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钢铁由于其优异的力学性能和低廉的价格,至今在金属材料领域占据着重要地位。然而钢铁的腐蚀导致了非常大的损耗,因此有效提高钢铁的耐腐蚀性是极为重要的。长期以来,热浸镀锌是钢铁防腐的重要方法,由于锌的价格低廉,且镀锌层防腐效果好,长期以来备受人们青睐。众所周知,当钢铁浸没到锌浴中,锌元素会与钢铁中的主元素和合金元素发生反应,在镀锌层与钢铁的界面处形成固溶体或化合物等新相,这些新相的微观结构和相组织的演化对锌镀层的物理性能有着极大的影响。特别是对于长期暴露在外部环境需要经常摩擦、挤压的钢铁来说,镀锌层与钢铁等合金中关键合金元素之间的互扩散性质及相关形成相的力学性能对新型防腐镀层材料的设计及其服役寿命的评估有着重要的参考价值。因此,本文开展Zn-Zr、Zn-Cr和Zn-Co等三个二元体系的扩散行为和力学性能研究,采用固体与固体直接扩散的方式获得金属间化合物,通过金相显微镜和电子显微镜对金属间化合物的形貌和成分进行观察和测试分析,此外,使用纳米压痕测试仪对三个体系的金属间化合物进行硬度和弹性模量的测试。本文通过上述方法,获得以下结论:（1）在Zn-Zr扩散偶中,通过EPMA成分测试发现了三个金属间化合物(Zn3Zr,Zn39Zr5,Zn22Zr),并没有发现Zn2Zr和Zn Zr。通过对扩散层厚度的拟合分析发现:两个金属间化合物(Zn39Zr5,Zn22Zr)的厚度符合抛物线生长规律。其中Zn39Zr5相在325℃～350℃时扩散速率最快,扩散层厚度最宽,互扩散系数为7.35×10-15m~2/s,Zn22Zr相在375℃～400℃时扩散速率最快,扩散层厚度最宽,互扩散系数为6.82×10-14m~2/s,利用Arrhenius方法对Zn-Zr体系金属间化合物的互扩散系数进行拟合,算出Zn22Zr扩散激活能最大,为239.46 k J/mol。（2）通过纳米压痕仪器测得Zn3Zr,Zn39Zr5和Zn22Zr的硬度分别为8.24±0.25 GPa、5.48±0.47 GPa和2.37±0.62 GPa,弹性模量分别为149.23±6.20 GPa、150.68±2.41 GPa和183.65±6.26 GPa,Zn-Zr金属间化合物的硬度随着Zn含量的增加而出现下降的趋势。（3）在Zn-Cr扩散偶中,扩散层中出现了两个金属间化合物,即Zn13Cr和Zn17Cr。由于Zn13Cr所需的扩散激活能较大和生长激活能较大,因此Zn13Cr的生长及其缓慢,并且没有发现随着时间的延长,该金属间化合物出现抛物线增长。利用Pydiffusion程序包计算了Zn17Cr、Zn13Cr和Zn（hcp）互扩散系数,结果表明,随着退火温度的升高,互扩散系数都呈增大趋势。在325℃、350℃、375℃、400℃下,Zn13Cr、Zn17Cr和Zn（hcp）的互扩散系数分别为1.12×10-19m~2/s、1.11×10-15m~2/s、6.40×10-16m~2/s、5.02×10-15m~2/s;4.44×10-16m~2/s、5.69×10-15m~2/s、2.27×10-14m~2/s、2.47×10-13m~2/s;9.33×10-17m~2/s、8.49×10-17m~2/s、2.93×10-16m~2/s、1.78×10-15m~2/s。（4）在Zn-Cr扩散偶中的金属间化合物Zn17Cr的硬度为3.01±0.11 GPa,弹性模量为165.78±6.68 GPa。由于Zn13Cr扩散层过薄,未能进行力学性能测试。（5）在Zn-Co二元体系中,发现三个金属间化合物,分别为γ2(Zn13Co)相、γ1(Zn53Co7)相和γ(Zn21Co5)相。EPMA测试结果表明:三个金属间化合物都不是线性化合物,都有一定的成分范围。γ2相的成分范围为91.1at.%～93.7 at.%,γ1相的成分范围为88.5 at.%～90.9 at.%,而γ相的成分范围为74.9 at.%～87.9 at%。γ2、γ1+γ和整个扩散层在325℃、350℃、375℃、400℃时的扩散系数分别为:2.67×10-14m~2/s,6.13×10-14m~2/s,7.25×10-14m~2/s,3.26×10-13m~2/s;8.33×10-16m~2/s,2.22×10-15m~2/s,9.07×10-15m~2/s,1.09×10-14m~2/s;3.70×10-14m~2/s,8.68×10-14m~2/s,1.34×10-13m~2/s,4.56×10-13m~2/s。（6）使用纳米压痕对Zn-Co金属间化合物的力学性能进行测试,测得γ2(Zn13Co)的硬度为3.92±0.19 GPa,弹性模量为185.13±7.92 GPa。