60. Hvordan påvirker aluminium i smeltet zink varmgalvaniseringen-?

Aluminium (A1) er et sølvagtigt-hvidt metal med en flade-centreret kubisk (FCC) krystalstruktur. Dens gitterkonstant måler 404959,6 nm, atommasse er 26,8, smeltepunkt 658 grader og kogepunkt 2000 grader. Kommercielle zinkprodukter indeholder ikke aluminium, som med vilje tilsættes under varmgalvanisering. Denne proces tjener tre nøgleformål: at forbedre glansen af ​​det galvaniserede stålrørs overflade, forbedre fleksibiliteten, modificere mikrostrukturen af ​​jern-zinklegeringslaget og neutralisere virkningerne af jern i den smeltede zink. Detaljerne er som følger: (1) Aluminium forbedrer overfladeglansen og fleksibiliteten af ​​galvaniserede stålrør.
Teoretisk set ville kun 0,02% aluminiumindhold i zinkbad være tilstrækkeligt til at nå dette mål. Men da aluminium let oxiderer på zinkoverfladen, tyder empiriske beviser på, at det er nødvendigt at tilføje ca. 0,2 % aluminium for at opretholde det nødvendige niveau på 0,02 %. Den stærke affinitet mellem aluminium og oxygen danner et aluminiumoxidlag, der effektivt blokerer for iltdiffusion og beskytter både det underliggende smeltede aluminium og zink mod oxidation. Denne beskyttelsesmekanisme forhindrer også oxidation af andre metalelementer i zinkbadet. Som det er velkendt, producerer zinkoxidation gul zinkoxid, og bly- og cadmiumoxider udviser lignende gullige nuancer. Uden aluminiums beskyttende rolle ville den galvaniserede overflade blive kraftigt plettet med gule forbindelser, hvilket væsentligt kompromittere dens glans. Derfor er det vigtigt at tilføje en passende mængde aluminium ved varmgalvanisering- for at opnå en lys finish. Desuden giver et 0,2 % aluminiumindhold i zinkbadet ikke kun optimale dekorative mønstre, men sikrer også enestående fleksibilitet i det galvaniserede lag.
American Society for Testing Materials (ASTM) anbefaler dog, at aluminium ikke bør bruges som et lysnende metaladditiv, og hvis det bruges, bør dets indhold begrænses til mindre end 0,01 %.
(2) Ændring af mikrostrukturen af ​​galvaniserede lag Teoretisk set er et aluminiumindhold på 0,2-0,3 % i smeltet zink tilstrækkeligt til at modificere mikrostrukturen af ​​galvaniserede lag. Men i praktisk produktion reagerer aluminium let med ilt i den smeltede zink, hvilket fører til dets forbrug. For at opretholde målindholdet af aluminium skal der tilsættes ca. 1,5%-3,5% aluminium. For at demonstrere, hvordan aluminiumindholdet påvirker mikrostrukturen, analyserer vi ændringerne fra lave til høje aluminiumkoncentrationer: En stigning på 0,05% i aluminiumindholdet øger overfladeglansen af ​​det galvaniserede lag, men har ingen effekt på dets mikrostruktur. Det galvaniserede lag bevarer således samme sammensætning som det, der fremstilles af ren zinkvæske, bestående af et vedhæftende lag (Fase a), et mellemlag (Fase Y), et let revnet ristlag (Fase 81) og et flydelag (Fase S) af ren zink (Fase n). Den vigtigste forskel ligger i fasernes distinkte krystallinske morfologi sammenlignet med ren zinkvæske.
Når aluminiumindholdet i zinkvæske er 0,1%, er krystallisationen af ​​det flydende lag (3-faset) i form af en stor blok, og det er ikke et kontinuerligt lag, men en slags adskilte indeslutninger.
Når aluminiumindholdet i zinkvæske er 0,15 %, er fordelingen af ​​flydelaget (fase 5) ikke et sammenhængende lag, men nogle større, adskilte krystallinske klynger, og kun gitterlaget (fase 81) har en lidt mere tæt struktur.
Når aluminiumindholdet i zinkbadet når 0,24%, bliver legeringseffekten yderst effektiv til at forhindre korrosion. Hvis zinkbadet holdes ved 440 grader i 1 times plettering, observeres ingen reaktion ved fjernelse og inspektion. Det galvaniserede lag på prøven består derfor udelukkende af et rent zinklag. Dette sker, fordi aluminium reagerer med stålrøret og danner en FeAl3 (eller Fe2AlO) sammensat film, som hæmmer diffusionen af ​​jernioner mod zinklaget.
Som vist ovenfor er aluminiumindholdet en nøglefaktor i at ændre mikrostrukturen af ​​det galvaniserede lag. Når aluminiumindholdet er fast, påvirker andre procesparametre-inklusive zinknedsænkningstid, fluiditet (som vist i figur 3-5) og temperatur-også zinklagets mikrostruktur. Derfor er samspillet mellem disse tre faktorer i varmgalvaniseringsproduktionen styret af processpecifikationerne. Kun ved nøje at overholde de specificerede driftsbetingelser kan det ønskede galvaniserede lag opnås.
(3) Effekten af ​​jern i zinkbad udlignes, fordi aluminium kan kombineres med jern i zinkbad og danne tre forbindelser, nemlig FeAl, FeAl2 og FeAl3, hvilket reducerer effekten på galvaniseret belægning.