，在锌池中的浸渍时间和镀件移出锌液的时间的总和。实验中，用秒表计时，计时从镀件送入锌池开始，以镀件移出锌液为止。另外，热浸镀锌时，镀件从锌液中的移出速度对镀层也有影响20，合金层的厚度取决于锌液温度和浸镀时间，与镀锌件从锌液中取出的速度无关，纯锌层的厚度则决定于移出速度，而与锌液温度和浸镀时间无关，其厚度随移出速度的增加而增加。实验中，镀件的送入速度和移出速度完全由实验者把握。（10）冷却镀锌铁片从锌池中取出之后，放入冷水中进行冷却。冷却过程中，锌能与铁基体继续作用，生成更多的合金层，因此，冷却方式对镀锌层的厚度与性能也会产生影响。（11）金相试样的制作铁片镀锌之后，剪断铁丝，将铁片锯成三块，任取其中一片，然后在XQ-2B金相镶样机上用胶木粉镶样。镶样时，铁片保证竖直，加入适量的胶木粉，如果胶木粉过多，试样不容易压实，而胶木粉过少又会导致铁片偏斜，从而影响实验结果。镶样机温度加热到145，施加足够的压力，让胶木粉把铁片压实。再通过以下的步骤制作用于扫描电镜观察的金相试样：砂轮机打磨预磨3#、4#、5#砂纸细磨水洗抛光水洗酒精清洗8%的HNO3酒精腐蚀水冲洗酒精洗吹干金相试样。透射电镜试样的制作：再将一片试样放在10%的硝酸酒精中将表面的锌腐蚀后将抑制层剥离下来再放在丙酮中。第三章 结果分析本次实验采用三和不同的方式对结果进行分析，以扫描电镜的照片分析为主，结合X射线衍射结果和透射电镜照片对抑制层的形貌和成分进行分析。3.1扫描电镜的结果分析3.1.1 铝含量对抑制层影响的分析在温度和时间一定的情况下，镀锌的锌液中铝含量对抑制层的形貌有很大的影响。（1） 图1 至图4为试样在450条件下含铝量不同的锌液镀锌3秒后抑制层的扫描电镜照片。图1（18号试样 锌液含铝0.15%3s）图2 （19-1号试样 锌液含铝0.20%3s）图3 （20号试样 锌液含铝0.25%3s）图4 （21号试样 锌液含铝0.30%3s）从图中可以看到，在T=450，t=3s时，抑制层的的晶粒随着锌液中铝含量的升高而变小。（2）图5到图8为试样在480条件下含铝量不同的锌液镀锌3秒后抑制层的扫描电镜照片。图5（22号试样 锌液含铝0.15%3s）图6（23-1号试样 锌液含铝0.20%3s）图7（24号试样 锌液含铝0.25%3s）图8（25号试样 锌液含铝0.30%3s）从图中可以看到在T=480，t=3s时，抑制层的晶粒度在锌液中铝含量小于0.20wt%时随着铝含量的升高而增大，但当锌液中铝含量大于0.20wt%时随着铝含量的升高而减小。（3）图9到图12为试样在500条件下含铝量不同的锌液镀锌3秒后抑制层的扫描电镜照片。从图中可以看到在T=500，t=3s时，抑制层的晶粒度基本不随着锌液中铝含量的变化面变化，比较地稳定。图9（26号试样 锌液含铝0.15%3s）图10（27号试样 锌液含铝0.20%3s）图11（28号试样 锌液含铝0.25%3s）图12（29号试样 锌液含铝0.30%3s）（4）图13到15为试样在520条件下含铝量不同的锌液镀锌3秒后抑制层的扫描电镜照片。图13（30号试样 锌液含铝0.20%3s）图14（32号试样 锌液含铝0.25%3s）图15（34号试样 锌液含铝0.30%3s）从上图可以看到在T=520，t=3s时，抑制层的晶粒度基本不随锌液中铝含量变化而改变。（5）图16到图18为试样在550条件下含铝量不同的锌液镀锌3秒后抑制层的扫描电镜照片。图16（31号试样 锌液含铝0.20%3s）图17（33号试样 锌液含铝0.25%3s）图18（35号试样 锌液含铝0.30%3s）从图中可以看到在T=550，t=3s时，抑制层的晶粒度随着锌液中铝含量的升高而减小。（6）图19到图22为试样在450条件下含铝量不同的锌液镀锌20秒后抑制层的扫描电镜照片。图19（1号试样 锌液含铝0.15%20s）图20（2号试样 锌液含铝0.20%20s）图21（3号试样 锌液含铝0.25%20s）图22（4号试样 锌液含铝0.30%20s）从图中可以看到在锌液中铝含量为015.wt%时看不到抑制层，而是晶粒粗大，结构疏松的铁锌化合物晶体。但是当锌液中铝含量大于0.20wt%时依然可以看到抑制层的存在。从以上的分析结果中可以看到当镀锌时间为3s镀锌的温度低于500时，抑制层的晶粒度随着锌液中铝含量的升高而减小；当镀锌时间为3s，镀锌温度在500到520时，抑制层的晶粒度基本上不随锌液中铝含量的变化而变化；当镀锌时间为3s，镀锌温度在520以上时，抑制层的晶粒度随着锌液中铝含量的升高而变大；当镀锌温度为450，时间为20s时可以看到锌液中铝含量为0.15wt%的试样已经没有抑制层的存在，取而代之的是铁锌化合物，而在锌液中铝含量在0.20wt%或以上的试样中，抑制层依然存在。这是因为当温度较低时影响晶粒度的因素主要是形核速率，因此铝含量的多少决定抑制层的数量；而温度较高时，形核较快，铝含量将对晶粒的生长速度有很大的影响。并且可以发现在500左右铝含量对抑制层晶粒度的影响较小。