（机械工程专业论文）热镀铝钢焊接性研究.pdf

四川丈学工程硕士学位论文 热镀铝钢焊接性研究 研究生汪崧扬 机械工程领域 指导教师范洪远教授童彦刚高级工程师 摘要 论文对镀铝合金层和钢基体在热镀铝工艺过程中的表面物理化学过程及其 对焊接性能的影响进行了研究，得出扩散合金层主要是由f e 。a 1 。相( n 相) 柱状晶 组织组成，并含有少量的f e a i 。相( o 相) 组织。文章对热浸镀铝钢的焊接性能进 行了研究，分别采用熔化焊，电阻焊等各种焊按方法进行试验。并对焊缝的机械 性能和耐腐蚀性能进行了分析，并试制出专用的不锈钢碱性药皮焊条。研究指出： 由于热浸镀铝钢表面镀铝层的存在，给焊接造成一定的困难，但通过选择合理的 焊接材料和严格的焊接工艺，可以达到满意的焊接效果。由于焊接过程中，表面 铝的烧损使焊缝的耐腐蚀性下降，本文采用专用不锈钢焊条焊接，以及采用普通 焊条焊接后在焊缝区热喷铝，均能有效地解决这一问题，这是本文的创新之处。 关键词：热浸镀铝钢、扩散合金层、可焊性、耐腐蚀性 四川大学工程硕士学位论文 w e l d i n gp r o p e r t i e so fh o t d i pa l u m i n i z i n g s t e e l s m a j o r ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：w a n gs o n g y a n gs u p e r v i o r ：f a nh o n g y u a n ，t o n gy a n g a n g a b s t r a c t t h i sa r t i c l es t u d i e ds u r f a c ep h y s i c o c h e m i c a lp r o c e s so fa lu m i n i z e da l l o yl a y e r a n ds t e e lm o d u l ea n di t se f f e c to nt h e i rw e l d i n gp r o p e r t i e s d u r i n g t h e h o t d i p a l u m i n i z i n gp r o c e s s t h er e s u l t ss h o w t h a tt h ed i f f u s e da l l o y1 a y e r m a i n l yc o n s i s t s o ff e 2 a l sp h a s e ( n p h a s e ) c o l u m n a rc r y s t a lm i c r o s t r u c t u r ea n d al i t t l ef e a b p h a s e ( 0p h a s e ) m i c r o s t r u c t u r e t h ea r t i c l ei n c l u d e st h er e s e a r c h a b o u t h o t - d i pa l u m i n i z e d s t e e l sw e l d a b i l i t yb ya p p l y i n gd i f f e r e n tk i n d so fw e l d i n gm e t h o d s ，s u c ha sf u s i o n w e l d i n ga n d r e s i s t a n c ew e l d i n g ，o ni t t h e n ，a f t e rt h ea n a l y s i so fc o r r o s i o nr e s i s t a n c e