稀土和镁对热浸镀铝液和镀层组织的影响.docx

【摘要】 研究了热浸镀铝液中添加微量稀土和镁对铝液质量和镀铝层厚度的影响及镀铝层的表面和第二相的形貌。 结果表明, 微量稀土改善了铝液的质量和镀层的组织, 而微量镁有损铝液质量和镀层组织。关键词: 热浸镀铝 稀土 镁 镀层组织ef f ec t of re an d m g a dd it ion on ho t- d ipa lum in iz in g ba th an d coa t struc tureko n g x ian zho n g (so u th ea st u n ive r sity, n an jin g 210096)【a bstrac t】 t h is p ap e r stud ie s th e va r ia t io n o f ho t2d ip a lum inum ba th by add ing sm a ll am o un t s o f r e and m g, a s w e ll a s th e effec t o f th e r e and m g add it io n o n su rface m o rp ho lo gy o f co a ted p iece s and seco nd p h a se, th e th ick ne ss o f o u te r a l laye r and in te rm e ta llic laye r1a s a re su lt, r e can im p ro ve th e qua lity o f a lum inum ba th and co a t st ruc tu re, bu t m g can dam age bo th o f th em 1key words: ho t2d ip a lum in izing, ra re ea r th , m agne sium , co a t st ruc tu re1前言铝和铁相比, 是一个电负性较低的合金元素。然而 铝能瞬时与氧反应生成一层稳定、致密和粘附力强的 表面氧化膜, 它在许多腐蚀介质中是稳定的。 因而, 铝 作为钢铁的合金元素可使钢铁表面生成富铝氧化膜改2m in。 对镀层组织分别用金相显微镜和 sem 电镜进行观察。 镀层厚度用金相显微镜测量。3试验结果和分析311re 和m g 对铝液质量的影响铝液中的主要杂质是氢和 a l2o 3 , 它们是铝液与善了耐蚀性和抗氧化性。资料表明1, 加入 (5 8) %a l工 件上和空气中的水汽反应带入的。 向液铝中加入r e 后, 部分 r e 与 a l2o 3 发生置换反应, 形成稀土氧就可大大改善 f e 的抗高温氧化性, 加入 25%a l, 就可在非常苛刻的环境下使用。但含a l 量高的合金难以制 造, 且恶化加工性能和力学性能。 因此, 使钢铁表面形成一层富 a l 的防护镀层就成为一种有效而实用的工 艺技术, 在使钢铁表面获得很高的抗氧化性和耐蚀性的同时, 又不损坏钢铁心部的延展性和韧性。 钢铁热浸镀铝能形成一层附着力强和外观良好并具有优良的抗蚀性的镀层, 是一种经济的涂层工艺。业 已证明, 在热浸镀铝液中添加微量合金元素可以改善镀层组织, 如添加 s i、c u、b e 可减小合金层厚度改善镀 层 的 塑 性2 4 。 本 文 通 过 向 镀 液 中 添 加 微 量 r e 和 m g, 研究 r e 和m g 对铝液质量和镀层组织的影响。2 试验材料和试验方法基体材料是 20 钢, 为了防止 r e 和m g 向铝液中 加入时的氧化烧损, 先制备出 a l25% r e 和 a l2215% m g 的中间合金。 使用的稀土主要成分是 l a 和 c e。热浸镀采用水溶液助镀熔剂法, 具体操作流程为:待镀件350除油10% h c l 水溶液清洗150烘 干 助镀烘干热浸镀取出空冷。 助镀剂采用30% (n h 4c l+ znc l2 ) 水溶液, 热浸镀温度 730、时间化物 l a2o 3 和 c e2o 3。 用斯托克斯公式5计算出稀土氧化物在铝液中下沉的速度约是 a l2o 3 的 5 倍, 稀土氧化物的下沉显著降低了铝液中的氧化物夹杂含量,此外, r e 还会与氢反应生成稀土氢化物, 从而控制了 铝液中的部分氢, 可起到净化铝液作用。m g 加入铝液中形成 m go , 它的密度和 a l2o 3 接 近。m go 与铝液的浸润性差, 氢易以它为核心形成气泡, 增加了铝液的吸气倾向, 使铝液的流动性变差。对铝液的表面膜进行观察结果表明, 随着稀土含 量的增加, 膜的色泽逐步加深 (见表 1) , 这是由于铝液表面形成了稀土氧化物。 稀土氧化物还能填补 a l2o 3表 面膜的空洞, 使铝液表面膜更加致密平整 ( 图 1a ) ,从而减轻了铝液从表面吸氢、吸气和氧化的速度。m g 的加入不改变铝液表面膜的颜色, 但会使表 面膜变厚。 试验发现, 当加入m g 大于 015% 时, 表表 1 re 对铝液表面膜色泽的影响 r e 加入量 w ( % ) 0 0101 0125 0105 011 110 颜色白色 浅黄 金色 浅紫紫色孔宪中: 男, 副教授, 主要从事热处理工艺研究, 目前研究硒的合金化及其应用, 曾获 1992 年国家发明奖。 收稿日期: 1996 年 12月 23 日。金属热处理1997 年第 6 期10面膜开始产生凸起并且变得粗糙。m g 液的密度和表面张力都比铝液小, 故在镀液中 m g 会自动向表面偏 聚 以 降 低 表 面 张 力, 富 集 在 表 面 的 m g 优 先 氧 化 成 m go , m go 的蒸气压高并且 v m go /v m g 1, 因而破坏了表面膜的致密性并使铝液表面变得不平整 (图 1b )。过程中组织得到细化, 我们观察到加 r e 镀件表面有整齐排列的六角晶花。