铁基多元合金耐熔锌腐蚀机理的研究及应用

论文题目: 铁基多元合金耐熔锌腐蚀机理的研究及应用

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料学

作者: 王宁

导师: 曹晓明

关键词: 热镀锌,耐熔锌腐蚀材料,铁基合金,三元合金,合金多元化,内加热

文献来源: 河北工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 熔融锌液对金属材料的腐蚀一直是热镀锌行业中最难解决的问题,因而,目前热镀锌工业中普遍采用陶瓷锌锅,以减少液态锌对锌锅的腐蚀。但是由于陶瓷材料导热性差,无法像铁锅那样采用外加热,故陶瓷锌锅多采用内加热方式。目前内加热器的外套管还没有找到理想的材料,既具有优异的耐熔锌腐蚀性能,又具有良好的高温力学性能,因而内加热技术的应用和推广受到了很大的限制。本文从铁基金属材料出发,对耐熔锌腐蚀合金的制备进行了研究。本文通过对Fe-Al-B合金的研究,发现其中的B和Al元素对材料的耐腐蚀性能和高温力学性能都有很大的影响,通过对合金成份的优化,确定了合金中B和Al元素的含量。Fe-Al-B三元合金具有较好的耐熔锌腐蚀性能,Fe-B共晶组织的存在,增加了锌原子在合金中的扩散路径,降低了锌液对合金的腐蚀速度。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜对合金中锌液中的腐蚀界面进行了观察和分析,发现合金在液态锌中的腐蚀为晶间腐蚀,锌原子在合金中的扩散以晶界扩散为主,锌液主要与合金中的α相发生反应生成Fe-Zn金属间化合物,其熔点较低,很容易向高温的液态锌中溶解,致使网格状的铁硼共晶组织在锌液的冲刷下折断,并向锌液中漂移。文中对锌铁反应的热力学和动力学过程进行了分析,结果表明,锌液对铁基合金的腐蚀是一个自发的过程,腐蚀速度受多种因素的影响。降低合金的自由能是提高合金耐腐蚀性能的关键因素。向Fe-Al-B三元合金中加入C、Ti或V元素后,合金的组织得到了细化,并且在合金内生成了大量的弥散分布的TiC或VC颗粒,提高了合金的抗弯强度和高温力学性能。继续向合金中加入Mo、W元素后,在合金中生成了耐熔锌腐蚀性能很好的高钼高钨相（MoW）2FeB2,该相分布于合金的晶界处,对锌原子在合金中的扩散起到了阻碍作用,从而减缓了锌液对合金的腐蚀速度。对该铁基多元合金制成的内加热器在热镀锌车间进行工业化试验,试验结果表明,加热器可以在锌液中稳定工作长达半年之久,该合金材料具有耐熔锌腐蚀性能及良好的高温力学性能,完全能够满足热镀锌工业中的应用。

论文目录:

第一章绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 腐蚀的危害与金属防腐涂层

1．1．2 热镀锌工业现状

1．1．3 问题的提出及意义

1．2 液态金属腐蚀研究现状

1．2．1 液态金属腐蚀的研究

1．2．1．1 固态金属在液态金属中的溶解的微观机制

1．2．1．2 固态金属在液态金属中的腐蚀的宏观动力学

1．2．1．3 液态金属腐蚀的影响因素

1．2．2 液态锌对金属腐蚀机制的研究

1．2．2．1 与锌互溶材料的腐蚀机制

1．2．2．2 与锌不互溶材料的腐蚀机制

1．2．3 提高金属材料在液态金属中的耐蚀性的方法

1．3 耐熔锌腐蚀材料研究现状

1．3．1 金属表面处理的材料

1．3．1．1 热喷涂涂层

1．3．1．2 表面化学热处理

1．3．1．3 表面涂覆

1．3．1．4 铸渗法

1．3．2 整体耐熔锌腐蚀材料

1．3．2．1 无机非金属材料

1．3．2．2 金属材料

1．4 本课题前期研究现状及存在的问题

1．5 本论文的研究目标及内容

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

第二章实验方法与设备

2．1 实验步骤

2．2 试验样品的制备

2．2．1 原料配比

2．2．2 试样的制备方法

2．3 液态锌腐蚀试验

2．3．1 腐蚀试验

2．3．2 腐蚀速度的计算方法

2．3．2．1 失重法

2．3．2．2 深度法

2．3．2．3 两种表示方法的互换

2．4 材料的微观分析

2．4．I X射线衍射分析

2．4．2 扫描电子显微镜和能谱分析

2．4．3 透射电子显微镜分析

2．5 材料的性能测试

2．5．1 抗弯强度的测定

2．5．2 抗热冲击性能的测试

第三章耐熔锌腐蚀铁基合金的制备

3．1 合金材料的选择与制备

3．1．1 高铝高硼合金材料存在的问题

3．1．2 耐熔锌腐蚀材料的选择

3．1．3 Fe-Al-B系列三元合金耐熔锌腐蚀性能的研究

3．2 硼和铝元素对材料性能的影响

3．2．1 硼对Fe-Al-B合金性能的影响

3．2．2 铝对Fe-Al-B合金性能的影响

3．2．3 合金中铝、硼含量的确定

3．3 Fe-Al-B三元合金的显微组织

3．3．1 几种Fe-Al-B合金的显微组织观察

3．3．2 Fe-Al-B合金的 XRD分析

3．3．3 Fe-Al-B合金组织形成机理

3．4 小结

第四章液态锌对Fe-Al-B合金的腐蚀

4．1 液态锌对Fe-Al-B合金的腐蚀过程

4．1．1 腐蚀过程的宏观分析

4．1．2 腐蚀界面观察

4．1．3 腐蚀过程的微观分析

4．1．4 液态锌对Fe-Al-B合金的腐蚀过程

4．2 锌原子的吸附与扩散

4．2．1 锌原子在合金表面的吸附

4．2．1．1 吸附类型

4．2．1．2 吸附的电子态理论

4．2．2 锌原子向合金基体中的扩散

4．2．2．1 锌原子在合金基体的表面扩散

4．2．2．2 锌原子的晶界扩散

4．3 液态锌与合金的反应热力学

4．3．1 相变热力学

4．3．2 腐蚀倾向的热力学判据

4．3．3 合金腐蚀过程中存在的反应

4．3．4 铁锌反应的热力学估算

4．3．4．1 反应烩变的计算

4．3．4．2 反应嫡变的计算

4．3．4．3 反应的自由能变化的计算

4．4 液态锌对合金的腐蚀过程动力学

4．4．1 Fe-Al-B合金腐蚀过程动力学

4．4．2 Zn原子在反应界面的扩散速率及影响因素

4．4．2．1 原子在反应界面的扩散速率

4．4．2．2 扩散速率的影响因素

4．4．3 Fe、Zn反应速度及影响因素

4．4．3．1 反应速度

4．4．3．2 反应速度的影响因素

4．5 液态锌对Fe-Al-B合金的腐蚀模型

4．5．1 腐蚀模型及机理

4．5．2 提高耐蚀性的途径

4．6 小结

第五章 Fe-Al-B合金耐熔锌腐蚀性能的提高

5．1 C、Ti、V在合金中的作用

5．1．1 C、Ti、V对合金组织的影响

5．1．2 C、Ti、V对合金耐蚀的影响

5．1．3 C、Ti、V对合金抗弯强度的影响

5．2 Mo、W在合金中的作用

5．2．1 Mo、W 对合金组织的影响

5．2．2 Mo、W对合金耐蚀性的影响

5．3 Fe基多元合金在锌液中的耐蚀机理

5．3．1 Fe基多元合金的微观结构

5．3．2 Fe基多元合金在锌液中的腐蚀

5．3．3 Fe基多元合金的耐蚀机理

5 ．4 小结

第六章耐熔锌腐蚀合金的工业应用试验

6 ．1 内加热器的工作环境及性能要求

6．1．1 外套管的服役环境

6．1．2 外套管的性能要求

6．2 耐熔锌腐蚀内加热器外套的工业应用

6．2．1 内加热器的工业应用试验

6．2．2 工业应用试验结果

6．2．3 外套管材料的显微组织观察

6．3 小结

第七章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文

发布时间: 2005-07-14

参考文献

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