a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o ft h ew e l db e a d ，a na l k a l i c o a t i n g s t a i n l e s ss t e e l e l e c t r o d ef o ra l u m i n i z e ds t e e lw a sd e v e l o p e d t h er e s u l ts h o w st h ee x i s t e n c eo f h o t - d i pa l u m i n u mc o a t i n go fs t e e lc a u s i n gs o m et e c h n i c a l d i f f i c u l t i e sd u r i n gt h e w e l d i n gp r o c e s s h o w e v e r , as a t i s f i e dw e l dq u a l i t ym a yb eo b t a i n e db yc h o o s i n g r e a s o n a b l ew e l d i n gm a t e r i a l sa n ds t r i c tw e l d i n gp r o c e s s t h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo f t h ew e l db e a dw i l lb er e d u c e db yh e a tl o s i n gs u r f a c ea l u m n u md u r i n gt h ew e l d i n g p r o c e s s i no r d e r t os o l v et h i si s s u ee f f e c t i v e l y , m e t h o do fe i t h e rw e l d i n gb ys p e c i a l s t a i n l e s ss t e e lw e l do r w e l d i n gb yg e n e r a l w e l df o l l o w e d b ys p r a y i n g h e a t e d a l u m i n u ma tw e l dz o n ec a nb eu s e d t h i si st h ed i s t i n g u i s hm e r i to ft h i sa r t i c l e k e yw o r d s ：h o t d i pa l u m i n i z e ds t e e l 、d i f f u s e da ll o yl a y e r 、w e l d a b i l i t y 、c o r r o s i o n r e s i s t a n c e i i 四川大学工程硕士学位论文 1 绪言 1 1 课题的目的和意义 热浸镀铝是将钢铁材料或制品置于一定温度下的熔融铝或铝合金液中，浸 渍适当时间后以一定的提升速度提出冷却，在钢铁表面形成铝或铝合金层的热加 工工艺过程。钢表面热浸镀铝是钢铁材料表面保护方法之一，它不仅能使钢铁 件具有光亮平整美观外表，改善钢材在高温条件下的耐热性及在各种腐蚀介质中 的耐蚀性，而且可提高钢材表面的耐磨性，延长工件的使用寿命；在一定的条件 下利用普通钢材代替不锈钢和耐热钢，从而降低了工程造价，所以受到国内外材 料科学工作者及从事防腐蚀工作人们的瞩目。 发达国家都十分重视热浸镀铝技术的开发和应用，目前已具备成熟的工艺 并稳定生产，镀铝钢件已广泛应用于冶金、机械，石油、化工、交通运输、建 筑，海洋工程等众多领域。