60. Kako aluminijum u rastopljenom cinku utiče na vruće-pocinčavanje?

Aluminij (A1) je srebrnasto-bijeli metal sa-centriranom na lice kubične (FCC) kristalne strukture. Njegova konstanta rešetke iznosi 404959,6 nm, atomska masa je 26,8, tačka topljenja 658 stepeni, a tačka ključanja 2000 stepeni. Komercijalni proizvodi od cinka ne sadrže aluminijum, koji se namjerno dodaje tokom vrućeg{9}}pocinčavanja. Ovaj proces ima tri ključne svrhe: poboljšanje sjaja površine pocinčane čelične cijevi, poboljšanje fleksibilnosti, modificiranje mikrostrukture sloja legure gvožđa{11}}cinka i neutralisanje efekata gvožđa u rastopljenom cinku. Detalji su sljedeći: (1) Aluminij poboljšava sjaj površine i fleksibilnost pocinčanih čeličnih cijevi.
Teoretski, samo 0,02% sadržaja aluminijuma u kupki cinka bilo bi dovoljno za postizanje ovog cilja. Međutim, pošto aluminijum lako oksidira na površini cinka, empirijski dokazi sugerišu da je dodavanje približno 0,2% aluminijuma neophodno za održavanje potrebnog nivoa od 0,02%. Snažan afinitet između aluminijuma i kiseonika formira sloj aluminijum oksida koji efikasno blokira difuziju kiseonika, štiteći i rastopljeni aluminijum i cink od oksidacije. Ovaj zaštitni mehanizam takođe sprečava oksidaciju drugih metalnih elemenata u cinkovom kupatilu. Kao što je poznato, oksidacija cinka proizvodi žuti cink oksid, a olovo i kadmijum oksidi pokazuju slične žućkaste nijanse. Bez zaštitne uloge aluminijuma, pocinkovana površina bi postala jako umrljana žutim jedinjenjima, što bi značajno ugrozilo njen sjaj. Zbog toga je dodavanje odgovarajuće količine aluminijuma neophodno za vruće-pocinčavanje da bi se postigla sjajna završna obrada. Štaviše, sadržaj aluminijuma od 0,2% u kadi cinka ne samo da daje optimalne dekorativne uzorke, već i obezbeđuje izuzetnu fleksibilnost pocinkovanog sloja.
Međutim, Američko društvo za ispitivanje materijala (ASTM) preporučuje da se aluminij ne koristi kao aditiv za posvjetljivanje metala, a ako se koristi, njegov sadržaj treba ograničiti na manje od 0,01%.
(2) Promena mikrostrukture pocinkovanih slojeva Teoretski, sadržaj aluminijuma od 0,2-0,3% u rastopljenom cinku je dovoljan da modifikuje mikrostrukturu pocinkovanih slojeva. Međutim, u praktičnoj proizvodnji, aluminij lako reagira s kisikom u rastopljenom cinku, što dovodi do njegove potrošnje. Da bi se održao ciljni sadržaj aluminijuma, mora se dodati približno 1,5%-3,5% aluminijuma. Da bismo pokazali kako sadržaj aluminija utječe na mikrostrukturu, analiziramo promjene od niske do visoke koncentracije aluminija: povećanje sadržaja aluminija od 0,05% povećava sjaj površine pocinčanog sloja, ali nema utjecaja na njegovu mikrostrukturu. Dakle, pocinčani sloj zadržava isti sastav kao onaj proizveden od čiste tekućine cinka, a sastoji se od adhezivnog sloja (faza a), međusloja (faza Y), blago napuklog sloja rešetke (faza 81) i plutajućeg sloja (faza S) čistog cinka (faza n). Ključna razlika leži u jasnoj kristalnoj morfologiji faza u poređenju s čistom tekućinom cinka.
Kada je sadržaj aluminijuma u tečnosti cinka 0,1%, kristalizacija plutajućeg sloja (3 faze) je u obliku velikog bloka, i to nije kontinuirani sloj, već neka vrsta odvojenih inkluzija.
Kada je sadržaj aluminija u tekućini cinka 0,15%, distribucija plutajućeg sloja (faza 5) nije kontinuirani sloj, već neki veći, odvojeni kristalni klasteri, a samo mrežasti sloj (faza 81) predstavlja nešto gušću strukturu.
Kada sadržaj aluminijuma u kadi cinka dostigne 0,24%, efekat legure postaje veoma efikasan u sprečavanju korozije. Ako se cinkova kupka održava na 440 stepeni tokom 1 sata oblaganja, ne primećuje se reakcija nakon uklanjanja i pregleda. Posljedično, pocinčani sloj na uzorku sastoji se samo od čistog sloja cinka. To se događa zato što aluminijum reaguje sa čeličnom cevi da formira FeAl₃ (ili Fe₂AlO) složeni film, koji inhibira difuziju jona gvožđa prema sloju cinka.
Kao što je gore prikazano, sadržaj aluminija je ključni faktor u promjeni mikrostrukture pocinčanog sloja. Kada je sadržaj aluminijuma fiksiran, drugi parametri procesa-uključujući vrijeme potapanja cinka, fluidnost (kao što je prikazano na slici 3-5) i temperaturu-također utiču na mikrostrukturu sloja cinka. Stoga, u proizvodnji vrućeg pocinčavanja, međudjelovanje između ova tri faktora je vođeno specifikacijama procesa. Samo strogim pridržavanjem propisanih radnih uvjeta može se postići željeni pocinčani sloj.
(3) Efekat gvožđa u cinkovom kupatilu je neutralizovan jer se aluminijum može kombinovati sa gvožđem u cinkovom kupatilu i formirati tri jedinjenja, i to FeAl, FeAl2 i FeAl3, što smanjuje efekat na pocinkovanu prevlaku.