当 r e 含量增大时, 镀件表面的 晶花有明显的细化趋势。向铝液中加入 m g, 增加了铝液的吸气倾向和夹 杂含量, 使镀件表面质量变坏。 试验发现, 加m g 的镀件表面出现高低起伏现象, 并且随含m g 量提高, 这种 现象变得越来越明显。但是, 提高热浸温度可使这种现象消失。313 镀件镀层的组织形貌从横断面显微组织上看, 镀层均是由金属铝层和 合金化合物层组成 ( 见图 2)。 试验表明, 随着加入 r e图 2镀层断面组织100图 1不同成分镀液镀层的表面膜 sem 形貌(a)a l+ 011% r e ( b )a l+ 011%m g (c) 纯 a l图 1 是不同成分铝液表面膜形貌的比较, 可以看 出, 加 r e 者最为平整致密, 而加m g 者最为疏松。312 镀件的表面形貌由前分析可知, 在铝液中加入 r e 后, 杂质含量降 低, 流动性提高, 因此镀件表面更为平整光亮。并且, 稀 土在铝液中溶解度很小 (不大于 0105% ) 5 。当铝液中 含 r e 量超过一定限度时, 就形成了高熔点的硬质化图 3 热浸镀件镀层第二相形貌镀液成分: ( a)a l+ 011% r e ( b) a l+ 011%m g 量的增加, 金属 a l 层的厚度减小, 而随着加入 m g 量 的增 加 , 金 属a l 层 的 厚 度 增 大 , 这 是 由 于 加 入r e 使合物 c ea l4 和 l aa l4 质点6, 使表面金属铝层在凝固金属热处理1997 年第 6 期11铝液流动性提高, 而加入m g 使铝液流动性降低。热浸镀过程中, 部分合金层会重新溶入铝液中, 使 铝液中 f e 浓度增加。 从 f e2a l 相图上可知, 温度超过652时, 铝液与 f ea l3 组成稳定的两相区, 热浸镀铝液中存在 f ea l3 化合物相。通常在纯a l 镀液中, f ea l3相呈针状形态, 热浸镀后可在金属 a l 层中看到这些第f e2a l5 相。 该相的原子饱和浓度仅为 70% , 在点阵 c轴方向上有很高的空位密度4 , a l 原子很容易通过它 扩散到 f e 的边界, 并沿 c 轴方向迅速生长, 并长成犬 牙状 (见图 2)。 在铝液中添加 r e 后, 部分 r e 扩散进 入 f e2a l5 合金层中, 填补了 f e2a l5 相中的空位, 使 a l 原子通过该相的扩散速度减慢, 从而合金层生长速度 降低。至于m g 对合金层厚度的影响较复杂, 其作用机 理有待进一步研究。4 结论二相。 向铝液中加入m g, 降低了铝液的表面能7, 也增加了夹杂物含量, 使 f ea l3 第二相成核率增大, 导致第二相颗粒尺寸减小而不能长成针状, 如图 3b 所示。 但微量 r e 的加入, 对针状第二相的形貌无明显影响, 如图 3a 所示。314 镀层中合金层厚度表 2 和表 3 分别是不同 r e 和m g 加入量对镀层 合金化合物层厚度的影响。可见, 随着 r e 加入量的增 加, 合金层厚度逐步减小, 而随着m g 加入量的增加, 合金层厚度先减小后又增大。热浸镀铝的合金化合物层主要组成是斜方晶格的表 2 铝液中 re 含量对合金层厚度的影响( 1)铝液中添加 r e 可净化杂质, 提高铝液的质量; 添加m g 会增加吸气倾向, 降低铝液的质量。(2)微量 r e 使镀件表面变得平整, 而 m g 含量过高会使镀件表面出现高低不平现象。(3 )微量 r e 使 镀 件 表 面 金 属 a l 层 变 薄, 其 中f ea l3 第二相仍然呈针状。而微量m g 使金属a l 层变厚并且细化了金属a l 层中的第二相, 并使之呈颗粒状。(4) 微量 r e 减小合金化合物层厚度, 而随着m g含量增加、合金化合物层厚度先下降后又上升。参考文献r e 加入量 w ( % )010101050110151101151234567t om a szew icz p 1r ev1h igh t em p 1m a te r ia ls, 1978 ( 4) : 75g iff ing s d o 1t ran s1a sm , 1951 ( 43) : 587e gge le r g1, j 1m a te r1sc i1, 1986 ( 21) : 3348 钱卫江 1 金属学报, 1994, 30 ( 9) : b 403 潘复生 1 轻合金轻加工技术, 1990 ( 3) : 1 雷广孝 1 轻合金轻加工技术, 1990 ( 2) : 5蒙多尔福 1 铝合金的组织与性能 1 北京: 冶金工业出版 社, 1988: 2870100607060756075合金层厚度 ( m )3020表 3 铝液中m g 含量对合金层厚度的影响m g 加入量 w ( % )011013016110115210705020406060合金层厚度 ( m ) 120 30 30 50 100 100 fem n s i 合金热马氏体和应力诱发马氏体相变与形状记忆效应的关系首都师范大学物理系 (北京 100037)夏瑞东北京科技大学材料物理系刘冠威王学敏【摘要】 通过研究预应变量 3% 的两种 f em ns i 合金形状恢复量与 2马氏体量随温度的变化, 发现 2马氏体在晶体中存在能量分布, 使之在 450回火不能完全逆转变, 同时发现应变合金中储存弹性内应力, 使材料在 a s a f温度区间的膨胀与收缩系数不同。关键词: f em ns i 合金 形状记忆效应 能量分布 2马氏体 弹性内应力study on re la t ion sh ip am on g sm e an d therm a l an dstre ss- in duced m a r ten s ite in fem n s i a lloyx ia r u ido n g, l iu gu anw e i,w an g x u em in【a bstrac