目前在国外，镀铝钢板的年产量约为1 0 0 万吨，其它 镀铝钢材年产量约为1 0 0 - 2 0 0 万吨1 2 】。其总的发展趋势是增加产量，扩大使用范 围开发研制性能更好的镀层。我国，钢材热浸镀铝的技术发展较晚，它的生产 和应用目前还处于刚刚起步阶段。但近几年来，国内热浸镀铝工艺研究的镀铝件 的应用开发也发展迅速，显示出广阔的应用前景。特别是在汽车工业中，由于热 浸镀铝钢材具有耐热，抗氧化及硫化腐蚀能力，在高温下能保持良好的外观，如 将其用于汽车排气消声系统生产，在降低成本的同时，大大提高了零部件的使用 寿命，改善了汽车的消音效果，降低了噪音和排气对环境的污染，因此得到了厂 家的青睐。目前，我国自行研制设计的国内第一条宽带钢连续热浸镀铝生产线 已经于1 9 9 6 年在黄石建成投产【4 l ，其设计年产量为五万吨；这不仅改变了我国 热浸镀铝钢材依赖进口价格昂贵的现状，缓解了国内汽车等行业对镀铝钢材臼益 增长的需求，而且必将促进热浸镀铝钢材在国内的应用，特别是在汽车行业的广 泛应用。由东风汽车公司、黄石银龙镀铝薄板有限公司和北京钢铁研究总院共同 申报的连续热浸镀铝钢板( 管) 的生产开发及在轿车排气系统上的应用研究课 题也已被列入“九五”轿车新材料技术开发的8 6 3 计划。这充分表明热浸镀铝 钢材应用研究的重要性和实用性以及国家对这种新型材料生产和应用的高度重 视。 但热浸镀铝钢材与普通的低碳钢相比，其焊接性能有很大程度的差异，热 浸镀铝钢的焊接性较差【s l 。用熔化焊焊接镀铝钢材时，由于焊接热的作用使得焊 四川大学工程硕士学位论文 缝附近的镀层烧损严重，由镀层所提供的材料的耐蚀性、耐热性及耐磨性等优良 性能明显降低甚至丧失。同对铝表面易形成难熔的氧化膜( a 1 2 0 3 ) ，它存在于熔 池中，焊缝容易产生夹渣，佼焊缝金属强度降低。热浸镀铝钢材合金扩散层主要 由f e 2 a l s 和f e a l 3 金属问化合物组成，而在熔化焊接时焊缝中易产生各种金属 间化合物如f e z a l s ，f e a l 3 ，f e a l 2 等，这些金属间化合物增加了焊缝金属的脆 性，降低了焊缝金属的塑性和韧性，容易产生裂纹1 6 1 。当使用电阻焊方法焊接热 浸镀铝钢材时，表面铝层破坏后与电极发生粘连，使焊接质量难以保持稳定，而 且电极磨损严重，使用寿命短，且不易保证焊缝的气密性| 7 i 。由于热浸镀铝材料 韵焊接性能较差，在很大程度上限制了这种优质材料的应用推广。因此，通过对 钢材熟浸镀铝工艺过程及条件的深入研究，了解其镀层的结构和性能，并通过实 验找出可靠的焊接材料和焊接工艺，克服热浸镀铝钢在焊接时存在的问题，促进 这种新材料在各个领域的广泛应用，具有极大的现实意义和巨大的经济效益。 1 2 国内外研究概况 由于热浸镀铝钢材在发达国家研究时间较长，目前已有比较成熟的生产工 艺，并进入稳定生产时期。它在美国、日本等发达国家的应用范围非常广泛，目 前这些国家已逐步建立并完善了镀铝钢的产品标准。对这种材料的焊接性能也进 行了一定的研究，从六、七十年代开始陆续有一些研究成果发表。但是由于镀铝 钢材的扩散层太薄，给研究工作造成了较大的困难而且缺乏铁铝系中各种中 间相的结晶构造和其性能的确切材料，所以到目前为止众多学者对镀铝层的结构 和相组成还没有一致的看法，对焊接时由这些组织引起的问题也还有待进一步研 究。在国内目前对于热浸镀铝钢材的生产应用研究相对于发达国家来说还几乎是 片空白。国内只有少量研究镀铝锅材的生产工艺及镀层控制的论文发表，关于 其焊接性能的研究报道还甚为少见。 用熔化焊焊接热镀铝钢。美国学者认为由于焊接热量使镀铝层产生蒸气或 与母材发生合金化或两者同时存在，这就损害了焊缝金属的机械性能i 引。镀铝钢 焊接时，首先应彻底清除接头区的镀层使在焊接区实现铁与铁之间的联结，焊 接后再在焊缝区表面重新熔敷铝，使得焊接接头区表面仍然具有镀铝钢材的优越 性能。