铌-锌扩散偶中相的固态生长行为及其在无间隙原子钢镀锌技术中的物理化学机制研究

本研究针对含铌无间隙原子钢(IF钢)镀锌工艺中Nb-Zn体系的关键科学问题，通过扩散连接技术探究了400°C下Nb/Zn异质金属界面反应，发现NbZn3和NbZn16相的生长规律，首次建立线性化合物扩散驱动力的代数表达式，并估算出Zn在NbZn16中的扩散优势，为优化镀锌工艺提供理论依据。

　　

在钢铁工业中，含铌无间隙原子钢(IF钢)因其优异的深冲性能被广泛应用于汽车制造。这类钢材需通过热浸镀锌实现防腐，但高熔点铌(2468°C)与低熔点锌(420°C)的固相扩散行为存在显著差异，导致镀层界面易形成脆性金属间化合物(IMCs)，影响产品性能。尽管Nb-Zn相图显示存在NbZn₃、NbZn₇和NbZn₁₆三相，但实际工艺中NbZn₇相的缺失现象长期未获合理解释。印度理工学院鲁尔基分校的研究团队通过Nb-Zn扩散偶实验，结合物理化学理论和成核动力学，揭示了这一特殊相生长行为的本质，相关成果发表于《Scripta Materialia》。

研究采用扩散连接技术制备Nb/Zn界面，通过场发射扫描电镜(FESEM)表征400°C退火后的相组成，结合热力学计算推导扩散驱动力方程，并基于晶体结构分析估算示踪扩散系数(tracer diffusivities)。

Funding and Acknowledgements部分显示，该研究获得IITR的FIG计划资助，使用Apreo FESEM完成显微分析。Data availability说明因涉及持续研究暂不公开原始数据。

研究结果显示：1）在400°C仅检测到NbZn₃和NbZn₁₆两相，中间相NbZn₇因成核能垒过高未能形成；2）建立的扩散驱动力方程揭示，相生长速率与公切线斜率差存在定量关联；3）Zn在NbZn₁₆中的示踪扩散系数高于Nb，这与该相立方Cr₃Si型结构中Zn亚晶格存在空位缺陷有关。

结论与意义：研究首次从动力学角度解释了Nb-Zn体系异常相选择现象，提出的驱动力计算模型为预测多元体系扩散行为提供新工具。发现Zn在NbZn₁₆中的快速扩散路径，为优化镀锌工艺参数（如降低锌液温度或缩短浸镀时间）提供理论指导。作者Shubhangini Yadav和Varun A. Baheti在CRediT声明中确认无利益冲突，相关工作有望推动高强钢镀锌技术的创新发展。