60. Cum afectează aluminiul din zincul topit galvanizarea la cald-?

Aluminiul (A1) este un metal-alb argintiu cu o structură cristalină cubică centrată-față (FCC). Constanta sa rețelei măsoară 404959,6 nm, masa atomică este de 26,8, punctul de topire 658 grade și punctul de fierbere 2000 grade. Produsele comerciale cu zinc nu conțin aluminiu, care este adăugat în mod intenționat în timpul-zincării la cald. Acest proces are trei scopuri cheie: sporirea strălucirii suprafeței țevii din oțel galvanizat, îmbunătățirea flexibilității, modificarea microstructurii stratului de aliaj de fier-zinc și neutralizarea efectelor fierului în zincul topit. Detaliile sunt următoarele: (1) Aluminiul îmbunătățește strălucirea suprafeței și flexibilitatea țevilor din oțel galvanizat.
Teoretic, doar 0,02% conținut de aluminiu în baia de zinc ar fi suficient pentru a atinge acest obiectiv. Cu toate acestea, deoarece aluminiul se oxidează ușor pe suprafața zincului, dovezile empirice sugerează că adăugarea de aproximativ 0,2% aluminiu este necesară pentru a menține nivelul necesar de 0,02%. Afinitatea puternică dintre aluminiu și oxigen formează un strat de oxid de aluminiu care blochează eficient difuzia oxigenului, protejând atât aluminiul topit, cât și zincul de la oxidare. Acest mecanism de protecție previne și oxidarea altor elemente metalice din baia de zinc. După cum este bine cunoscut, oxidarea zincului produce oxid de zinc galben, iar oxizii de plumb și cadmiu prezintă nuanțe gălbui similare. Fără rolul de protecție al aluminiului, suprafața galvanizată ar deveni puternic pătată cu compuși galbeni, compromițându-i în mod semnificativ luciul. Prin urmare, adăugarea unei cantități adecvate de aluminiu este esențială în galvanizarea la cald-pentru a obține un finisaj strălucitor. În plus, un conținut de aluminiu de 0,2% în baia de zinc nu numai că oferă modele decorative optime, dar asigură și o flexibilitate excepțională în stratul galvanizat.
Cu toate acestea, Societatea Americană pentru Testarea Materialelor (ASTM) recomandă ca aluminiul să nu fie utilizat ca aditiv pentru metal de strălucire, iar dacă este utilizat, conținutul său ar trebui limitat la mai puțin de 0,01%.
(2) Modificarea microstructurii straturilor galvanizate Teoretic, un conținut de aluminiu de 0,2-0,3% în zinc topit este suficient pentru a modifica microstructura straturilor galvanizate. Cu toate acestea, în producția practică, aluminiul reacționează ușor cu oxigenul din zincul topit, ceea ce duce la consumul acestuia. Pentru a menține conținutul țintă de aluminiu, trebuie adăugat aproximativ 1,5%-3,5% din aluminiu. Pentru a demonstra modul în care conținutul de aluminiu afectează microstructura, analizăm modificările de la concentrații scăzute la concentrații mari de aluminiu: O creștere de 0,05% a conținutului de aluminiu îmbunătățește luciul de suprafață a stratului galvanizat, dar nu are niciun efect asupra microstructurii acestuia. Astfel, stratul galvanizat păstrează aceeași compoziție ca cea produsă din lichid de zinc pur, constând dintr-un strat aderent (Faza a), un strat intermediar (Faza Y), un strat de grătare ușor crăpat (Faza 81) și un strat plutitor (Faza S) de zinc pur (Faza n). Diferența cheie constă în morfologia cristalină distinctă a fazelor în comparație cu lichidul de zinc pur.
Când conținutul de aluminiu în lichid de zinc este de 0,1%, cristalizarea stratului plutitor (faza trifa) este sub forma unui bloc mare și nu este un strat continuu, ci un fel de incluziuni separate.
Când conținutul de aluminiu în lichidul de zinc este de 0,15%, distribuția stratului plutitor (faza 5) nu este un strat continuu, ci niște clustere cristaline mai mari, separate, și doar stratul grilă (faza 81) prezintă o structură puțin mai densă.
Când conținutul de aluminiu din baia de zinc atinge 0,24%, efectul de aliere devine foarte eficient în prevenirea coroziunii. Dacă baia de zinc este menținută la 440 de grade timp de 1 oră de placare, nu se observă nicio reacție la îndepărtare și inspecție. În consecință, stratul galvanizat de pe eșantion este format numai dintr-un strat de zinc pur. Acest lucru se întâmplă deoarece aluminiul reacționează cu țeava de oțel pentru a forma o peliculă compusă FeAl₃ (sau Fe₂AlO), care inhibă difuzia ionilor de fier către stratul de zinc.
După cum sa demonstrat mai sus, conținutul de aluminiu este un factor cheie în modificarea microstructurii stratului galvanizat. Când conținutul de aluminiu este fixat, alți parametri ai procesului-inclusiv timpul de imersie în zinc, fluiditatea (așa cum se arată în Figura 3-5) și temperatura-influențează, de asemenea, microstructura stratului de zinc. Prin urmare, în producția de galvanizare la cald, interacțiunea dintre acești trei factori este guvernată de specificațiile procesului. Numai prin respectarea strictă a condițiilor de funcționare specificate se poate obține stratul galvanizat dorit.
(3) Efectul fierului în baia de zinc este compensat deoarece aluminiul se poate combina cu fierul în baia de zinc pentru a forma trei compuși, și anume FeAl, FeAl2 și FeAl3, ceea ce reduce efectul asupra acoperirii galvanizate.