热镀Zn-0.2%Al镀层中Fe-Al抑制层失稳机理及其热力学评估

摘要: 在450 ℃镀锌条件下，锌浴中加入质量分数为0.2%的Al，采用扫描电镜（SEM）观察镀层的结构特征，利用能谱仪（EDS）定量分析相的微区成分以及利用其线扫描和面扫描定性分析镀层截面元素变化情况。借助Miedema模型和Toop模型，计算了镀层中各二元Fe-Al、Fe-Zn和三元Fe2Al5Znx（η）金属间化合物（IMC）的热力学值，分析了随镀锌时间的延长，出现Fe2Al5抑制层失稳破坏而产生Fe-Zn反应的根本原因。结果表明，因为Fe-Al IMC比Fe-Zn IMC具有更稳定的热力学性质，钢基体与锌浴界面优先产生连续的Fe2Al5金属间化合物抑制层，抑制Fe-Zn反应，但随镀锌时间的延长，Fe2Al5的失稳破坏丧失对Fe-Zn反应的抑制作用，生成FeZn10（δ）相。 Fe2Al5抑制层的失稳机制有两种：一种是Fe2Al5/锌浴界面处Al的局部贫化导致Zn对Fe2Al5的侵蚀，形成Fe2Al5Znx，造成系统热力学稳定性降低，从而导致Fe2Al5被Zn侵蚀分解，同时在Fe2Al5∕锌浴界面产生FeZn10（δ）相；另一种是Zn通过Fe2Al5晶界向钢基体扩散，直接在Fe2Al5∕钢基体界面产生δ相，并引起Fe2Al5的迸发失稳。