铁铝、铁铝硅相图及金属间化合物图谱解析

1.铁铝相图及铁铝金属间化合物

铁的熔点为1538℃，铝的熔点为658.7℃，铁和铝在不同温度下反应会形成一系列固溶体及金属间化合物相。图9-1所示为铁铝相图。

图9-1 铁铝相图

从铁铝相图可以看出，在热浸镀铝温度（670～750℃）下，在铁铝和铝铁固溶体之间存在着FeAl₂（ξ相）、Fe₂Al₅（η相）和FeAl₃（θ相）三种金属间化合物相。

FeAl₂（ξ相）：w_Al为47%～49%，熔点为1146℃。其晶体结构目前未有定论，有研究认为属菱形晶系或者单斜晶系。FeAl₂相在热浸镀铝过程中一旦形成后，将按下式分解形成Fe₂Al₅相：

3FeAl₂→FeAl+Fe₂Al₅

Fe₂Al₅（η相）：w_Al为52.7%～55.4%，熔点为1158℃，属菱形晶系。

FeAl₃（θ相）：w_Al为58%～59.4%，熔点为1152℃，属单斜晶系。

在热浸镀铝温度下，除了ξ、η和θ三种金属间化合物外，一般认为还有两种相存在，即Fe₂Al₇相和FeAl₆相。其中，Fe₂Al₇相是稳定相，其相结构可能与FeAl₃相似。(www.xing528.com)

根据热力学的计算，Fe₃Al在500℃以上（热浸镀铝温度下）不可能形成，因Fe₃Al相在该温度下生成自由能为正值。在钢铁材料热浸镀铝的反应扩散过程中，最先形成的Fe-Al金属间化合物为FeAl₃相，其次是Fe₂Al₅相。而FeAl₂为亚稳相，在热浸镀铝过程中生成的可能性很小，当提高温度时，将分解为Fe₂Al₅和FeAl相。在热浸镀铝过程中，已形成的Fe-Al金属间化合物与铝通过扩散继续发生反应。

2.铁铝硅等温相图及铁铝硅金属间化合物

在热浸镀铝过程中，由于固态铁与液态铝的反应速度很快，会形成较厚的脆性合金层，使镀铝层易产生裂纹以至剥落。为了控制合金层的快速生长，通常在铝液中加入w_Si为6%～10%的硅。硅的加入改变了合金层生长动力学和镀层的组织结构，与纯铝镀层呈不平坦锯齿状的形貌不同，加硅的镀层呈平坦而整齐的形貌，且镀层厚度明显减薄。

加硅后形成的Al-Si镀层中存在的相主要有τ₅相（Fe₂SiAl₇）、θ相、η相和ξ相。

图9-2所示为铁铝硅等温相图。

图9-2 铁铝硅等温相图

a）693℃ b）816℃