60. Com afecta l'alumini al zinc fos la galvanització per immersió en calent?

L'alumini (A1) és un metall platejat-blanc amb una estructura de cristall cúbica-centrada (FCC). La seva constant de gelosia mesura 404959,6 nm, la massa atòmica és de 26,8, el punt de fusió de 658 graus i el punt d'ebullició de 2000 graus. Els productes comercials de zinc no contenen alumini, que s'afegeix intencionadament durant la galvanització en calent-. Aquest procés té tres finalitats clau: millorar la brillantor de la superfície de la canonada d'acer galvanitzat, millorar la flexibilitat, modificar la microestructura de la capa d'aliatge de zinc-ferro i neutralitzar els efectes del ferro en el zinc fos. Els detalls són els següents: (1) L'alumini millora la brillantor de la superfície i la flexibilitat de les canonades d'acer galvanitzat.
Teòricament, només el 0,02% de contingut d'alumini en bany de zinc seria suficient per aconseguir aquest objectiu. Tanmateix, atès que l'alumini s'oxida fàcilment a la superfície del zinc, l'evidència empírica suggereix afegir aproximadament un 0,2% d'alumini per mantenir el nivell requerit del 0,02%. La forta afinitat entre l'alumini i l'oxigen forma una capa d'òxid d'alumini que bloqueja eficaçment la difusió de l'oxigen, protegint tant l'alumini fos subjacent com el zinc de l'oxidació. Aquest mecanisme protector també evita l'oxidació d'altres elements metàl·lics al bany de zinc. Com és ben sabut, l'oxidació del zinc produeix òxid de zinc groc, i els òxids de plom i cadmi presenten matisos groguencs similars. Sense el paper protector de l'alumini, la superfície galvanitzada es tacaria molt amb compostos grocs, comprometent significativament la seva brillantor. Per tant, afegir una quantitat adequada d'alumini és essencial en la galvanització per immersió en calent-per aconseguir un acabat brillant. A més, un contingut d'alumini del 0,2% al bany de zinc no només produeix patrons decoratius òptims, sinó que també garanteix una flexibilitat excepcional en la capa galvanitzada.
Tanmateix, la Societat Americana de Proves de Materials (ASTM) recomana que l'alumini no s'ha d'utilitzar com a additiu metàl·lic brillant i, si s'utilitza, el seu contingut s'ha de limitar a menys del 0,01%.
(2) Alteració de la microestructura de les capes galvanitzades Teòricament, un contingut d'alumini del 0,2-0,3% en zinc fos és suficient per modificar la microestructura de les capes galvanitzades. Tanmateix, en la producció pràctica, l'alumini reacciona fàcilment amb l'oxigen del zinc fos, donant lloc al seu consum. Per mantenir el contingut d'alumini objectiu, s'ha d'afegir aproximadament un 1,5%-3,5% d'alumini. Per demostrar com el contingut d'alumini afecta la microestructura, analitzem els canvis de concentracions d'alumini baixes a altes: un augment del 0,05% del contingut d'alumini millora la brillantor superficial de la capa galvanitzada però no té cap efecte sobre la seva microestructura. Així, la capa galvanitzada conserva la mateixa composició que la produïda a partir del líquid de zinc pur, formada per una capa adherent (Fase a), una capa intermèdia (Fase Y), una capa de reixeta lleugerament esquerdada (Fase 81) i una capa flotant (Fase S) de zinc pur (Fase n). La diferència clau rau en la diferent morfologia cristal·lina de les fases en comparació amb el líquid de zinc pur.
Quan el contingut d'alumini en líquid de zinc és del 0,1%, la cristal·lització de la capa flotant (3 fases) té la forma d'un bloc gran i no és una capa contínua, sinó una mena d'inclusions separades.
Quan el contingut d'alumini en líquid de zinc és del 0,15%, la distribució de la capa flotant (fase 5) no és una capa contínua, sinó alguns cúmuls cristal·lins més grans i separats, i només la capa de quadrícula (fase 81) presenta una estructura lleugerament més densa.
Quan el contingut d'alumini al bany de zinc arriba al 0,24%, l'efecte d'aliatge esdevé molt eficaç per prevenir la corrosió. Si el bany de zinc es manté a 440 graus durant 1 hora de revestiment, no s'observa cap reacció després de l'eliminació i la inspecció. En conseqüència, la capa galvanitzada de la mostra consta únicament d'una capa de zinc pur. Això passa perquè l'alumini reacciona amb la canonada d'acer per formar una pel·lícula composta de FeAl₃ (o Fe₂AlO), que inhibeix la difusió dels ions de ferro cap a la capa de zinc.
Com s'ha demostrat anteriorment, el contingut d'alumini és un factor clau per alterar la microestructura de la capa galvanitzada. Quan es fixa el contingut d'alumini, altres paràmetres del procés-incloent el temps d'immersió del zinc, la fluïdesa (com es mostra a la figura 3-5) i la temperatura-també influeixen en la microestructura de la capa de zinc. Per tant, en la producció de galvanització en calent, la interacció entre aquests tres factors es regeix per les especificacions del procés. Només complint estrictament les condicions de funcionament especificades es pot aconseguir la capa galvanitzada desitjada.
(3) L'efecte del ferro al bany de zinc es compensa perquè l'alumini es pot combinar amb el ferro al bany de zinc per formar tres compostos, a saber, FeAl, FeAl2 i FeAl3, que redueix l'efecte sobre el recobriment galvanitzat.