60. Welke invloed heeft aluminium in gesmolten zink op thermisch verzinken-?

Aluminium (A1) is een zilverachtig-wit metaal met een vlak-gecentreerde kubieke (FCC) kristalstructuur. De roosterconstante meet 404959,6 nm, de atoommassa is 26,8, het smeltpunt 658 graden en het kookpunt 2000 graden. Commerciële zinkproducten bevatten geen aluminium, dat opzettelijk wordt toegevoegd tijdens thermisch verzinken. Dit proces dient drie belangrijke doelen: het verbeteren van de glans van het oppervlak van gegalvaniseerde stalen buizen, het verbeteren van de flexibiliteit, het wijzigen van de microstructuur van de ijzer-zinklegeringslaag en het neutraliseren van de effecten van ijzer in het gesmolten zink. De details zijn als volgt: (1) Aluminium verbetert de oppervlakteglans en flexibiliteit van gegalvaniseerde stalen buizen.
Theoretisch zou slechts een aluminiumgehalte van 0,02% in het zinkbad voldoende zijn om dit doel te bereiken. Omdat aluminium echter gemakkelijk op het zinkoppervlak oxideert, suggereert empirisch bewijs dat het toevoegen van ongeveer 0,2% aluminium noodzakelijk is om het vereiste niveau van 0,02% te handhaven. De sterke affiniteit tussen aluminium en zuurstof vormt een aluminiumoxidelaag die de zuurstofdiffusie effectief blokkeert, waardoor zowel het onderliggende gesmolten aluminium als het zink tegen oxidatie worden beschermd. Dit beschermingsmechanisme voorkomt tevens oxidatie van andere metaalelementen in het zinkbad. Zoals algemeen bekend is, produceert zinkoxidatie geel zinkoxide, en vertonen lood- en cadmiumoxiden soortgelijke geelachtige tinten. Zonder de beschermende rol van aluminium zou het gegalvaniseerde oppervlak zwaar bevlekt raken met gele verbindingen, waardoor de glans aanzienlijk zou worden aangetast. Daarom is het toevoegen van de juiste hoeveelheid aluminium bij thermisch verzinken essentieel om een ​​glanzende afwerking te verkrijgen. Bovendien zorgt een aluminiumgehalte van 0,2% in het zinkbad niet alleen voor optimale decoratieve patronen, maar zorgt het ook voor een uitzonderlijke flexibiliteit in de verzinkte laag.
De American Society for Testing Materials (ASTM) beveelt echter aan om aluminium niet te gebruiken als glansmiddel voor metaal, en als het wel wordt gebruikt, moet het gehalte ervan beperkt blijven tot minder dan 0,01%.
(2) Het veranderen van de microstructuur van gegalvaniseerde lagen Theoretisch is een aluminiumgehalte van 0,2-0,3% in gesmolten zink voldoende om de microstructuur van gegalvaniseerde lagen te wijzigen. Bij de praktische productie reageert aluminium echter gemakkelijk met zuurstof in het gesmolten zink, wat leidt tot verbruik ervan. Om het beoogde aluminiumgehalte te behouden, moet ongeveer 1,5%-3,5% aluminium worden toegevoegd. Om aan te tonen hoe het aluminiumgehalte de microstructuur beïnvloedt, analyseren we de veranderingen van lage naar hoge aluminiumconcentraties: een toename van 0,05% in het aluminiumgehalte verbetert de oppervlakteglans van de gegalvaniseerde laag, maar heeft geen effect op de microstructuur ervan. Zo behoudt de verzinkte laag dezelfde samenstelling als die geproduceerd uit pure zinkvloeistof, bestaande uit een hechtlaag (Fase a), een tussenlaag (Fase Y), een licht gescheurde roosterlaag (Fase 81) en een drijflaag (Fase S) van puur zink (Fase n). Het belangrijkste verschil ligt in de duidelijke kristallijne morfologie van de fasen vergeleken met pure zinkvloeistof.
Wanneer het aluminiumgehalte in zinkvloeistof 0,1% bedraagt, heeft de kristallisatie van de drijvende laag (3-fasen) de vorm van een groot blok en is het geen continue laag, maar een soort gescheiden insluitsels.
Wanneer het aluminiumgehalte in zinkvloeistof 0,15% bedraagt, is de verdeling van de drijflaag (fase 5) geen continue laag, maar enkele grotere, gescheiden kristallijne clusters, en vertoont alleen de roosterlaag (fase 81) een iets dichtere structuur.
Wanneer het aluminiumgehalte in het zinkbad 0,24% bereikt, wordt het legeringseffect zeer effectief bij het voorkomen van corrosie. Als het zinkbad gedurende 1 uur galvaniseren op 440 graden wordt gehouden, wordt er bij verwijdering en inspectie geen reactie waargenomen. De verzinkte laag op het monster bestaat dus uitsluitend uit een zuivere zinklaag. Dit gebeurt omdat aluminium reageert met de stalen buis en een FeAl₃ (of Fe₂AlO) samengestelde film vormt, die de diffusie van ijzerionen naar de zinklaag remt.
Zoals hierboven aangetoond, is het aluminiumgehalte een sleutelfactor bij het veranderen van de microstructuur van de gegalvaniseerde laag. Wanneer het aluminiumgehalte vastligt, beïnvloeden andere procesparameters-waaronder de zinkdompeltijd, vloeibaarheid (zoals weergegeven in figuur 3-5) en temperatuur-ook de microstructuur van de zinklaag. Daarom wordt bij de productie van thermisch verzinken de wisselwerking tussen deze drie factoren bepaald door de processpecificaties. Alleen door het strikt naleven van de opgegeven bedrijfsomstandigheden kan de gewenste verzinkte laag worden gerealiseerd.
(3) Het effect van ijzer in het zinkbad wordt gecompenseerd omdat aluminium zich kan combineren met ijzer in het zinkbad en drie verbindingen kan vormen, namelijk FeAl, FeAl2 en FeAl3, waardoor het effect op de gegalvaniseerde coating wordt verminderd.