60. Как алуминият в разтопения цинк влияе върху горещото{1}}цинковане?

Алуминият (A1) е сребристо-бял метал с лицево-центрирана кубична (FCC) кристална структура. Неговата константа на решетка е 404959,6 nm, атомната маса е 26,8, точката на топене е 658 градуса и точката на кипене е 2000 градуса. Търговските цинкови продукти не съдържат алуминий, който умишлено се добавя по време на горещо поцинковане. Този процес служи на три ключови цели: подобряване на блясъка на повърхността на галванизираната стоманена тръба, подобряване на гъвкавостта, модифициране на микроструктурата на слоя желязо-цинкова сплав и неутрализиране на ефектите на желязото в стопения цинк. Подробностите са както следва: (1) Алуминият подобрява повърхностния блясък и гъвкавостта на галванизираните стоманени тръби.
Теоретично само 0,02% съдържание на алуминий в цинкова баня би било достатъчно за постигане на тази цел. Въпреки това, тъй като алуминият лесно се окислява върху цинковата повърхност, емпиричните доказателства показват, че е необходимо добавянето на приблизително 0,2% алуминий, за да се поддържа необходимото ниво от 0,02%. Силният афинитет между алуминия и кислорода образува слой от алуминиев оксид, който ефективно блокира дифузията на кислород, предпазвайки от окисляване както лежащия под него стопен алуминий, така и цинка. Този защитен механизъм също предотвратява окисляването на други метални елементи в цинковата вана. Както е известно, окисляването на цинка произвежда жълт цинков оксид, а оловните и кадмиевите оксиди показват подобни жълтеникави нюанси. Без защитната роля на алуминия, поцинкованата повърхност ще бъде силно оцветена с жълти съединения, което значително компрометира нейния блясък. Следователно добавянето на подходящо количество алуминий е от съществено значение при горещо поцинковане, за да се постигне ярко покритие. Освен това съдържанието на алуминий от 0,2% в цинковата вана не само осигурява оптимални декоративни шарки, но също така осигурява изключителна гъвкавост на галванизирания слой.
Въпреки това, Американското общество за изпитване на материали (ASTM) препоръчва алуминият да не се използва като избелваща метална добавка и ако се използва, съдържанието му трябва да бъде ограничено до по-малко от 0,01%.
(2) Промяна на микроструктурата на галванизираните слоеве Теоретично съдържание на алуминий от 0,2-0,3% в стопения цинк е достатъчно, за да се промени микроструктурата на галванизираните слоеве. При практическото производство обаче алуминият лесно реагира с кислорода в стопения цинк, което води до неговата консумация. За да се поддържа целевото съдържание на алуминий, трябва да се добави приблизително 1,5%-3,5% алуминий. За да демонстрираме как съдържанието на алуминий влияе върху микроструктурата, ние анализираме промените от ниски към високи концентрации на алуминий: Увеличаването с 0,05% на съдържанието на алуминий подобрява повърхностния блясък на галванизирания слой, но няма ефект върху неговата микроструктура. По този начин галванизираният слой запазва същия състав като този, произведен от чиста цинкова течност, състоящ се от адхезивен слой (Фаза a), междинен слой (Фаза Y), леко напукан решетъчен слой (Фаза 81) и плаващ слой (Фаза S) от чист цинк (Фаза n). Ключовата разлика е в отчетливата кристална морфология на фазите в сравнение с чистата цинкова течност.
Когато съдържанието на алуминий в цинковата течност е 0,1%, кристализацията на плаващия слой (3 фаза) е под формата на голям блок и не е непрекъснат слой, а вид отделени включвания.
Когато съдържанието на алуминий в цинковата течност е 0,15%, разпределението на плаващия слой (фаза 5) не е непрекъснат слой, а някои по-големи, разделени кристални клъстери и само решетъчният слой (фаза 81) представлява малко по-плътна структура.
Когато съдържанието на алуминий в цинковата баня достигне 0,24%, легиращият ефект става много ефективен за предотвратяване на корозия. Ако цинковата баня се поддържа при 440 градуса за 1 час на покриване, не се наблюдава реакция при отстраняване и проверка. Следователно, галванизираният слой върху пробата се състои единствено от слой чист цинк. Това се случва, защото алуминият реагира със стоманената тръба, за да образува FeAl3 (или Fe2AlO) съставен филм, който инхибира дифузията на железни йони към цинковия слой.
Както беше показано по-горе, съдържанието на алуминий е ключов фактор за промяна на микроструктурата на галванизирания слой. Когато съдържанието на алуминий е фиксирано, други параметри на процеса-включително време на потапяне на цинка, течливост (както е показано на Фигура 3-5) и температура-също влияят върху микроструктурата на цинковия слой. Следователно при производството на горещо поцинковане взаимодействието между тези три фактора се управлява от спецификациите на процеса. Само при стриктно спазване на посочените условия на работа може да се постигне желаният поцинкован слой.
(3) Ефектът на желязото в цинковата баня се компенсира, тъй като алуминият може да се комбинира с желязото в цинковата баня, за да образува три съединения, а именно FeAl, FeAl2 и FeAl3, което намалява ефекта върху поцинкованото покритие.