60. Hvordan påvirker aluminium i smeltet sink varmgalvaniseringen-?

Aluminium (A1) er et sølvaktig-hvitt metall med en flat-sentrert kubisk (FCC) krystallstruktur. Gitterkonstanten måler 404959,6 nm, atommasse er 26,8, smeltepunkt 658 grader og kokepunkt 2000 grader. Kommersielle sinkprodukter inneholder ikke aluminium, som tilsettes med hensikt under varm-forsinking. Denne prosessen tjener tre hovedformål: å forbedre glansen til den galvaniserte stålrøroverflaten, forbedre fleksibiliteten, modifisere mikrostrukturen til jern{11}sinklegeringslaget og nøytralisere effekten av jern i den smeltede sinken. Detaljene er som følger: (1) Aluminium forbedrer overflateglansen og fleksibiliteten til galvaniserte stålrør.
Teoretisk sett vil bare 0,02 % aluminiuminnhold i sinkbad være tilstrekkelig for å nå dette målet. Siden aluminium lett oksiderer på sinkoverflaten, tyder empiriske bevis på at det er nødvendig å tilsette omtrent 0,2 % aluminium for å opprettholde det nødvendige nivået på 0,02 %. Den sterke affiniteten mellom aluminium og oksygen danner et aluminiumoksidlag som effektivt blokkerer oksygendiffusjon, og beskytter både det underliggende smeltede aluminiumet og sink mot oksidasjon. Denne beskyttelsesmekanismen forhindrer også oksidasjon av andre metallelementer i sinkbadet. Som kjent produserer sinkoksydasjon gult sinkoksyd, og bly- og kadmiumoksyder har lignende gulaktige nyanser. Uten aluminiums beskyttende rolle ville den galvaniserte overflaten bli kraftig farget med gule forbindelser, noe som betydelig kompromittere glansen. Derfor er det viktig å tilsette en passende mengde aluminium ved varm-dypforsinking for å oppnå en lys finish. Dessuten gir et 0,2 % aluminiuminnhold i sinkbadet ikke bare optimale dekorative mønstre, men sikrer også eksepsjonell fleksibilitet i det galvaniserte laget.
Imidlertid anbefaler American Society for Testing Materials (ASTM) at aluminium ikke bør brukes som lysgjørende metalladditiv, og hvis det brukes, bør innholdet begrenses til mindre enn 0,01 %.
(2) Endre mikrostrukturen til galvaniserte lag Teoretisk sett er et aluminiuminnhold på 0,2-0,3 % i smeltet sink tilstrekkelig til å modifisere mikrostrukturen til galvaniserte lag. Men i praktisk produksjon reagerer aluminium lett med oksygen i smeltet sink, noe som fører til forbruk. For å opprettholde målet for aluminiuminnholdet må det tilsettes ca. 1,5 %-3,5 % aluminium. For å demonstrere hvordan aluminiuminnholdet påvirker mikrostrukturen, analyserer vi endringene fra lave til høye aluminiumkonsentrasjoner: En økning på 0,05 % i aluminiuminnholdet forbedrer overflateglansen til det galvaniserte laget, men har ingen effekt på mikrostrukturen. Dermed beholder det galvaniserte laget samme sammensetning som det som produseres av ren sinkvæske, bestående av et klebende lag (fase a), et mellomlag (fase Y), et lett oppsprukket gitterlag (fase 81), og et flytende lag (fase S) av ren sink (fase n). Hovedforskjellen ligger i den distinkte krystallinske morfologien til fasene sammenlignet med ren sinkvæske.
Når aluminiuminnholdet i sinkvæske er 0,1 %, er krystalliseringen av det flytende laget (3-fase) i form av en stor blokk, og det er ikke et kontinuerlig lag, men en slags separerte inneslutninger.
Når aluminiuminnholdet i sinkvæske er 0,15 %, er ikke fordelingen av flytelaget (fase 5) et sammenhengende lag, men noen større, separerte krystallinske klynger, og kun gitterlaget (fase 81) har en litt tettere struktur.
Når aluminiuminnholdet i sinkbadet når 0,24 %, blir legeringseffekten svært effektiv for å forhindre korrosjon. Hvis sinkbadet holdes ved 440 grader i 1 times plettering, observeres ingen reaksjon ved fjerning og inspeksjon. Følgelig består det galvaniserte laget på prøven utelukkende av et rent sinklag. Dette skjer fordi aluminium reagerer med stålrøret for å danne en FeAl3 (eller Fe2AlO) sammensatt film, som hemmer diffusjonen av jernioner mot sinklaget.
Som vist ovenfor, er aluminiuminnhold en nøkkelfaktor for å endre mikrostrukturen til det galvaniserte laget. Når aluminiuminnholdet er fast, påvirker andre prosessparametere-inkludert sinknedsenkningstid, flytbarhet (som vist i figur 3-5) og temperatur-også sinklagets mikrostruktur. Derfor, i varmgalvaniseringsproduksjon, er samspillet mellom disse tre faktorene styrt av prosessspesifikasjonene. Bare ved å strengt følge de spesifiserte driftsforholdene kan det ønskede galvaniserte laget oppnås.
(3) Effekten av jern i sinkbad er utlignet fordi aluminium kan kombineres med jern i sinkbad for å danne tre forbindelser, nemlig FeAl, FeAl2 og FeAl3, noe som reduserer effekten på galvanisert belegg.