【摘 要】
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热浸镀锌是钢铁材料防腐领域的一种经济且有效的防腐手段,广泛应用于现代工业生产建设的各个领域。然而,纯锌镀层面临着镀层过厚、易脱落、表面粗糙和抗腐蚀性能不足等问题。研究表明,在锌浴池中加入适量金属元素,如镍（Ni）、钛（Ti）等,能有效优化镀层组织结构并提升抗腐蚀性能。在镀层的浸镀过程中及服役期间,添加元素的扩散行为与扩散层中形成的金属间化合物会影响镀层微观组织结构和性能。因此,开展Ni-Zn与Ti
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热浸镀锌是钢铁材料防腐领域的一种经济且有效的防腐手段,广泛应用于现代工业生产建设的各个领域。然而,纯锌镀层面临着镀层过厚、易脱落、表面粗糙和抗腐蚀性能不足等问题。研究表明,在锌浴池中加入适量金属元素,如镍（Ni）、钛（Ti）等,能有效优化镀层组织结构并提升抗腐蚀性能。在镀层的浸镀过程中及服役期间,添加元素的扩散行为与扩散层中形成的金属间化合物会影响镀层微观组织结构和性能。因此,开展Ni-Zn与Ti-Zn体系的扩散行为及金属间化合物的性能研究对深入了解防腐层在浸镀和服役过程中的组织演化具有重要意义。本文利用扩散偶技术结合真空扩散退火获得了Ni-Zn与Ti-Zn扩散层,利用相关表征手段对元素的互扩散行为以及相关化合物的力学性能进行测试研究,主要结果如下:将Ni-Zn二元固相扩散偶与Ni-γ(Ni2Zn11)增量扩散偶在温度598-673 K范围内进行不同时间退火处理。利用电子探针微区分析（Electron Probe Micro-Analysis,EPMA）法确定了扩散区域内组元的浓度分布,在扩散区域观察到β1（Ni Zn）、γ(Ni2Zn11)和δ(Ni3Zn22)三种金属间化合物。γ与δ相的厚度的平方随着退火时间的增加呈线性增加,说明扩散区域的生长过程以体扩散为主。根据相的厚度、退火温度和退火时间,计算了γ相与δ相的生长常数、互扩散系数、生长激活能和扩散激活能等参数,结果表明:扩散区域各相形核的难易程度从小到大顺序为γ<δ<β1。利用纳米压痕技术对形成的金属间化合物的力学性能进行了测定,结果表明:随着Zn浓度的增加,金属间化合物的杨氏模量和硬度先升高后降低,其中γ的杨氏模量最高（183.3GPa）,硬度也最高（6.05 GPa）。同时也通过第一性原理计算的方法对上述各相的力学性能进行了计算。计算得到的杨氏模量随Zn成分变化的趋势及数值与实验结果一致。将制备的Ti-Zn二元扩散偶在温度为573-648 K温度下进行不同时间的退火处理,在扩散区可观察到4种金属间化合物(即Ti Zn3、Ti Zn5、Ti3Zn22和Ti Zn16)。利用电子背散射衍射仪（Electron Backscatter Diffraction,EBSD）测定了四种化合物的晶体结构,结果与文献报道结果一致。扩散区域内各化合物厚度的平方均随退火时间线性增加,表明化合物的生长主要受到体扩散机制控制。计算得到了四种化合物的生长常数,互扩散系数、生长激活能和扩散激活能等参数,结果表明:Ti Zn3是最容易形核和生长的一种相。通过纳米压痕测得的载荷-位移曲线计算了四种金属间化合物的杨氏模量与硬度,研究结果表明:随着Zn浓度的增加,四种金属间化合物的杨氏模量增加,硬度则先增加后减少。Ti Zn16的杨氏模量最高（145.36 GPa）,而Ti Zn5的硬度最高（5.86 GPa）。
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