【摘要】 采用GSAS软件，利用Rietveld对单相和锌镀层的XRD图谱进行了细化。

锌涂层对钢材起到屏障保护和腐蚀保护的作用。有各种各样的镀锌技术，如热镀锌，电镀，涂层或热喷雾。镀锌具有工艺简单、锌消耗低、节能等优点。通过热处理获得的锌涂层具有很强的粘合强度和很高的耐蚀性。与热镀锌相比，热镀锌可以获得均匀的扩散结合涂层。镀锌层由γ相、δ相和ζ相三种铁锌金属间化合物组成，无η相、纯锌相。它可以作为一个更好的牺牲阳极保护层，因为涂层与基质之间的电位差小于纯锌与基质之间的电位差。

 

基质旁边的γ相是含有17-19.5wt%Fe的Fe/Zn合金(Fe11Zn40)，涂层中间的δ相是含有7-11.5wt%Fe的Fe/Zn合金(FeZn10)，最外层的ζ相是含有5-6.2wt%Fe的Fe/Zn合金(FeZn13)。这些金属间相不仅在晶体的成分和形态上有所不同，而且在硬度和加工性方面也有很大的不同。Δ相具有更高的显微硬度和更好的可塑度。然而，最外层的ζ相由于其高脆性而影响其工作性，这可能导致锌涂层的粉碎和裂开。因此，有必要通过热处理过程来控制各相的含量。

 

为了调整生产过程中的工艺参数，对镀锌层进行定量相分析是必不可少的。金相法是定量相分析的常用方法。这种方法简单而准确，但却是一种破坏性测试。在不损坏涂层的情况下采用无损检测。相关方法总结如下。锌-镍和铁-锌电镀层的分析采用了Zn-Kα和Lα线强度的X射线荧光光谱仪光谱法，但分析过程繁琐。穆斯堡尔谱学技术被用于检测镀锌层中的铁锌金属间化合物相，但是这项技术非常复杂，不能作为工业常规使用。

 

采用X射线衍射分析(xRD)和偏最小二乘(PLS)模型测定热镀锌钢的合金化程度。虽然测定的结果更为准确，但所需的样本数量使其难以快速测量。Rietveld方法是一种全模式拟合分析方法。实验模式的所有衍射峰值都采用最小二乘法进行拟合，直到计算值与实验值之间的差值最小化为止。Santos用Rietveld方法对Fe-Zn金属间化合物的粉末混合物进行了定量分析，拟合误差为14%。定量结果令人满意，方法简便。然而，Rietveld方法只能用于粉末混合物的定量分析，不适用于锌镀层。

 

采用Rietveld方法对镀锌层中的相组成进行了定量分析。此外，所含相的晶体结构与其定量相分析有关。因此，一些结构信息，如晶格常数、原子位置、占有率和等温因子，首先被提炼出来。

 

根据Fe11Zn40、FeZn10和FeZn13的原子百分比，分别制备了铁粉(纯度:99.99%)和锌粉(纯度:99.99%)。粉末混合物被压成片状，然后在氩气气氛下密封成石英管。为了获得平衡的结构，根据Kubascheweski的研究，将片剂在420°C下烧结20天以防止锌挥发[15]。在烧结之后，药片被淬火并研磨。通过分析RigakuUltimaIV晶体结构产生的X射线衍射(XRD)图谱，确定了粉末的X衍射仪，扫描速率为5o/min，0.01o增量，扫描范围为10°-140°，40kV和50mA的CuKα辐射。

 

对10mm×10mm×2mm尺寸的Q235钢进行了脱锈脱脂，并作为基材进行了热处理试验。在填充水泥中，钢片完全嵌入锌粉混合物中(Zn:72%，nh4Cl:2%，Al2O3:26%)。分别在633K(样品#1)和648K(样品#2)下退火2小时。经过热处理后，样品经过超声波清洗，然后拥有属性X射线衍射图样的定性和定量分析。图1显示了用x射线衍射镀锌的示意图。

 

当x射线穿透不同的相时，如果满足布拉格定律，相的衍射就会发生。由于不同相位的线性吸收系数不相同，所以x射线的穿透深度随不同相位而变化。在这项工作中，基体材料的衍射峰的出现被用来证明x射线完全穿透了锌涂层。

 

图1X射线衍射镀锌示意图

 

采用GSAS软件，利用Rietveld对单相和锌镀层的XRD图谱进行了细化。分别得到了单相镀层和锌镀层的细化数据和定量相分析结果。用扫描电子显微镜观察被腐蚀的镀锌层的截面形貌，然后测量每个相的厚度以计算镀锌层的含量。

 

利用Rietveld方法进行定量相分析，可以定量分析镀锌层中的金属间化合物。这项研究的主要结论如下:(1)用烧结法成功地制备了Fe-Zn金属间化合物(γ，δ，ζ)。他们的结构模型被Rietveld方法改进。(2)采用Rietveld方法对镀锌层进行定量分析处理。实验结果与计算值吻合较好。(3)基于里特维尔德的定量分析方法可以应用于生产涂层工艺，以优化生产工艺。

 

1.Zhong, Y., Li, X. & Long, J. Rietveld-Based Quantitative Phase Analysis of Sherardizing Coatings. Trans Indian Inst Met 73, 2947–2954 (2020). https://doi.org/10.1007/s12666-020-02079-4.