» » Строение цинкового покрытия, полученного в расплаве
10.02.2017

Диффузионное цинковое покрытие, полученное в расплаве цинка, состоит из нескольких железоцинковых фаз, расположенных непосредственно на основном металле, и слоя цинка. Слои цинка, который по составу в основном соответствует расплаву, возникает при извлечении изделия из ванны цинкования.
Вероятность образования тех или иных слоев железоцинковых соединений в покрытии во многом зависит от режима цинкования, состава и структуры цинкуемого металла, а также от состава расплава цинка.
Толщина покрытия для сталей подобного химического состава при одинаковом состоянии их поверхности зависит от продолжительности цинкования, температуры расплава цинка и его состава, а также от скорости извлечения цинкуемого изделия при условии одинакового способа извлечения.
Если расплав цинка не содержит добавок, подавляющих рост железоцинковых соединений, то их толщина зависит от продолжительности цинкования и температуры расплава и не зависит от скорости извлечения. Толщина слоя цинка обусловлена скоростью извлечения изделия из расплава, температурой расплава и не зависит от продолжительности цинкования.
Рассмотрим структуру цинкового покрытия (рис. 6), полученного жидкофазным способом. На рис. 7 показана схема расположения фаз цинкового покрытия и изменение микротвердости по этим фазам. Из рис. 6 видно, что покрытие состоит из нескольких слоев (фаз), последовательность расположения которых находится в точном соответствии с диаграммой состояния системы Fe—Zn по линии температуры цинкования. Ранее сообщалось, что при взаимодействии расплавленного цинка со сталью в процессе цинкования происходит изменение химического состава H структуры ее поверхностного слоя. В поверхностной зоне основного металла образуется α-фаза (твердый раствор цинка в α-железе). Растворимость цинка в α-фазе при 250°C составляет 4,5%. Зона, состоящая из α-фазы, является переходной от основного металла к слою покрытия. При травлении цинкового покрытия 3 %-ным спиртовым раствором НМО3 она выявляется в виде светлой однородной зоны. Микротвердость (Hμ) α-фазы составляет около 1500 МПа.
Строение цинкового покрытия, полученного в расплаве

Непосредственно на поверхности стали находится Г-фаза в виде очень узкой (толщиной 1—3 мкм) темной полосы. Она содержит от 28 до 21 % (по массе) железа и является поставщиком железа для процесса диффузии. Фаза Г имеет о. ц. к. решетку. Г-фаза представляет собой интерметаллид, стехиометрический состав которого соответствует соединению Fe3Zn10 или Fe5Zn21. Плотность Г-фазы составляет 7,36 г/см3, микротвердость Hμ = 5047/5390 МПа.
В системе Fe—Zn фаза Г наиболее твердая и, вероятно, наиболее хрупкая. В работе сообщается, что в покрытии, полученном при 497—520°C присутствует Г1-слой, который обозначают формулой Fe5Zn21. Фаза Г1 имеет г. ц. к. решетку.
Следует отметить, что Г- и Г1-фазы часто трудно обнаружить.
После зоны Г-фазы в цинковом покрытии следует слой δ1-фазы с содержанием железа от 11,5 до 7% (по массе). При травлении обнаруживаются две зоны фазы δ1: примыкающая к Г-фазе компактная зона (δ1к), без выявленной структуры, и зона, состоящая из кристаллов с явно выраженной столбчатой (волокнистой) структурой — так называемая зона палисадов (δ1п). Фаза δ1 имеет гексагональную решетку. Считают, что стехиометрический состав δ1-фазы отвечает формуле FeZn; (10,87% Fe по массе) или FeZn10 (7,86 % Fe по массе). Плотность δ1-фазы 7,24—7,25 г/см3, микротвердость Нμ=4449/4615 МПа. В работе приведены данные по микротвердости отдельных зон δ1-фазы: Hμ для δ1к составляет 2874—3218 МПа, для δ1n 2521—3002 МПа.
Следующая за δ1-фазой ζ-фаза обычно имеет ярко выраженную столбчатую структуру. Стехиометрическим состав отвечает FeZn13. Фаза кристаллизуясь, имеет моноклинную решетку. Содержание железа в ζ-фазе составляет 6,2—6 % (по массе). Плотность ее 7,18 г/см3, микротвердость Hμ примерно 2649 МПа. Несмотря на сравнительно низкую твердость ζ-фаза очень хрупкая, что, по-видимому, объясняется ее строением. Иногда ζ-фаза бывает очень дисперсной, ее кристаллы принимают форму расходящихся ветвей и внедряются в вышележащий слой η-фазы.
Строение цинкового покрытия, полученного в расплаве

Верхний слой покрытия (η-фаза) представляет собой твердый раствор железа в цинке. Максимальная растворимость железа в цинке равна 0,008 % (по массе), но с повышением температуры до 400°C она возрастает до 0,028 % (по массе). Фаза η достаточно пластична, Нμ=363 МПа.
По существу верхний слой покрытия состоит из слоя цинка, который образуется при извлечении цинкуемого изделия из расплава. В основном его состав соответствует составу расплава цинка, однако иногда в верхнем слое может быть обнаружено повышенное содержание железа, например, когда в η-фазу внедряются ζ-кристаллы. В этом случае пластичность слоя η-фазы, да и всего покрытия в целом, снижается.
Обзор данных о свойствах железоцинковых интерметаллических слоев, полученных различными исследователями, приведен в работе.
Жидкофазный способ цинкования является самым распространенным в промышленности. Достоинство этого способа — быстрота получения на изделиях цинкового покрытия, относительная простота применяемого при этом оборудования, возможность широкой механизации и автоматизации технологического процесса, что в свою очередь позволяет создавать поточное производство большой мощности. Этим способом цинкуют различные металлические изделия: полосы, листы, трубы, проволоку, профильный прокат, сетку, болты, гайки, различные емкости.