60. Како алуминијум у растопљеном цинку утиче на топло-поцинковање?

Алуминијум (А1) је сребрнасто-бели метал са кристалном-центрираном кубном (ФЦЦ) структуром. Његова константа решетке мери 404959,6 нм, атомска маса је 26,8, тачка топљења 658 степени, а тачка кључања 2000 степени. Комерцијални производи од цинка не садрже алуминијум, који се намерно додаје током топлог{9}}поцинковања. Овај процес има три кључне сврхе: побољшање сјаја површине поцинковане челичне цеви, побољшање флексибилности, модификовање микроструктуре слоја легуре гвожђа{11}}цинка и неутралисање ефеката гвожђа у растопљеном цинку. Детаљи су следећи: (1) Алуминијум побољшава сјај површине и флексибилност поцинкованих челичних цеви.
Теоретски, само 0,02% садржаја алуминијума у ​​кади цинка би било довољно да се постигне овај циљ. Међутим, пошто алуминијум лако оксидира на површини цинка, емпиријски докази сугеришу да је додавање приближно 0,2% алуминијума неопходно за одржавање потребног нивоа од 0,02%. Снажан афинитет између алуминијума и кисеоника формира слој алуминијум оксида који ефикасно блокира дифузију кисеоника, штитећи и растопљени алуминијум и цинк од оксидације. Овај заштитни механизам такође спречава оксидацију других металних елемената у кади са цинком. Као што је познато, оксидација цинка производи жути цинк оксид, а оксиди олова и кадмијума показују сличне жућкасте нијансе. Без заштитне улоге алуминијума, поцинкована површина би постала јако умрљана жутим једињењима, што би значајно угрозило њен сјај. Због тога је додавање одговарајуће количине алуминијума од суштинског значаја за топло-поцинковање да би се постигла светла завршна обрада. Штавише, садржај алуминијума од 0,2% у кади цинка не само да даје оптималне декоративне шаре већ и обезбеђује изузетну флексибилност поцинкованог слоја.
Међутим, Америчко друштво за испитивање материјала (АСТМ) препоручује да се алуминијум не користи као адитив за посветљивање метала, а ако се користи, његов садржај треба да буде ограничен на мање од 0,01%.
(2) Промена микроструктуре поцинкованих слојева Теоретски, садржај алуминијума од 0,2-0,3% у растопљеном цинку је довољан за модификацију микроструктуре поцинкованих слојева. Међутим, у практичној производњи, алуминијум лако реагује са кисеоником у растопљеном цинку, што доводи до његове потрошње. Да би се одржао циљни садржај алуминијума, мора се додати приближно 1,5%-3,5% алуминијума. Да бисмо показали како садржај алуминијума утиче на микроструктуру, анализирамо промене од ниске до високе концентрације алуминијума: Повећање садржаја алуминијума од 0,05% повећава сјај површине поцинкованог слоја, али нема утицаја на његову микроструктуру. Дакле, поцинковани слој задржава исти састав као онај произведен од чисте течности цинка, који се састоји од адхезивног слоја (фаза а), међуслоја (фаза И), благо напуклог слоја решетке (фаза 81) и плутајућег слоја (фаза С) чистог цинка (фаза н). Кључна разлика лежи у јасној кристалној морфологији фаза у поређењу са чистом течношћу цинка.
Када је садржај алуминијума у ​​течности цинка 0,1%, кристализација плутајућег слоја (3 фазе) је у облику великог блока, и то није континуирани слој, већ нека врста одвојених инклузија.
Када је садржај алуминијума у ​​течности цинка 0,15%, дистрибуција плутајућег слоја (фаза 5) није континуални слој, већ неки већи, одвојени кристални кластери, а само решеткасти слој (фаза 81) представља нешто гушћу структуру.
Када садржај алуминијума у ​​кади са цинком достигне 0,24%, ефекат легуре постаје веома ефикасан у спречавању корозије. Ако се цинкова купка одржава на 440 степени током 1 сата облагања, не примећује се реакција након уклањања и прегледа. Сходно томе, поцинковани слој на узорку се састоји само од чистог слоја цинка. Ово се дешава зато што алуминијум реагује са челичном цеви и формира филм једињења ФеАл₃ (или Фе2АлО), који инхибира дифузију јона гвожђа према слоју цинка.
Као што је горе приказано, садржај алуминијума је кључни фактор у промени микроструктуре поцинкованог слоја. Када је садржај алуминијума фиксан, други параметри процеса-укључујући време потапања цинка, флуидност (као што је приказано на слици 3-5) и температуру-такође утичу на микроструктуру слоја цинка. Стога, у производњи топлог цинковања, међудејство ова три фактора је регулисано спецификацијама процеса. Само строгим придржавањем наведених услова рада може се постићи жељени поцинковани слој.
(3) Ефекат гвожђа у купатилу са цинком је надокнађен јер алуминијум може да се комбинује са гвожђем у купатилу са цинком да формира три једињења, наиме ФеАл, ФеАл2 и ФеАл3, што смањује ефекат на поцинковану превлаку.