60. Ako ovplyvňuje hliník v roztavenom zinku žiarové-pozinkovanie?

Hliník (A1) je strieborný-biely kov s kryštálovou štruktúrou v tvare kocky-v strede (FCC). Jeho mriežková konštanta meria 404959,6 nm, atómová hmotnosť je 26,8, bod topenia 658 stupňov a bod varu 2000 stupňov. Komerčné zinkové produkty neobsahujú hliník, ktorý sa zámerne pridáva počas žiarového zinkovania-. Tento proces slúži na tri kľúčové účely: zvýšenie lesku povrchu galvanizovanej oceľovej rúry, zlepšenie flexibility, úprava mikroštruktúry vrstvy zliatiny železa-zinku a neutralizácia účinkov železa v roztavenom zinku. Podrobnosti sú nasledovné: (1) Hliník zlepšuje povrchový lesk a flexibilitu pozinkovaných oceľových rúr.
Teoreticky by na dosiahnutie tohto cieľa stačil iba 0,02% obsah hliníka v zinkovom kúpeli. Keďže hliník na povrchu zinku ľahko oxiduje, empirické dôkazy naznačujú, že na udržanie požadovanej úrovne 0,02 % je potrebné pridať približne 0,2 % hliníka. Silná afinita medzi hliníkom a kyslíkom vytvára vrstvu oxidu hlinitého, ktorá účinne blokuje difúziu kyslíka a chráni tak roztavený hliník, ako aj zinok pred oxidáciou. Tento ochranný mechanizmus tiež zabraňuje oxidácii iných kovových prvkov v zinkovom kúpeli. Ako je dobre známe, oxidáciou zinku vzniká žltý oxid zinočnatý a oxidy olova a kadmia vykazujú podobné žltkasté odtiene. Bez ochrannej úlohy hliníka by sa galvanizovaný povrch silne zafarbil žltými zlúčeninami, čo by výrazne ohrozilo jeho lesk. Pri žiarovom zinkovaní-ponorom je preto pridanie primeraného množstva hliníka nevyhnutné na dosiahnutie lesklého povrchu. Okrem toho 0,2% obsah hliníka v zinkovom kúpeli poskytuje nielen optimálne dekoratívne vzory, ale tiež zaisťuje výnimočnú flexibilitu v galvanizovanej vrstve.
Americká spoločnosť pre testovanie materiálov (ASTM) však odporúča, aby sa hliník nepoužíval ako zjasňovacia kovová prísada a ak sa používa, jeho obsah by mal byť obmedzený na menej ako 0,01%.
(2) Zmena mikroštruktúry pozinkovaných vrstiev Teoreticky je obsah hliníka 0,2 až 0,3 % v roztavenom zinku dostatočný na úpravu mikroštruktúry pozinkovaných vrstiev. Pri praktickej výrobe však hliník ľahko reaguje s kyslíkom v roztavenom zinku, čo vedie k jeho spotrebe. Na udržanie cieľového obsahu hliníka je potrebné pridať približne 1,5 % - 3,5 % hliníka. Aby sme demonštrovali, ako obsah hliníka ovplyvňuje mikroštruktúru, analyzujeme zmeny z nízkych na vysoké koncentrácie hliníka: Zvýšenie obsahu hliníka o 0,05 % zvyšuje povrchový lesk galvanizovanej vrstvy, ale nemá žiadny vplyv na jej mikroštruktúru. Pozinkovaná vrstva si teda zachováva rovnaké zloženie ako tá, ktorá sa vyrába z čistého zinku, pozostáva z priľnavej vrstvy (fáza a), medzivrstvy (fáza Y), mierne popraskanej mriežkovej vrstvy (fáza 81) a plávajúcej vrstvy (fáza S) čistého zinku (fáza n). Kľúčový rozdiel spočíva v odlišnej kryštalickej morfológii fáz v porovnaní s čistou zinkovou kvapalinou.
Keď je obsah hliníka v zinkovej kvapaline 0,1 %, kryštalizácia plávajúcej vrstvy (3 fázy) je vo forme veľkého bloku a nejde o súvislú vrstvu, ale o druh oddelených inklúzií.
Keď je obsah hliníka v zinkovej kvapaline 0,15 %, distribúcia plávajúcej vrstvy (fáza 5) nie je súvislá vrstva, ale niektoré väčšie, oddelené kryštalické zhluky a iba mriežková vrstva (fáza 81) predstavuje o niečo hustejšiu štruktúru.
Keď obsah hliníka v zinkovom kúpeli dosiahne 0,24 %, legovací efekt sa stane vysoko účinným pri prevencii korózie. Ak sa zinkový kúpeľ udržiava pri teplote 440 stupňov počas 1 hodiny pokovovania, po odstránení a kontrole sa nepozoruje žiadna reakcia. V dôsledku toho pozinkovaná vrstva na vzorke pozostáva výlučne z vrstvy čistého zinku. K tomu dochádza, pretože hliník reaguje s oceľovou rúrkou za vzniku filmu zlúčeniny FeAl3 (alebo Fe2AlO), ktorý inhibuje difúziu iónov železa smerom k zinkovej vrstve.
Ako je uvedené vyššie, obsah hliníka je kľúčovým faktorom pri zmene mikroštruktúry galvanizovanej vrstvy. Keď je obsah hliníka pevný, ďalšie parametre procesu-vrátane času ponorenia zinku, tekutosti (ako je znázornené na obrázku 3-5) a teploty- tiež ovplyvňujú mikroštruktúru zinkovej vrstvy. Preto pri výrobe žiarového zinkovania sa súhra týchto troch faktorov riadi špecifikáciami procesu. Len pri dôslednom dodržiavaní stanovených prevádzkových podmienok je možné dosiahnuť požadovanú pozinkovanú vrstvu.
(3) Účinok železa v zinkovom kúpeli je kompenzovaný, pretože hliník sa môže spájať so železom v zinkovom kúpeli za vzniku troch zlúčenín, a to FeAl, FeAl2 a FeAl3, čo znižuje vplyv na galvanizovaný povlak.