这是国外一般采用的方法，但这种方法显然增加了加工工序，提高了生产 成本。 g el i n n r e t 等人认为 ，f ，在手弧焊焊接热浸镀铝钢材对用低氢型或纤 2 四川大学工程硕士学位论文 2 热镀铝钢的结构和特性 2 1 镀铝钢的分类和结构 工业生产中通常根据铝液的成分不同而将热浸镀铝钢分成两大类：i 类镀 铝钢，镀铝液成分是铝一硅合金，其中硅的含量大约为5 8 ，镀铝层的厚度约 为2 5 “m 。i 类镀铝钢的耐热性好，适用于高温环境以及热和腐蚀共同作用的 应用环境中。i i 类镀铝钢，它的镀铝液是工业纯铝，镀铝层的厚度约为5 0um 。 i i 类镀铝钢的耐大气腐蚀性能优越，是大量户外设施的理想材料【峙l 。 熟浸镀铝钢的组织通常由三部分组成l l “，最外层为纯铝层，其成分与镀铝 液的成分相同，厚度与镀铝液的温度和工件从铝液中提升速度有关，厚度一般 为4 - - 6 p m 。 提升速度 图2 1提升速度与纯铝屡厚度的关系1 图2 - 1 表示纯铝层厚度与温度、提升速度的关系，从中可以看出随着提升 速度的提高，纯铝层的厚度增加；而随着温度提高，其厚度减少。 中间层( 即扩散合金层) 是表面铝与钢基体组成的铝一铁合金层，它是由铝 铁金属间化合物组成。扩散层一般具有强度低，脆性高、冷塑性变形能力较差 的特点，因此应该控制其厚度。通常在铝液中加入适量的硅，可以使铝的熔点 降低并提高其流动性，从而减少台金层的厚度l l “。图2 - 2 显示了铝液中硅元素 的含量对镀铝钢材合金层厚度的影响情况。另外，通过控制铝液温度和浸渍时 间也可以控制合金层的厚度，图2 - 3 、图2 - 4 分别表示浸镀时间、镀液温度对 合金层厚度的影响。 合金层的厚度和浸镀时间呈抛物线关系，满足： h = 可d ， ( 2 - 1 ) 4 链畦琶f耻钟 四川大学工程硕士学位论文 或： h2 = h t ( 2 2 ) 式中：h 一台金层厚度，u m 卜浸镀时间，s d 一扩散系数 k ，一与d 成正比的量 图2 - 2 硅含量与镀铝层厚度的关系“” 但人们通过实验还发现，当合金层厚度达到一定的程度时合金层的厚度不 随时间的延长而增厚。这主要是因为在镀液中铝原子向工件内部扩散的同时， 工件表面形成的a 1 f e 合金层会不断溶解到铝液中去。当扩散速度与溶解度相 等时就达到平衡状态，合金层厚度趋于稳定不变。 图2 - 3 合金层厚度与浸镀时间的关系“” ( 基材：碳钢。镀液：工业纯铝。温度： 7 1 0 c ) 5 堕型奎堂三堡塑主堂垡堡苎 浸镀的温度与铝的扩散系数d 呈指数函数关系： d - 舨一( _ 嚣 s ， 式中：q 一扩散活化能 t 一浸镀温度 r _ 一气体常数= 8 2 7 j t 0 0 1 图2 - 4 镀液温度对镀铝钢台金屡厚度的影响” ( 浸镀时间：1 5 s ) 因此，合金层的扩散生长速度与温度也呈指数函数关系，所以温度对合金 层厚度的影响远大于时间的影响。 镀铝钢的内层组织为钢基体，钢基可能是碳素钢、合金钢或不锈钢等，但 通常使用的多为低碳钢如0 8 a i 。图2 5 显示了典型的热浸镀铝镀钢的微观结构。 我们可以清楚的看到镀铝钢组织由三部分组成，最下面暗的部分是电镜观察时用 于固定试样的基座，亮的部分为镀铝层组织，中间较暗的部分为f e a l 化合物 组成的合金层，由于镀液为a i - s i 合金所以中间合金层较薄，最上面为基体低碳 钢组织。 6 四川大学工程硕士学位论文 囤2 5 热浸镀铝钢的微观结构 2 2 镀铝钢的性能及应用 2 2 1 镀铝钢的性能 钢材热浸镀铝后形成的新材料，不仅把铝的耐蚀性和钢的强度结合起来。 而且赋予这种新材料以新的性能耐蚀性、耐热性1 1 9 1 1 1 2 2 i 。