·786· 北京科技大学学报 第34卷 2.3验证实验结果与分析 发式生长，（相与η相交界面连绵起伏，（相晶粒粗 在电脉冲参数组合为电容200μF、电压700V、 大，合金层的组织存在疏松且不连续：电脉冲处理后 频率2Hz和时间30s的条件下，采用同样的热浸镀 合金层的生长受到抑制，生长比较稳定，（相晶粒度 实验方法进行实验，以此来验证电脉冲的处理效果. 变得细小且均匀，连绵式生长消失，组织连续致密， 图4为浸镀60s的镀层组织形貌.由图4可以看 厚度减薄. 出：未经电脉冲处理镀层组织在60s时间内己呈爆 按照前述的厚度测量方法得到不同浸镀时间时 n层 b m层 层 8层 8层 基体 ×1,g80 基休1556sE1 20kU x1,8e8 18m 1755SE1 图4浸镀时间为60s镀层组织形貌.(a)未处理：(b)电脉冲处理 Fig.4 Microstructure of the galvanizing coating in an immersion time of 60s:(a)untreated:(b)treated by electrical pulse 镀层合金层厚度，同样的实验重复做三次，取平均 长方式由界面反应和扩散联合控制变为仅受扩散控 值，进行曲线拟合，结果如图5所示.表5为电脉冲 制.根本原因在于：在未脉冲处理条件下，形核功和 作用前后热浸镀锌层的生长动力学参数.如表5中 扩散激活能较高，形核和扩散比较困难，形核率低， 所示：对于未脉冲处理合金层生长速率时间指数为 组织比较粗大，如图4(a)所示，原子排列紊乱，空位 0.717,说明合金层的生长是受到扩散和界面反应联 浓度大，大量锌原子以体扩散和晶界扩散方式到达 合控制的，只是两者权重略有差别；电脉冲处理后合 钢基体中，合金层的生长速度加快，生长方式由界面 金层的生长速率指数n为0.428，合金相生长仅受 反应和扩散联合控制)：当锌液中施加脉冲电场 扩散控制，电脉冲处理抑制了铁锌之间扩散 时，微观锌原子的运动状态发生改变，原子和原子团 160- 处于高能态的稳定状态，进而降低了锌原子及原子 一·电脉冲处理前 140- 电脉冲处理后 团形核过程中的形核势垒和在扩散过程中所需要克 司120 服的扩散势垒，即形核功和扩散激活能均降低， 形核率增加，合金层组织变得非常致密，镀层厚度明 80 60 显减薄，如图4(b)所示.此时相界增多，原子排列 40 紧密，降低了晶界处锌原子的浓度，扩散受阻，镀层 20 生长减缓，合金层生长仅受扩散控制. 0 40 80120 160200 浸镀时间/s 3结论 图5脉冲前后合金层生长动力学拟合曲线对比.()未处理： (b)电脉冲处理 (1)不同电脉冲参数组合处理后的镀层合金层 Fig.5 Fitting curves of growth kinetics of the alloy layer with and 生长速率时间指数差别较大，大多数的合金层生长 without electric pulse:(a)untreated:(b)treated by electrical pulse 速率时间指数小于0.5，最小值为0.12，最大值为 表5电脉冲作用前后热浸镀锌层的生长动力学参数 0.9,不同脉冲参数组合的作用效果不同. Table 5 Growth kinetic parameters of hot galvanizing coatings with and (2)电脉冲处理参数中，电容量是影响合金层 without electro-pulse modification 镀层生长速率时间指数的主要因素，频率和电压影 生长速率 生长速率时间 相关系数， 实验条件 响次之，而处理时间影响不明显.在本实验条件下， 常数，K 指数，n R2 电脉冲处理前 3.653 0.717 0.995 选取参数组合为电容200μF、电压700V、频率2Hz 电脉冲处理后 7.146 0.428 0.958 和时间30s的电脉冲处理效果更好.采用此参数组 以上实验结果表明：电脉冲处理后，合金层的生 合的电脉冲处理结果表明合金层组织变得连续致北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 2. 