60. Miten sulassa sinkissä oleva alumiini vaikuttaa kuumasinkitykseen?

Alumiini (A1) on hopeanhohtoinen-valkoinen metalli, jossa on pinta-keskitetty kuutio (FCC) kiderakenne. Sen hilavakio on 404959,6 nm, atomimassa on 26,8, sulamispiste 658 astetta ja kiehumispiste 2000 astetta. Kaupalliset sinkkituotteet eivät sisällä alumiinia, jota lisätään tarkoituksella kuumasinkityksen aikana. Tämä prosessi palvelee kolmea päätarkoitusta: parantaa galvanoidun teräsputken pinnan kiiltoa, parantaa joustavuutta, muuttaa rauta{11}}sinkkiseoskerroksen mikrorakennetta ja neutraloida raudan vaikutukset sulassa sinkissä. Yksityiskohdat ovat seuraavat: (1) Alumiini parantaa galvanoitujen teräsputkien pinnan kiiltoa ja joustavuutta.
Teoriassa vain 0,02 % alumiinipitoisuus sinkkikylvyssä riittäisi tämän tavoitteen saavuttamiseen. Koska alumiini kuitenkin hapettuu helposti sinkkipinnalla, empiiriset todisteet viittaavat siihen, että noin 0,2 % alumiinia on lisättävä vaaditun 0,02 % tason ylläpitämiseksi. Vahva affiniteetti alumiinin ja hapen välillä muodostaa alumiinioksidikerroksen, joka estää tehokkaasti hapen diffuusion ja suojaa sekä alla olevaa sulaa alumiinia että sinkkiä hapettumiselta. Tämä suojamekanismi estää myös muiden metallielementtien hapettumisen sinkkikylvyssä. Kuten hyvin tiedetään, sinkin hapettuminen tuottaa keltaista sinkkioksidia, ja lyijy- ja kadmiumoksidit osoittavat samanlaisia ​​kellertäviä sävyjä. Ilman alumiinin suojaavaa roolia galvanoitu pinta värjäytyisi voimakkaasti keltaisilla yhdisteillä, mikä heikentäisi merkittävästi sen kiiltoa. Siksi kuumasinkimisessä on välttämätöntä lisätä sopiva määrä alumiinia kirkkaan lopputuloksen saavuttamiseksi. Lisäksi 0,2 %:n alumiinipitoisuus sinkkikylvyssä ei ainoastaan ​​tuota optimaalisia koristekuvioita, vaan myös varmistaa galvanoidun kerroksen poikkeuksellisen joustavuuden.
American Society for Testing Materials (ASTM) suosittelee kuitenkin, että alumiinia ei tulisi käyttää kirkastavana metallin lisäaineena, ja jos sitä käytetään, sen pitoisuus tulisi rajoittaa alle 0,01 prosenttiin.
(2) Galvanoitujen kerrosten mikrorakenteen muuttaminen Teoreettisesti 0,2-0,3 % alumiinipitoisuus sulassa sinkissä on riittävä modifioimaan galvanoitujen kerrosten mikrorakennetta. Käytännön tuotannossa alumiini kuitenkin reagoi helposti sulan sinkin hapen kanssa, mikä johtaa sen kulutukseen. Alumiinitavoitteen säilyttämiseksi on lisättävä noin 1,5–3,5 % alumiinia. Havainnollistaaksemme alumiinipitoisuuden vaikutusta mikrorakenteeseen analysoimme alumiinipitoisuuden muutoksia alhaisista korkeisiin: Alumiinipitoisuuden 0,05 %:n lisäys parantaa galvanoidun kerroksen pintakiiltoa, mutta ei vaikuta sen mikrorakenteeseen. Siten sinkitty kerros säilyttää saman koostumuksen kuin puhtaasta sinkkinesteestä valmistettu, joka koostuu tarttuvasta kerroksesta (vaihe a), välikerroksesta (vaihe Y), hieman halkeilevasta ritiläkerroksesta (vaihe 81) ja kelluvasta kerroksesta (vaihe S) puhdasta sinkkiä (vaihe n). Keskeinen ero on faasien erillisessä kiteisessä morfologiassa verrattuna puhtaaseen sinkkinesteeseen.
Kun sinkkinesteen alumiinipitoisuus on 0,1 %, kelluvan kerroksen (3-faasinen) kiteytyminen on suuren lohkon muodossa, eikä se ole jatkuva kerros, vaan eräänlainen erillinen sulkeuma.
Kun sinkkinesteen alumiinipitoisuus on 0,15 %, kelluvan kerroksen (vaihe 5) jakauma ei ole jatkuva kerros, vaan joitain suurempia, erillisiä kiteisiä klustereita, ja vain ruudukkokerros (vaihe 81) on hieman tiheämpi rakenne.
Kun alumiinipitoisuus sinkkikylvyssä saavuttaa 0,24 %, seostusvaikutus tulee erittäin tehokkaaksi korroosion estämisessä. Jos sinkkikylpyä pidetään 440 asteessa 1 tunnin pinnoituksen ajan, mitään reaktiota ei havaita poiston ja tarkastuksen yhteydessä. Näin ollen näytteen galvanoitu kerros koostuu yksinomaan puhtaasta sinkkikerroksesta. Tämä johtuu siitä, että alumiini reagoi teräsputken kanssa muodostaen FeAl3- (tai Fe2AlO)-yhdistekalvon, joka estää rauta-ionien diffuusiota kohti sinkkikerrosta.
Kuten edellä on osoitettu, alumiinipitoisuus on avaintekijä sinkityn kerroksen mikrorakenteen muuttamisessa. Kun alumiinipitoisuus on kiinteä, muut prosessiparametrit-mukaan lukien sinkin upotusaika, juoksevuus (kuten kuvassa 3-5) ja lämpötila- vaikuttavat myös sinkkikerroksen mikrorakenteeseen. Siksi kuumasinkitystuotannossa näiden kolmen tekijän vuorovaikutusta säätelevät prosessin spesifikaatiot. Haluttu galvanoitu kerros voidaan saavuttaa vain noudattamalla tarkasti määriteltyjä käyttöolosuhteita.
(3) Raudan vaikutus sinkkikylvyssä on kompensoitunut, koska alumiini voi yhdistyä raudan kanssa sinkkikylvyssä muodostaen kolme yhdistettä, nimittäin FeAl, FeAl2 ja FeAl3, mikä vähentää vaikutusta galvanoituun pinnoitteeseen.