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热浸镀锌主要用于钢构件防腐,钢基与熔池中合金元素对热浸镀镀层组织有重要影响。合金元素锡加入锌池对含硅钢镀层生长有一定的抑制作用,但当锌池中加入一定量的锡后会导致锌锅快速腐蚀,因此有必要研究锡加入锌池后对热浸镀镀层的影响,了解其作用机理。锰作为固溶强化合金元素和脱氧剂加入钢中,其对镀层质量影响机理鲜有研究。合金元素钛和铈加入熔池对热浸镀铝锌池中对镀层组织的影响对开发新型浸镀合金具有一定的指导意义。本工作围绕上述问题,利用平衡合金法,借助扫描电镜-能谱仪-波谱仪和X射线衍射等分析技术研究了与镀锌相关的Zn-Fe-Si-Sn、Zn-Fe-Si-Ti、Zn-Fe-Al-Mn、Zn-Fe-Al-Bi 和 Al-Fe-Si-Sn 四元系及相关三元系的相关系,相关相图对理解镀层的形成机理具有重要指导作用。通过浸镀实验研究了钛、锡、锰、铝和铈对热浸镀界面反应的影响,并对其作用机理进行了研究。在Zn-Fe-Sn三元系600和700℃等温截面中没有发现三元新相,且都存在3个三相区,除了 δ相外,FeSn相和其他所有相都能平衡。Fe-Si-Sn三元系450℃等温截面中存在有5个三相区,铁在液相中的溶解度仅有0.7 at.%。对Zn-Fe-Si-Sn四元系锌成分固定在70和93 at.%的450℃等温截面的相关系进行了实验测定。结果表明:在锌成分固定为70 at.%的截面发现5个四相区,而93 at.%的截面中没有发现四相区;在两个截面中,发现液相与FeSn,FeSi,FeSi2, Γ1,δ,ζ和α-Fe相均达到平衡。锡几乎不溶于ζ,FeSi和FeSi2相,Si在FeSn相中的溶解度为0.5 at.%,实验中没有发现四元新相。实验测定了 Zn-Fe-Si-Ti四元系锌成分固定在93 at.%的450℃等温截面,发现存在20个四相平衡,液相能与所有的相平衡,硅在T中的溶解度为0.4at.%,而ξ中几乎不溶硅;钛基本不溶于铁硅二元化合物。Zn-Fe-Al-Mn四元系锌成分固定在93 at.%的450℃等温截面中,发现存在4个四相平衡,L+Fe2A15相能与T,FeA13,Al11Mn4和MnZn9相平衡,在等温截面中没有发现四元新相。Zn-Fe-Al-Bi四元系锌固定50at.%和铝固定75at.%截面中分别存在1个和4个四相平衡区。富铋的L2相和贫铋的L1相能分别与(Al),FeA13, Fe2Al5, α-Fe和δ相平衡.Bi几乎不溶于所有的Fe-Al和Zn-Fe化合物。在Al-Fe-Si-Sn四元系650℃铝含量85 at.%时的等温截面共发现2个四相区和3个三相区,四元系中的液相几乎与该截面内存在的所有相都平衡存在。本工作对含硅钢在含不同锡、锡-钛成分的锌池中进行浸镀,研究了合金元素锡以及锡-钛协同加入对镀层组织和生长动力学的影响。研究结果表明,锌池中适量的锡使ξ相呈致密的柱状分布,避免Diffused-△相及爆发组织的形成,提高了镀层表面质量。当锌池中加入一定量的锡后,金属间化合物层的生长受扩散控制,其厚度与浸镀时间呈抛物线关系。锡对Q235钢的Zn-Fe界面反应有较好的抑制作用。锌池中加入1.0 wt%锡抑制效果最佳。锌池中同时加入0.8wt%Sn+0.2wt%Ti对Q235钢抑制效果最好。为开发新型镀锌合金和控制高强钢镀锌镀层组织,本工作分别研究了钢基中合金元素锰含量和锌池中锰含量对镀层组织和性能的影响。研究结果表明,锰对合金层的生长动力学没有影响,主要是因为ζ相中可以溶解锰,锰进入锌池后并不会使扩散通道切割共轭线,扩散沿实际扩散通道进行,镀层组织致密。为理解锌池中锡加入后导致锌锅快速腐蚀的原因,本工作实验研究了锌池中锡对镀层组织和生长动力学的影响,研究表明,锌池中锡含量超过0.5wt%,工业纯铁浸镀是会出现镀层厚度增厚,且快速增长的现象。实验证实在镀层生长的过程中ζ相存在液相通道,使得液相快速浸蚀基体,导致镀层生长快速。根据扩散通道理论解释锌池成分的改变对镀层中金属间化合物层形成的控制机理,在热浸镀化合物层开始形成阶段,扩散通道沿熔池成分与对应的ζ化合物形成的两相区共轭线穿过该相区,对应层状的ξ化合物在铁基上连续形成。随着锌池中锡含量的增加,扩散通道开始向两扩散原始成分的连线移动,一旦扩散通道移动到切割液相和ξ化合物组成的两相区共轭线时,在钢基上优先形成的ξ合物层将失稳破裂,同时液相通道在ζ化合物层中形成,将导致锌池液相直接接触钢基而发生界面反应控制的反应过程,镀层金属间化合物层的厚度将显著增厚。为抑制热浸镀55%Zn-Al时Fe-Al界面反应,本工作研究了锌铝池中的铈和钛对镀层组织和生长动力学的影响。研究结果表明,合金元素钛加入能有效地控制镀层表面质量;含量小于0.2wt%的钛加入熔池可以有效减少镀层厚度。熔池中添加0.4wt%Ce+0.4wt%Ti 时,镀层最薄。