3 验证实验结果与分析 在电脉冲参数组合为电容 200 μF、电压 700 V、 频率 2 Hz 和时间 30 s 的条件下，采用同样的热浸镀 实验方法进行实验，以此来验证电脉冲的处理效果． 图 4 为浸镀 60 s 的镀层组织形貌． 由图 4 可以看 出: 未经电脉冲处理镀层组织在 60 s 时间内已呈爆 发式生长，ζ 相与 η 相交界面连绵起伏，ζ 相晶粒粗 大，合金层的组织存在疏松且不连续; 电脉冲处理后 合金层的生长受到抑制，生长比较稳定，ζ 相晶粒度 变得细小且均匀，连绵式生长消失，组织连续致密， 厚度减薄． 按照前述的厚度测量方法得到不同浸镀时间时 图 4 浸镀时间为 60 s 镀层组织形貌． ( a) 未处理; ( b) 电脉冲处理 Fig． 4 Microstructure of the galvanizing coating in an immersion time of 60 s: ( a) untreated; ( b) treated by electrical pulse 镀层合金层厚度，同样的实验重复做三次，取平均 值，进行曲线拟合，结果如图 5 所示． 表 5 为电脉冲 作用前后热浸镀锌层的生长动力学参数． 如表 5 中 所示: 对于未脉冲处理合金层生长速率时间指数为 0. 717，说明合金层的生长是受到扩散和界面反应联 合控制的，只是两者权重略有差别; 电脉冲处理后合 金层的生长速率指数 n 为 0. 428，合金相生长仅受 扩散控制，电脉冲处理抑制了铁锌之间扩散． 图 5 脉冲前后合金层生长动力学拟合曲线对比． ( a) 未处理; ( b) 电脉冲处理 Fig． 5 Fitting curves of growth kinetics of the alloy layer with and without electric pulse: ( a) untreated; ( b) treated by electrical pulse 表 5 电脉冲作用前后热浸镀锌层的生长动力学参数 Table 5 Growth kinetic parameters of hot galvanizing coatings with and without electro-pulse modification 实验条件 生长速率 常数，K 生长速率时间 指数，n 相关系数， R2 电脉冲处理前 3. 653 0. 717 0. 995 电脉冲处理后 7. 146 0. 428 0. 958 以上实验结果表明: 电脉冲处理后，合金层的生 长方式由界面反应和扩散联合控制变为仅受扩散控 制． 根本原因在于: 在未脉冲处理条件下，形核功和 扩散激活能较高，形核和扩散比较困难，形核率低， 组织比较粗大，如图 4( a) 所示，原子排列紊乱，空位 浓度大，大量锌原子以体扩散和晶界扩散方式到达 钢基体中，合金层的生长速度加快，生长方式由界面 反应和扩散联合控制［13］; 当锌液中施加脉冲电场 时，微观锌原子的运动状态发生改变，原子和原子团 处于高能态的稳定状态，进而降低了锌原子及原子 团形核过程中的形核势垒和在扩散过程中所需要克 服的扩散势垒，即形核功和扩散激活能均降低［14］， 形核率增加，合金层组织变得非常致密，镀层厚度明 显减薄，如图 4( b) 所示． 此时相界增多，原子排列 紧密，降低了晶界处锌原子的浓度，扩散受阻，镀层 生长减缓，合金层生长仅受扩散控制． 3 结论 ( 1) 不同电脉冲参数组合处理后的镀层合金层 生长速率时间指数差别较大，大多数的合金层生长 速率时间指数小于 0. 5，最小值为 0. 12，最大值为 0. 9，不同脉冲参数组合的作用效果不同． ( 2) 电脉冲处理参数中，电容量是影响合金层 镀层生长速率时间指数的主要因素，频率和电压影 响次之，而处理时间影响不明显． 在本实验条件下， 选取参数组合为电容 200 μF、电压 700 V、频率 2 Hz 和时间 30 s 的电脉冲处理效果更好． 采用此参数组 合的电脉冲处理结果表明合金层组织变得连续致 ·786·