60. W jaki sposób aluminium w stopionym cynku wpływa na-cynkowanie ogniowe?

Aluminium (A1) to srebrzysty-biały metal o strukturze krystalicznej-sześciennej (FCC) skupionej na powierzchni. Jego stała sieci wynosi 404959,6 nm, masa atomowa wynosi 26,8, temperatura topnienia 658 stopni i temperatura wrzenia 2000 stopni. Komercyjne produkty cynkowe nie zawierają aluminium, które jest celowo dodawane podczas-cynkowania ogniowego. Proces ten służy trzem kluczowym celom: zwiększeniu połysku powierzchni rur ze stali ocynkowanej, poprawie elastyczności, modyfikacji mikrostruktury warstwy stopu żelaza-cynku i neutralizacji wpływu żelaza w stopionym cynku. Szczegóły są następujące: (1) Aluminium poprawia połysk powierzchni i elastyczność rur stalowych ocynkowanych.
Teoretycznie do osiągnięcia tego celu wystarczyłaby jedynie zawartość aluminium w kąpieli cynkowej wynosząca 0,02%. Jednakże, ponieważ aluminium łatwo utlenia się na powierzchni cynku, dowody empiryczne sugerują, że konieczne jest dodanie około 0,2% glinu, aby utrzymać wymagany poziom 0,02%. Silne powinowactwo pomiędzy aluminium i tlenem tworzy warstwę tlenku glinu, która skutecznie blokuje dyfuzję tlenu, chroniąc zarówno leżące pod spodem stopione aluminium, jak i cynk przed utlenianiem. Ten mechanizm ochronny zapobiega również utlenianiu innych pierwiastków metalicznych w kąpieli cynkowej. Jak dobrze wiadomo, utlenianie cynku powoduje powstanie żółtego tlenku cynku, a tlenki ołowiu i kadmu wykazują podobne żółtawe odcienie. Bez ochronnej roli aluminium, ocynkowana powierzchnia zostałaby silnie poplamiona żółtymi związkami, co znacznie pogorszyłoby jej połysk. Dlatego dodanie odpowiedniej ilości aluminium jest niezbędne podczas-cynkowania ogniowego, aby uzyskać jasne wykończenie. Co więcej, 0,2% zawartość aluminium w kąpieli cynkowej nie tylko pozwala uzyskać optymalne wzory dekoracyjne, ale także zapewnia wyjątkową elastyczność warstwy ocynkowanej.
Amerykańskie Towarzystwo Testowania Materiałów (ASTM) zaleca jednak, aby nie stosować aluminium jako dodatku do rozjaśniającego metalu, a jeśli jest stosowany, jego zawartość powinna być ograniczona do mniej niż 0,01%.
(2) Zmiana mikrostruktury warstw ocynkowanych Teoretycznie zawartość aluminium w stopionym cynku wynosząca 0,2-0,3% jest wystarczająca do modyfikacji mikrostruktury warstw ocynkowanych. Jednak w praktycznej produkcji aluminium łatwo reaguje z tlenem zawartym w stopionym cynku, co prowadzi do jego zużycia. Aby utrzymać docelową zawartość glinu, należy dodać około 1,5% -3,5% glinu. Aby wykazać, jak zawartość aluminium wpływa na mikrostrukturę, analizujemy zmiany od niskiego do wysokiego stężenia aluminium: wzrost zawartości aluminium o 0,05% poprawia połysk powierzchni warstwy ocynkowanej, ale nie ma wpływu na jej mikrostrukturę. Warstwa ocynkowana zachowuje zatem ten sam skład, co ta wytworzona z czystego ciekłego cynku, składająca się z warstwy przylegającej (faza a), warstwy pośredniej (faza Y), lekko popękanej warstwy kraty (faza 81) i warstwy pływającej (faza S) czystego cynku (faza n). Kluczowa różnica polega na wyraźnej morfologii krystalicznej faz w porównaniu z czystą cieczą cynkową.
Gdy zawartość glinu w ciekłym cynku wynosi 0,1%, krystalizacja warstwy pływającej (3-fazowej) ma postać dużego bloku i nie jest to warstwa ciągła, ale rodzaj oddzielnych wtrąceń.
Gdy zawartość glinu w ciekłym cynku wynosi 0,15%, rozkład warstwy pływającej (faza 5) nie jest warstwą ciągłą, ale większymi, oddzielonymi skupiskami krystalicznymi, a jedynie warstwa siatki (faza 81) ma nieco bardziej gęstą strukturę.
Gdy zawartość aluminium w kąpieli cynkowej osiągnie 0,24%, efekt tworzenia stopu staje się wysoce skuteczny w zapobieganiu korozji. Jeśli kąpiel cynkową utrzymuje się w temperaturze 440 stopni przez 1 godzinę powlekania, po usunięciu i kontroli nie obserwuje się żadnej reakcji. W rezultacie warstwa cynku na próbce składa się wyłącznie z warstwy czystego cynku. Dzieje się tak, ponieważ aluminium reaguje z rurą stalową, tworząc warstwę związku FeAl₃ (lub Fe₂AlO), która hamuje dyfuzję jonów żelaza w kierunku warstwy cynku.
Jak wykazano powyżej, zawartość aluminium jest kluczowym czynnikiem zmieniającym mikrostrukturę warstwy ocynkowanej. Gdy zawartość aluminium jest stała, inne parametry procesu,-w tym czas zanurzenia w cynku, płynność (jak pokazano na rysunku 3-5) i temperatura-również wpływają na mikrostrukturę warstwy cynku. Dlatego w produkcji cynkowania ogniowego wzajemne oddziaływanie tych trzech czynników jest regulowane przez specyfikacje procesu. Tylko przy ścisłym przestrzeganiu określonych warunków pracy można uzyskać pożądaną warstwę cynkową.
(3) Wpływ żelaza w kąpieli cynkowej jest równoważony, ponieważ aluminium może łączyć się z żelazem w kąpieli cynkowej, tworząc trzy związki, mianowicie FeAl, FeAl2 i FeAl3, co zmniejsza wpływ na powłokę ocynkowaną.