热浸镀铝钢的优良 性能主要表现在以下几方面： ( 一) 优异的耐蚀性：镀铝钢材具有优异的耐大气腐蚀性，特别耐含有s 0 2 、 h 2 s 、n 0 2 等工业大气的腐蚀性。此外，还耐海洋大气和潮湿环境的腐蚀。镀铝 层为基体提供了三种防护：( 1 ) 作为阻挡层将钢基体与其周围环境隔绝，使之免 遭腐蚀。( 2 ) 铝镀层自身的表面又形成一层由氧化铝构成的致密无渗透性的保护 膜，使镀层始终处于钝化状态，免遭连续的氧化消耗，从而大大延长了铝镀层对 基体的服役寿命。( 3 ) 在海洋大气等含有氯化物的环境中，镀层因表面氧化膜受 到溶解会对钢基体产生电化学防护作用。图2 - 6 表示镀铝钢与镀锌钢在大气暴晒 的结果比较从中可以看出镀铝钢耐大气腐蚀性比镀锌钢强得多。表2 - l 、2 - 2 、2 - 3 分别列出镀铝钢与其它钢种在= 氧化硫、硫化氢及海中的耐腐蚀性，从中可以看 出镀铝钢的耐蚀性远远超过其它材料。 7 匹| 川大学工程硕士学位论文 镀 层 失 重 ( z 暴晒时闻( 年) 图2 - 6 镀铝钢与镀锌的大气暴哂结果” 表2 1镀铝钢与不锈钢在s o z 中的耐腐蚀性 钢种 温度( )时间( h )重量变化( ) 1 8 8 钢 7 2 32 4 - 1 7 0 镀铝钢( 0 8 a i )7 2 31 9 20 1 镀铝钢( 0 8 a i )9 2 74 80 3 表2 2 在h t s 中的耐腐蚀性( 5 0 h 的腐蚀率) 钢种 5 0 0 6 0 0 7 0 0 低碳钢( t 8 ) 1 9 严重腐蚀严重腐蚀 1 8 - 8 钢 6 51 8 严重腐蚀 镀铝钢( 0 8 a i )几乎无腐蚀o 0 2o 2 ( 注；腐蚀率的单位为g m 2 h ) 表2 - 3 在海水中的耐腐蚀性 钢种 试验温度( )试验时间( h ) 腐蚀率( m 2 h ) 低碳钢( t 8 ) 1 0 01 1 5 7o 1 5 镀铝钢( 0 8 a 1 ) 1 0 01 1 5 70 0 2 低碳钢( t 8 ) 8 01 1 0 00 1 5 镀铝钢( 0 8 a i ) 8 01 1 0 0 0 ，0 2 ( 二) 良好的耐热性( 耐高温氧化性) ：镀铝钢的耐高温氧化性相当于1 8 - 8 耐热 不锈钢，可在4 5 0 c 以下长期使用。特别是铝一硅合金镀层( i 类镀铝钢) 可以承受 8 四川大学工程硕士学位论文 4 8 0 。c 的高温而不发生颜色变化，当温度超过4 8 0 时，镀层进步与钢基体合 金化，增厚其难熔而又致密的铁一铝合金层。由于该层耐热性好，可使镀层承受 超过铝熔点的温度。因此在以耐热为主要用途时。一般选用i 类镀铝钢。图2 7 表示镀铝钢与低碳钢耐热性的比较情况。 p 逼 登 警 嚣 加热瞬阍( 的 图2 7 镀铝钢与低碳钢耐热性比较“” c 1 0 0 0 下的加热情况) ( - - ) 其它性能：镀铝钢具有优良的对光和热的反射能力，这与镀层表面形成 致密而有光泽的a 1 2 0 3 膜有关。在4 8 0 以下，镀铝层能反射回入射辐射能量的 8 0 ，因此它在节约能源方面将成为一种重要的材料。表2 - 4 列出了镀铝钢材与 镀锌钢材在不同温度下的热反射率比较。另外，银白色的镀铝层具有优良的外观 装饰性能。同时，由于镀铝钢材的铁- 铝合金层具有较高的硬度，其显微硬度为 h v 7 5 0 8 5 0 1 2 5 i ，这就使工件表面耐磨性较好，可延长工件的使用寿命。另外， 镀铝钢材可以进行适度的变形加工，而镀层不产生裂纹或剥落，其加工性能较好。 通过减薄其中间合金层的厚度，可以相应改善镀层的变形加工性能。 9 四川大学工程硕士学位论文 表2 4 两种镀层钢板的反射率比较 项目温度( )镀铝钢板镀锌钢板 1 0 08 08 0 热反射率( ) 4 5 08 02 0 2 2 2 镀铝钢的应用 镀铝钢材在发达国家广泛应用于交通运输、石油、化工、冶金等领域。