3.1.2 反应温度对抑制层的影响再对比再不同温度下在铝含量的锌液中浸镀相同时间后的试样的抑制层来分析反应温度对抑制层的影响。（1） 图23到27是在铝含量为0.20wt%的锌液中不同温度下镀锌3s的试样的抑制层扫描电镜照片。图23（19-1号试样0.20wt%4503s）图24（23-1号试样0.20wt% 4803s）图25（27号试样0.20wt% 5003s）图26（30号试样0.20wt% 5203s）图27（31号0.20wt%试样 5503s）从图可知在铝含量为0.20wt%，镀锌时间为3s时，随着镀锌的温度的提高，抑制层的晶粒度越来越细。（2） 图28到32是在铝含量为0.25wt%的锌液中不同温度下镀锌3s的试样抑制层扫描电镜照片。图28 （20号试样0.25wt%4503s）图29 （24号试样0.25wt%5803s）图30 （28号试样0.25wt%5003s）图31 （32号试样0.25wt%5203s）图32 （33号试样0.25wt%5503s）由图可以看到在铝含量为0.25wt%的锌液中镀锌3s时抑制层的结构基本上不受温度的影响。（3）图33到图37为是在铝含量为0.30wt%的锌液中不同温度下镀锌3s的试样的抑制层扫描电镜照片。图33 （21号试样0.30wt%4503s）图34 （25号试样0.30wt%4803s）图35 29号试样0.30wt%5003s）图36（34号试样0.30wt%5203s）图37（35号试样0.30wt% 5503s）由图可知在铝含量为30wt%的锌液中镀锌3s时抑制层的晶粒度随着温度的升高在，而变大，并且在温度较高时急剧增大。（4）图38到图41为不同温度度下铝含量0.20wt%的锌液中浸镀20s的试样的抑制层扫描电镜照片。图38（5号试样 0.20wt%48020s）图39（6号试样0.20wt%50020s）图40（7号试样 0.20wt%52020s）图41（8号试样0.20wt%55020s）从图中可以看到在铝含量0.20wt%的锌液中浸镀20s时，试样的抑制层晶粒度随着镀锌温度的升高而有所增加，并且在520时出现少量的铁锌化合物。由以上的分析可知，在镀锌时间较短时，若锌液中铝含量小于0.30wt%，则抑制层的晶粒度随着反应温度的升高而变小；若锌液中铝含量在0.30wt%左右时则抑制层的晶粒度在温度较低时不变但有较高的温度下会急剧增大；锌液中铝含量高于0.30wt%时，抑制层的随着温度的升高而增大。但当时间为20s，锌液中铝含量为0.20wt%时，抑制层晶粒度随温度的升高成果变大，但影响不大。这是因为反应温度对抑制层的形核和生长过程都有很大的影响，并且可以看到0.30wt%是一个受温度影响较小的铝含量。3.1.3 反应时间对抑制层的影响镀锌过程中抑制层的形貌不仅与锌液的温度和反应的温度有关同学 和反应的时间有很大的关系。以下就时间对抑制层的影响进行分析。（1） 图42到45为铝0.20wt%，450不同时间后的试样的扫描电镜照片。由图可以看到，在锌液中铝含量为0.20wt%，反应温度为450时，在时间较短（3s）或者较长（20s）的情况下晶粒度比较细小而在5s或8s时晶粒度比较大。这说明在抑制层的生长过程会被破坏，并其时间起点在第8s到20s之间。图 42(19-1号试样 0.20wt%4503s)图 43(19-2号试样 0.20wt%4505s)图44 (19-3号试样 0.20wt%4508s图 45(2号试样0.20wt%45020s)（2） 图46到49为铝0.20wt%，480不同时间后的试样的扫描电镜照片。图 46(23-1号试样 0.20wt%4803s)图 47(23-2号试样 0.20wt%4805s)图 48(23-3号试样 0.20wt%4808s)图 49(5号试样 0.20wt%48020s)由上图同样可以看到在锌液中铝含量为0.20wt%，反应温度为480时抑制层的晶粒度上不随时间变化，但在20s时稍微变小，这说明在此条件下抑制层生长得比较快并且分解得比较慢。（3） 图50到54为铝0.20wt%，480不同时间后的试样的扫描电镜照片。由图片可以看出要锌液中铝含量为0.25wt%，反应温度为480时在0到25s抑制层在不断地生长，说明在此条件下抑制层生长较慢，并且在50s的时候还没有完全的分解。由以上分析可知，随着反应时间的增长，由于不断地有锌通过抑制层扩散后与铁反应生成铁锌化合物爆发组织从而使抑制层的结构遭到破坏，当铝含量和反应温度较低时，抑制层的生长和破坏的过程都比较地短。提高锌液中铝含量和升高反应温度都会使这个过程延长，但随着时间的增长，抑制层仍会随着扩散的撞上的增多而被破坏。因此为了使抑制层不完全分解，镀锌的时间必需控制在一定的时间之内，并且在5到8s左右可以得到细致紧密的抑制层。 图50(11号试样 0.20wt%4802s)图51(24号试样 0.20wt%4803s)图52(12号试样 0.20wt%48025s)图53(10号试样 0.20