60. Jak hliník v roztaveném zinku ovlivňuje žárové-zinkování?

Hliník (A1) je stříbřitý-bílý kov s krychlovou (FCC) krystalovou strukturou se středem obličeje-. Jeho mřížková konstanta měří 404959,6 nm, atomová hmotnost je 26,8, bod tání 658 stupňů a bod varu 2000 stupňů. Komerční výrobky zinku neobsahují hliník, který se záměrně přidává během žárového zinkování-. Tento proces slouží třem hlavním účelům: zvýšení lesku povrchu galvanizované ocelové trubky, zlepšení flexibility, úprava mikrostruktury vrstvy slitiny železa-zinku a neutralizace účinků železa v roztaveném zinku. Podrobnosti jsou následující: (1) Hliník zlepšuje povrchový lesk a flexibilitu galvanizovaných ocelových trubek.
Teoreticky by k dosažení tohoto cíle stačilo pouze 0,02 % obsahu hliníku v zinkové lázni. Protože však hliník na zinkovém povrchu snadno oxiduje, empirické důkazy naznačují, že k udržení požadované úrovně 0,02 % je nutné přidat přibližně 0,2 % hliníku. Silná afinita mezi hliníkem a kyslíkem vytváří vrstvu oxidu hlinitého, která účinně blokuje difúzi kyslíku a chrání jak roztavený hliník, tak zinek před oxidací. Tento ochranný mechanismus také zabraňuje oxidaci ostatních kovových prvků v zinkové lázni. Jak je dobře známo, oxidací zinku vzniká žlutý oxid zinečnatý a oxidy olova a kadmia vykazují podobné nažloutlé odstíny. Bez ochranné role hliníku by se galvanizovaný povrch silně zabarvil žlutými sloučeninami, což by výrazně narušilo jeho lesk. Proto je při žárovém zinkování-základní přidání přiměřeného množství hliníku, aby se dosáhlo lesklého povrchu. Navíc 0,2% obsah hliníku v zinkové lázni poskytuje nejen optimální dekorativní vzory, ale také zajišťuje výjimečnou flexibilitu v galvanizované vrstvě.
Americká společnost pro testování materiálů (ASTM) však doporučuje, aby se hliník nepoužíval jako zjasňující kovová přísada a pokud je použit, jeho obsah by měl být omezen na méně než 0,01 %.
(2) Změna mikrostruktury galvanizovaných vrstev Teoreticky je obsah hliníku 0,2-0,3 % v roztaveném zinku dostatečný pro modifikaci mikrostruktury galvanizovaných vrstev. Při praktické výrobě však hliník snadno reaguje s kyslíkem v roztaveném zinku, což vede k jeho spotřebě. Pro udržení cílového obsahu hliníku je třeba přidat přibližně 1,5 % až 3,5 % hliníku. Abychom demonstrovali, jak obsah hliníku ovlivňuje mikrostrukturu, analyzujeme změny z nízkých na vysoké koncentrace hliníku: Zvýšení obsahu hliníku o 0,05 % zvyšuje povrchový lesk galvanizované vrstvy, ale nemá žádný vliv na její mikrostrukturu. Pozinkovaná vrstva si tak zachovává stejné složení jako ta vyrobená z čistého zinku, sestávající z přilnavé vrstvy (fáze a), mezivrstvy (fáze Y), mírně popraskané mřížkové vrstvy (fáze 81) a plovoucí vrstvy (fáze S) čistého zinku (fáze n). Klíčový rozdíl spočívá ve výrazné krystalické morfologii fází ve srovnání s čistou zinkovou kapalinou.
Když je obsah hliníku v zinkové kapalině 0,1 %, krystalizace plovoucí vrstvy (3 fáze) je ve formě velkého bloku a nejedná se o souvislou vrstvu, ale o jakési oddělené vměstky.
Když je obsah hliníku v zinkové kapalině 0,15 %, distribuce plovoucí vrstvy (fáze 5) není souvislá vrstva, ale některé větší, oddělené krystalické shluky a pouze vrstva mřížky (fáze 81) představuje o něco hustší strukturu.
Když obsah hliníku v zinkové lázni dosáhne 0,24 %, legovací efekt se stává vysoce účinným při prevenci koroze. Pokud je zinková lázeň udržována na 440 stupních po dobu 1 hodiny pokovování, není po odstranění a kontrole pozorována žádná reakce. V důsledku toho pozinkovaná vrstva na vzorku sestává pouze z čisté zinkové vrstvy. K tomu dochází, protože hliník reaguje s ocelovou trubkou a vytváří film sloučeniny FeAl3 (nebo Fe2AlO), který brání difúzi iontů železa směrem k vrstvě zinku.
Jak bylo ukázáno výše, obsah hliníku je klíčovým faktorem při změně mikrostruktury galvanizované vrstvy. Když je obsah hliníku pevný, ovlivňují mikrostrukturu zinkové vrstvy také další parametry procesu-včetně doby ponoření zinku, tekutosti (jak je znázorněno na obrázku 3-5) a teploty-. Proto se při výrobě žárového zinkování souhra těchto tří faktorů řídí specifikací procesu. Pouze důsledným dodržováním stanovených provozních podmínek lze dosáhnout požadované pozinkované vrstvy.
(3) Účinek železa v zinkové lázni je kompenzován, protože hliník se může slučovat se železem v zinkové lázni za vzniku tří sloučenin, jmenovitě FeAl, FeAl2 a FeAl3, což snižuje účinek na galvanizovaný povlak.