» » Структура цинковых покрытий и кинетика изменения фаз после диффузионного отжига в индукторе
12.12.2014

Диффузионный отжигоцинкованных в расплаве образцов производили в высокочастотном электромагнитном поле при температурах 450, 500, 550, 600 и 650° С, выдержка составляла от 1 до 10 мин. Для исследования использовали оцинкованные образцы-патрубки размером 22X2,5X60 мм и 26X3X60 мм. Продолжительность нагрева образцов до заданной температуры отжига составляла 45—70 сек, Охлаждали образцы на воздухе.
Микроструктуру слоя цинкового покрытия после диффузионного отжига исследовали на внутренней и на наружной поверхности патрубков.
Структура покрытия, полученного в расплаве с 0,04% Al

Из рис. 85 видно, что уже в случае отжига при 450 и 500° С структура заметно изменяется. При выдержках в течение 3—4 мин слой чистого цинка (η-фаза) уже не наблюдается, а на самой поверхности обнаруживаются кристаллы ζ-фазы, имеющие отчетливо выраженное столбчатое строение. С увеличением выдержки до 8—10 мин при 500° С (рис. 85,6) слой δ1-фазы заметно вырастает, однако в верхних слоях покрытия, особенно на внутренней поверхности патрубка, еще все же остаются столбчатые ζ-кристаллы (фаза ζ отличается повышенной хрупкостью и в процессе изготовления микрошлифов частично выкрашивается).
Структура цинковых покрытий и кинетика изменения фаз после диффузионного отжига в индукторе
Структура цинковых покрытий и кинетика изменения фаз после диффузионного отжига в индукторе

В случае отжига при 550° С покрытие не состоит уже из ряда последовательно расположенных структурных составляющих, а представляет собой в основном δ1-фазу, которая устойчива при этой температуре (рис. 86). При выдержке в течение 1—4 мин δ1-фаза на наружной поверхности патрубка имеет столбчатое строение. С увеличением выдержки до 6 —10 мин структура этой фазы не выявляется, и она имеет вид однородного сплошного слоя белого цвета. Поверхностный слой покрытия при этом состоит из окислов цинка и кристаллов δ1-фазы. Этот слой очень хрупкий и легко выкрашивается. На внутренней поверхности патрубка при выдержке в течение 1—6 мин покрытие представляет собой тонкий слой δ1-фазы, переходящий в слой мелкозернистой эвтектики (FeZn7+Zn); при 8- и 10-мин выдержке покрытие состоит из столбчатой δ1-фазы, примыкающей к тонкому слою Г-фазы.
Структура цинковых покрытий и кинетика изменения фаз после диффузионного отжига в индукторе
Структура цинковых покрытий и кинетика изменения фаз после диффузионного отжига в индукторе

На рис. 87 показана микроструктура такого слоя δ1-фазы с отпечатками измерения микротвердости. Отчетливо видно столбчатое строение этой фазы с большим количеством микротрещин.
С увеличением температуры отжига до 600, 650° С слой δ1-фазы при травлении уже не обнаруживает столбчатого строения ни на наружной, ни на внутренней поверхности патрубка. Хрупкость покрытия значительно возрастает. Заметно увеличивается слой Г-фазы и при 650° С и выдержке 10 мин его толщина достигает 7—8 мкм.
Структура цинковых покрытий и кинетика изменения фаз после диффузионного отжига в индукторе

Структура покрытия, полученного в расплаве с 0,12% Al

Резкое изменение при диффузионном отжиге в индукторе претерпевает также структура покрытия, полученного в расплаве с добавкой 0,12% Al. На рис. 88 показана микроструктура такого покрытия на внутренней поверхности патрубка после отжига в индукторе при 550° С в течение 3, 5 и 10 мин. Уже в результате отжига в течение 3 мин исчезает слой чистого цинка, который при этом способе цинкования («сухой» способ) составляет большую часть покрытия. Покрытие (рис.. 88, а) состоит из слоя δ1-фазы толщиной 20—25 мкм, переходящего в слой мелкозернистой эвтектики (FeZn7+Zn). G увеличением выдержки до 5 мин слой δ1-фазы вырастает до 40—45 мкм (рис. 88,б) и при выдержке в течение 10 мин все покрытие представляет собой однородный сплошной слой δ1-фазы (рис. 88, в). Этим оно отличается от покрытия, полученного в результате отжига при 500° С, 10 мин, где в верхних слоях обнаруживаются отдельные ζ- и δ1-кристаллы. Слой Г-фазы вырастает незначительно. Аналогичная структура покрытия наблюдается и на наружной поверхности патрубка.
Структура цинковых покрытий и кинетика изменения фаз после диффузионного отжига в индукторе

Кинетика изменения структурных составляющих цинкового покрытия, полученного в расплаве с добавкой 0,12% Al, при диффузионном отжиге в индукторе характеризуется кривыми, представленными на рис. 89.
Из рисунка видно, что с повышением температуры отжига до 550° С интенсивно растет слой δ1-фазы и одновременно подавляется рост ζ-фазы. Слой Г-фазы остается почти неизменным до 500° С и лишь с повышением температуры отжига до 550—650° С его толщина несколько увеличивается.
Структура цинковых покрытий и кинетика изменения фаз после диффузионного отжига в индукторе

Таким образом, анализируя структуру цинковых покрытий, полученных в расплаве и прошедших диффузионный отжиг в индукторе, можно сказать, что только при отжиге патрубков, оцинкованных в расплаве с добавкой 0,12% Al, можно получить на внутренней и наружной поверхности их однородный сплошной слой покрытия, состоящий в основном из δ1-фазы. В случае отжига патрубков, оцинкованных в расплаве без добавки алюминия или с добавкой 0,04% Al, на внутренней и наружной поверхности их образуется диффузионное покрытие, структура которого по толщине слоя неоднородна. В верхних слоях покрытия обнаруживается большое количество отдельно расположенных δ1-кристаллов.