对 于i 类镀铝钢板( 铝硅合金镀层) 其耐热性好，通常用于耐热条件要求高的环 境，其主要用途有：汽车排气系统材料如消音器与排气管，烘烤炉和烤箱，炼钢 炉隔热挡板等：而i i 类镀铝板( 纯铝镀层) 其耐蚀性好，多用于要求耐蚀条件的 环境，其主要用途有：大型建筑物的屋顶板和侧壁、通风管道、汽车底板和驾驶 室、包装用材、冷藏设备等。而镀铝钢管则主要用于石油、化工工业中的管式 炉管，热交换器管道及输送各种腐蚀性物质的管道。 2 3 热镀铝冶金层形成过程 2 3 1 铁一铝系二元状态图 在钢材热浸镀铝过程中，首先发生钢表面被液态铝饱和并形成由一系列铁- 铝化合物构成的合金层。在钢被铝饱和时，既形成化合物( 6 7 0 0 2 0 ) ，也形成 圈溶体( 9 5 0 - 1 0 0 0 ) 。由于扩散层的厚度太薄，且厚度与镀铝条件有关，并且缺 乏铁铝系中各种中间相的结晶构造及其性能的确切研究资料，因此到目前为止， 对镀铝层结构和相组成尚无一致的看法。我们研究铁一铝二元状态图对于研究钢 材热浸镀铝过程应具有指导意义。铁铝系二元状态图如图2 - 8 所示。 1 0 四川大学工程硕士学位论文 j * t t i t _ 1 t 鼋 多。 l ? 业 t f 、- 鹣 之f 窖 1 j f + l 怔l 】s 7 一 羞避 泌计 l l 竹 i 一 $ 1 0 - i 廷： c ， 锚 中 j 、 i e + k k i r 1 xt 千i 图2 - 8f e a 1 二元系状态图1 从铁铝系二元状态图可见，在一般热镀铝温度( 7 0 0 c 左右) 下，有三种稳 定的金属间化合物；f e a l 2 通常称为相，铝含量为4 9 ；f e 2 a i s 通常称为r i 相，铝含量在5 2 7 - - 5 5 4 范围，析出温度为1 1 7 3 c ；f e a l 3 通常称为。相，铝 含量在5 8 5 9 4 范围。而e 相是亚稳定结构，在镀铝温度范围内会发生反应： 3 f e a l 2 = f e 2 a 1 s + f e a i( 2 - 4 ) 而在镀铝过程中，中问化合物应为富铝相组织，所以发生化学反应： f e a i + a i = f e a l 2 ( 2 5 ) 2 f e a l 2 + a i = f e 2 a l s( 2 6 ) 使得含铝量低的相变为富铝相，因此，通过对状态图的分析，我们可以预计镀 铝合金层大致只应由。相和n 相化合物组成。 2 3 2 合金扩散层形成过程 钢材表面热浸镀铝是十分复杂的表面物理化学过程。在此过程中发生液态 铝和固态铁的相互浸润、溶解、吸附、铁铝元素之间的化学作用以及相互扩散 等物理化学过程。目前，关于钢的热镀铝层形成过程的机理尚无统一认识，但 1 l 四川大学工程硕士学位论文 多数学者认为当液态铝和固态铁接触时形成冶金结合的必要条件是首先发生液 态铝对固态铁的浸润和漫流f 2 7 j 1 ( 2 ，随后发生铁原子的溶解和铝原子的化学吸附 形成铁铝化合物过程，以及铁、铝原子的扩散过程和合金层的长大过程等。我们 尝试着综合各方面不同的甚至是自相矛盾的研究资料，来详细分析在热镀铝层的 形成过程中所发生的复杂的物理化学过程，以弄清其产生机理及组织结构。 2 3 ，3 液态铝对固态铁的润湿 液态铝在铁( 钢) 表面上漫流不同于其它金属的漫流，这是因为铝表面覆盖着 一层致密的氧化膜，这种氧化膜的熔点很高，而且很稳定。因此润湿过程不是由三 个相：气体熔融物固相组成的系统，而是含有四个相的系统：气相一氧化铝一溶 融铝铁。但因为氧化膜不均匀和存在缺陷，液态金属铝能清除基体金属表面覆 盖的氧化膜。因此，氧化膜并不总能阻碍润湿作用 和经过它的进一步扩散过程。 一般用接触角来度量液体对固体表面的润湿 程度，如图2 - 9 所示，当一液滴与固体表面接触并 达到平衡时，自气固液三相的接触点做液气界面 的切线，此切线与液- 固界面的夹角o 。