粉末渗锌工艺的数值模拟及含铜渗锌剂的研究

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1、学校代码10530学号201510131336分类号TG17密级公开硕士学位论文粉末渗锌工艺的数值模拟及含铜渗锌剂的研究学位申请人高海云指导教师李小波教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料工程研究方向材料学二零一八年五月NumericalSimulationofSherardizingProcessandEffectofCopperAdditioninSherardizingAgentCandidateHaiyunGaoSupervisorProf.XiaoboLiCollegeSchoolofMaterialsS

2、cienceandEngineeringProgramMaterialEngineeringSpecializationMaterialsScienceDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay2018摘要摘要粉末渗锌是将渗锌剂与钢铁制件置于密封容器中，加热到400℃左右并保温一段时间，在钢铁制件表层形成合金保护层的过程。该技术以渗层均匀、节省材料、无环境污染、结合强度高等优点在防腐方面有着广泛的应用前景。但粉末渗锌工艺时间长、生产效率低，且

3、主要针对大气环境下的防腐，对海洋环境防腐效果有限，制约了其发展。针对这些问题，本文采用有限差分法，模拟渗锌中锌的扩散过程，探讨温度和时间对渗层的影响规律，以缩短生产工艺的研发周期，降低成本；采用固体粉末包埋法，研究含铜渗锌剂，以提高渗锌层耐海水腐蚀的能力。研究了粉末渗锌的扩散过程，建立了基于锌扩散的数值模型，采用有限差分法，模拟渗锌层各相的锌含量及厚度随时间和温度变化的规律。实验制备了在360、375、390℃下分别保温2、6、8、10小时的渗锌样品，利用扫描电镜-能谱仪以及SmileView软件测定样品中各相厚度和锌

4、含量。结果表明，有限差分法模拟结果与实验结果吻合较好，渗锌层各相的生长规律模拟结果比渗锌层的锌浓度场模拟结果更为准确。基于此模型能有效预测渗锌的扩散过程，可在一定程度上指导渗锌工艺。通过正交试验设计，研究含铜渗锌剂不同组份配比(锌、铜、稀土硝酸镧、氯化铵)的粉末渗锌实验。电化学测试和盐雾腐蚀实验表明，在锌、铜、稀土硝酸镧、氯化铵四个因素中，影响渗层腐蚀性能最主要的因素是铜含量，依次为铜、氯化铵、锌粉、稀土含量。在正交试验优化的基础上，单独研究铜含量对粉末渗锌组织和性能的影响。结果表明：铜元素的加入，形成了微量的铜锌相，

5、改变了渗锌层的物相结构；改善了渗层的宏观形貌，减少了缺陷；在渗锌剂中适量的添加铜元素，提高了渗层的耐蚀性，含铜渗锌剂所得渗锌样品在盐雾试验中的腐蚀产物为Zn5(OH)8Cl2H2O，还有少量的Zn(OH)2、ZnO和FeOCl。关键词：粉末渗锌；模拟；含铜渗锌剂；有限差分法IAbstractAbstractSherardizingisaprocesswhichinvolvesheatingthesteelpartsupto400celsiusinaclosedrotatingdrumandkeepacertainper

6、iodoftime,zincevaporatesanddiffusesintothesteelsubstrateandformingalloyprotectivecoating.Ithasawideapplicationprospectintheantisepsiswiththeadvantageofuniformlayer,highhardness,materialsaving,environmentfriendlyandhighbondingstrengthwiththesubstrate.However,thel

7、ongprocessandlowproductionefficiency,andlayerismainlyaimedatthecorrosionintheatmosphericenvironment,andthelimitedeffectinmarinecorrosion,whichrestrictsitsdevelopment.Tosolvetheseproblems,simulatedthezincdiffusionduringsherardizing,discussedtheinfluenceoftemperat

8、ureandtimeonzinclayerforshortentheproductcycleandreducedcosts.Thelowcarbonsteelwascarriedoutpackcementationprocessindifferentproportionofzincandcoppertoimprovetheabil