热浸镀铝层的形成机理分析

钢铁材料热浸镀铝时，在一定温度下浸入液态铝中后，在基体表面经历了液态铝对表面浸润，铁原子溶解进入液态铝中，Fe-Al界面反应，以及铁、铝原子的互扩散等物理化学过程。随着浸镀过程的进行，Fe-Al金属间化合物相层在铁基体表面形成并生长，最终形成由多相组成的镀层。

关于热浸镀铝层的形成机理，目前较成熟的是二层结构理论（见图9-3）。

热浸镀铝时，固态铁与液态铝直接接触（见图9-3a），在铁基体/液态铝界面处发生铁、铝原子的互扩散，在铁、铝两侧分别形成扩散层，随着互扩散的进行，在液态铝界面处的铁原子含量不断增加，首先形成铁含量最低的FeAl₃相。在固态铁与液态铝接触的初期，界面处局部部位发生短时间的温度下降，使铁基体表面已形成的FeAl₃相停止向液态铝方向生长，同时在铁基体一侧形成Fe-Al固溶体（见图9-3b）。先形成的FeAl₃相层由于铁、铝原子的互扩散而不断增厚，并且在FeAl₃与铁基体之间开始形成Fe₂Al₅相（见图9-3c）。此时，FeAl₃相和Fe₂Al₅相结晶的取向不一定是无序的，由于Fe₂Al₅相的特殊晶体结构，使其晶体在生成以后开始沿c轴快速生长，并形成柱状晶区。在Fe₂Al₅柱状晶体向铁基体方向生长的同时，铁原子扩散通过相邻的FeAl₃层进入液态铝，使一部分Fe₂Al₅相转变为FeAl₃相（见图9-3d）。由于Fe₂Al₅相的生长以及铁原子不断向液态铝一侧的扩散，使铝在铁基体中的固溶区消失（见图9-3e），最后形成以Fe₂Al₅相层为主的热浸镀铝层（见图9-3f）。(www.xing528.com)

图9-3 热浸镀铝层形成机理