当0 9 0 0 时称为 不润湿，o 越大润湿性越差。 图2 - 9 接触角与表面张力 一滴液体在固体表面上处于平衡状态时，按照耐曼方程可以写为： c o s 0 ：鱼也 ( 2 7 ) 仃液气 其中：am 固相与气相之问的界面张力 o 。一一液相与固相之间的界面张力 a 漕气一液相与气相之间的界面张力 0 一接触角 在绝对润湿时( o = 0 0 ) ，液体沿固体表面铺展成薄膜状，在这种情况下， 漫流作用力的值为： o - - - - k ( o 目一o & 日) 一。噩- ( 2 8 ) 其中：l r 粗糙度系数 ( k = 真实表面面积，理想平滑表面面积) 1 2 四川太学工程硕士学位论文 由( 2 7 ) 、( 2 - 8 ) 可以看出，改变相问能量o 、粗糙度系数k ，可以控制润湿 和漫流。 前苏联的学者b p 里亚博夫等曾对液态铝对固态铁的浸润作用做过详细 的研究，他们的研究结果表明l ”l ：铁铝系具有良好的浸润性，其边界角小于 9 0 。( o 9 0 。) ，铝液在铁表面上漫流速度很高，铝对铁有很强的粘附作用。 图2 1 0 、图2 1 1 分别列出了不同温度下浸润的边界角和铁表面上铝液滴直径和 浸润时间的关系。从图中可以看出，随着温度的提高和时间的延长，润湿角不 断减小，最终趋于定值，而铝液直径却是不断增大的。 图2 1 0 不同温度下浸润角和时问的关系 ( 1 7 0 0 c2 7 5 6 c3 8 0 0 4 9 0 0 ) 图2 11不同温度下铝液滴直径和时间的关系 ( 1 7 0 0 2 7 5 0 3 8 0 0 4 9 0 0 铝液滴在铁表面呈圆点状漫流，接触时间提高到1 0 - 3 0 秒时( 取决于试验 温度) ，在液滴周围出现薄膜状光晕；而把接触时间提高到0 5 3 分钟时，漫流 停止，液滴失去球形形而呈圆柱形。这是因为在铝液漫流的同时，铝向铁基中 扩散，从而形成铁铝合金中间层，同时由于铁不断的溶解，并在铝液中富集， 使铝液的性能不断的改变，从而导致漫流停止，液滴的形状也发生改变。液滴 的大小取决于抛物线关系： d 2 _ - k t ( 2 9 ) 其中：k 一比例系数，表示等温条件下铝在铁上的漫流速度。 卜浸润时间，s 另外j i m p i t 5khh 等还研究了铝液在各种铁铝合金上漫流过程，结 果表明在两者开始接触的瞬间，铝对任何一种化合物均不浸润，其边界角大于 9 0 。由此可见，当铝液与铁接触时，生成的合金层( 由r i 相及少量。相组成) 会阻碍铝对铁的浸润和漫流图2 1 2 列出了铝对各种金属间化合物的浸润角和 时间的关系，由图中可以看出铝对铁铝化合物的浸润角按f e a l 3 、f e z a l 5 、f e 3 a 1 1 3 四川大学工程硕士学位论文 次序而减少，同时也随着温度的升高而减小。 前面通过分析铁铝二元状态图我们可知，在镀铝温度范围内，只可能存在 。相和i l 相组织，因此当铝液对这些相进行漫流时不会形成任何新相。所以在 铝液与铁接触时温度和时间的变化不会影响铁铝金属间化合物层的相组成。而 由0 相、t l 相组成的合金层硬度大、韧性低，要提高铝镀层与铁基体的结合强 度，必须使金属间化合物层具有较小的厚度，因此应尽量缩短铝液与铁的接触时 间，或添加适当的合金元素。 图2 - 1 2 铝对f e - a 1 化合物的浸润角和时间的关系” 1 f e a i 。( 8 0 0 ) 2 f e a i3 ( 9 0 0 ) 3 f e z is ( 8 0 0 ) 4 f e 2 i3 ( 9 0 0 ) 5 f e 3 a 1 ( 8 0 0 )6 f e 3 f ( 9 0 0 ) 苏联学者b h 茁pe mehko 的研究表明1 3 0 j ：在固相或液相中添加能降 低熔融物表面张力的合金元素能改善漫流性，从