60. Hogyan hat az olvadt cinkben lévő alumínium a tüzihorganyzásra?

Az alumínium (A1) ezüstös{1}}fehér fém, amelynek felülete-központú köbös (FCC) kristályszerkezete van. Rácsállandója 404959,6 nm, atomtömege 26,8, olvadáspontja 658 fok, forráspontja 2000 fok. A kereskedelemben kapható cinktermékek nem tartalmaznak alumíniumot, amelyet szándékosan adnak hozzá a tűzihorganyzás során. Ez az eljárás három fő célt szolgál: fokozza a horganyzott acélcső felületének fényét, javítja a rugalmasságot, módosítja a vas-cinkötvözet réteg mikroszerkezetét, és semlegesíti a vas hatását az olvadt cinkben. A részletek a következők: (1) Az alumínium javítja a horganyzott acélcsövek felületi csillogását és rugalmasságát.
Elméletileg a cinkfürdőben mindössze 0,02% alumíniumtartalom elegendő lenne e cél eléréséhez. Mivel azonban az alumínium könnyen oxidálódik a cink felületén, tapasztalati bizonyítékok szerint körülbelül 0,2% alumínium hozzáadása szükséges a szükséges 0,02% szint fenntartásához. Az alumínium és az oxigén közötti erős affinitás alumínium-oxid réteget képez, amely hatékonyan blokkolja az oxigén diffúzióját, védve az alatta lévő olvadt alumíniumot és a cinket az oxidációtól. Ez a védőmechanizmus megakadályozza más fémelemek oxidációját is a cinkfürdőben. Mint ismeretes, a cink oxidációja sárga cink-oxidot eredményez, és az ólom- és kadmium-oxidok hasonló sárgás árnyalatokat mutatnak. Az alumínium védő szerepe nélkül a horganyzott felület erősen beszennyeződne sárga színű vegyületekkel, ami jelentősen rontja annak fényét. Ezért a tüzihorganyzásnál elengedhetetlen a megfelelő mennyiségű alumínium hozzáadása a fényes felület eléréséhez. Ezenkívül a cinkfürdő 0,2%-os alumíniumtartalma nemcsak optimális dekorációs mintákat eredményez, hanem kivételes rugalmasságot is biztosít a horganyzott rétegben.
Az American Society for Testing Materials (ASTM) azonban azt javasolja, hogy az alumíniumot ne használjuk fényesítő fémadalékként, és ha használják, akkor annak tartalmát 0,01% alá kell korlátozni.
(2) A horganyzott rétegek mikroszerkezetének megváltoztatása Elméletileg az olvadt cink 0,2-0,3%-os alumíniumtartalma elegendő a horganyzott rétegek mikroszerkezetének módosításához. A gyakorlati gyártás során azonban az alumínium könnyen reakcióba lép az olvadt cink oxigénjével, ami annak fogyasztásához vezet. A megcélzott alumíniumtartalom fenntartásához körülbelül 1,5–3,5% alumíniumot kell hozzáadni. Annak bemutatására, hogy az alumíniumtartalom hogyan befolyásolja a mikroszerkezetet, elemezzük az alacsony és a magas alumíniumkoncentráció közötti változásokat: Az alumíniumtartalom 0,05%-os növekedése javítja a horganyzott réteg felületi fényét, de nincs hatással a mikroszerkezetére. Így a horganyzott réteg megőrzi ugyanazt az összetételét, mint a tiszta cinkfolyadékból előállított réteg, amely egy tapadó rétegből (a fázis), egy közbenső rétegből (Y fázis), egy enyhén repedt rácsrétegből (81. fázis) és egy tiszta cinkből álló lebegő rétegből (S fázis) áll (n fázis). A legfontosabb különbség a fázisok eltérő kristályos morfológiájában rejlik a tiszta cinkfolyadékhoz képest.
Ha a cinkfolyadék alumíniumtartalma 0,1%, a lebegő réteg (3 fázis) kristályosodása nagy tömb formájában történik, és ez nem egy összefüggő réteg, hanem egyfajta elkülönített zárvány.
Ha a cinkfolyadék alumíniumtartalma 0,15%, a lebegő réteg (5. fázis) eloszlása ​​nem egy összefüggő réteg, hanem néhány nagyobb, különálló kristályos klaszter, és csak a rácsréteg (81. fázis) mutat valamivel sűrűbb szerkezetet.
Amikor a cinkfürdő alumíniumtartalma eléri a 0,24%-ot, az ötvözőhatás rendkívül hatékony a korrózió megelőzésében. Ha a cinkfürdőt 440 fokon tartjuk 1 órán át a bevonat során, akkor az eltávolítás és az ellenőrzés során nem figyelhető meg reakció. Következésképpen a mintán lévő horganyzott réteg kizárólag tiszta cinkrétegből áll. Ez azért fordul elő, mert az alumínium reakcióba lép az acélcsővel FeAl3 (vagy Fe2AlO) vegyületfilmet képezve, amely gátolja a vasionok diffúzióját a cinkréteg felé.
Mint fentebb bemutattuk, az alumíniumtartalom kulcsfontosságú tényező a horganyzott réteg mikroszerkezetének megváltoztatásában. Ha az alumíniumtartalom rögzített, más folyamatparaméterek -beleértve a cink bemerülési idejét, a folyékonyságot (lásd a 3. ábrát-5) és a hőmérsékletet- is befolyásolják a cinkréteg mikroszerkezetét. Ezért a tűzihorganyzás gyártása során e három tényező közötti kölcsönhatást a folyamat specifikációi szabályozzák. Csak a megadott üzemi feltételek szigorú betartásával érhető el a kívánt horganyzott réteg.
(3) A vas hatását a cinkfürdőben ellensúlyozza, mivel az alumínium a cinkfürdőben lévő vassal három vegyületet képezhet, nevezetesen FeAl, FeAl2 és FeAl3, ami csökkenti a horganyzott bevonatra gyakorolt ​​hatást.