铝液和固体纯铁之间会发生怎样的物理扩散和化学作用?

在55％Al-43.5％Zn-1.6％Si的熔液中，由于Al的活性高于Zn，且Al的质量比(55％)和体积比(80％)都大于Zn，所以热镀过程中的主要物理扩散和化学作用几乎都是在Fe和Al之间发生的。

图1 Fe、Al原子相互扩散化合反应;

如图1所示，根据物理化学原理和大量实践，当固态的Fe与熔融状态的Al接触时，在接触面上同时发生Fe、Al原子的相互扩散，在液体Al和固体Fe中都形成扩散层。在铝液中首先形成的是铁铝化合物FeAl₃。与此同时，在Fe表面上形成的是Al在Fe中的固溶体(图b)。随着Al向Fe中扩散浓度的增加，在界面的铁基中产生化合物Fe₂Al₅(图c)。Fe₂Al₅的晶体结构较特殊，是一种斜方形的晶体结构，具有非常明显的结晶趋向，极易沿c轴以很快的速度生长，形成柱状结晶，见图2。正是Fe₂A1₅结构和结晶的特殊性，导致了镀铝时合金层较厚、生长较快的缺陷。这层硬而脆的合金层在较小的变形下，镀层内部就会产生裂纹甚至剥离，使金属基板失去其保护作用。这就是镀纯铝层加工性能不好的原因。

    在A1扩散到钢基内，在钢板表面形成化合物的同时，钢板上的铁原子也扩散到Al内形成化合物，这些化合物在镀浴的冲刷下，不断脱落到镀浴中，形成渣相。因此，镀Al-Zn-Si合金的另一个特点就是渣子较多。

图2 Fe₂A1₅晶格示意图