» » Распределение концентрации железа по глубине слоя циркового покрытия
12.12.2014

При изучении образования диффузионных железоцинковых слоев особое внимание уделялось распределению в них железа в процессе отжига. Для исследования этого распределения использовали метод микрорентгеноспектрального анализа. Этот метод имеет то преимущество, что практически исключается разрушение образца и достигается высокая точность при определении концентрации элементов практически в любой точке или на заданном направлении объекта.
Исследование проводили на установке MAP-1, на которой устанавливали локальный химический состав сплавов по возбуждаемому характеристическому спектру. Размеры анализируемых областей: диаметр 4—5 мкм, глубина — до 0,5 мкм.
Распределение концентрации железа по глубине покрытий, образующихся в процессе диффузионного отжига, изучали на образцах размером 15x3x5 мм. Образец в виде металлографического нетравленного микрошлифа устанавливали в камере образцов. На выбранный под микроскопом участок микрошлифа направляли сфокусированный пучок электронов (электронный зонд). Под влиянием электронной бомбардировки облучаемый образец давал характеристическое рентгеновское излучение. Определяя длину волны характеристических линий и их интенсивность, устанавливали состав анализируемого микрообъема.
Содержание железа определяли по К α1-излучению, которое диспергировалось от изогнутого кварцевого кристалла-анализатора (1010) под углом 32°4'0'' и 24° и фокусировалось в вакуумном спектрометре с помощью проточного пропорционального счетчика. Ускоряющее напряжение составляло 35 кв.
Распределение концентрации железа по глубине слоя циркового покрытия

Содержание железа определяли от поверхности в глубь покрытия. Концентрация его фиксировалась на диаграммной ленте потенциометра ЭПП-09. Сопоставляя место, пройденное электронным зондом (темный след на образце), и полученную диаграмму, можно оценить распределение железа на анализируемом участке (рис. 91 и 92). Поскольку пучок электронов фокусировался на микрошлифе в виде пятна диаметром 4—5 мкм, минимальная глубина, на которой можно было определить содержание железа, составляла 2—2,5 мкм, т. е. была не меньше радиуса электронного зонда.
Распределение концентрации железа по глубине слоя циркового покрытия

На рис. 93 и 94 приведены диаграммы, характеризующие распределение железа по глубине диффузионных слоев, полученных после цинкования в расплаве и отжига в электрической печи. Если до отжига в поверхностных слоях (η-фаза) было всего лишь 0,002—0,003% (по массе) Fe, то в результате диффузионного отжига количество железа в этих слоях резко увеличилось и составило от 6,5 до 14%. При этом по глубине слоя оно распределено равномерно.
Распределение концентрации железа по глубине слоя циркового покрытия

При диффузионном отжиге в индукторе цинковых покрытий, полученных в расплаве с 0,12% Al, также резко увеличивается содержание железа в поверхностных слоях (рис. 95). В случае отжига при 550°С и выдержке 3 мин в этих слоях покрытия на внутренней поверхности патрубка уже содержится 6—6,2% Fe. Однако полного превращения цинкового покрытия толщиной 120 мкм в однородный слой δ1-фазы с содержанием железа 7—12% при этом режиме отжига не происходит. Однородный сплошной слой 61-фазы с содержанием железа 10—12% на внутренней поверхности патрубка образуется при увеличении выдержки до 10 мин.
Распределение концентрации железа по глубине слоя циркового покрытия

На наружной поверхности патрубков цинковое покрытие толщиной 60 мкм в случае отжига при 550° С с выдержкой 3 мин содержит в верхних слоях 10—11% Fe. Это связано с тем, что в верхние слои атомы железа за это время успевают продиффундировать в достаточном количестве.
Диаграммы распределения железа по глубине диффузионных цинковых слоев, полученных электролитическим способом и прошедших диффузионный отжиг, приведены на рис. 91 и 96. Как видно из рисунков, в случае отжига при 550° С в течение 10 мин в поверхностных слоях электролитического цинкового покрытия толщиной 50 60 мкм содержание железа достигает 10—12%, т. е. отвечает δ1-фазе системы железо—цинк; при этом распределение железа равномерно по всему слою.
При температуре отжига 600° С содержание железа в слое покрытия возрастает до 13—15%.
Распределение концентрации железа по глубине слоя циркового покрытия

Исходя из характера распределения железа в покрытии, оптимальным режимом, обеспечивающим получение цинкового слоя однородной структуры, не содержащего хрупких промежуточных интерметаллических фаз, следует считать диффузионный отжиг при 550° С в течение 10 мин.