60. Πώς επηρεάζει το αλουμίνιο σε λιωμένο ψευδάργυρο τον γαλβανισμό εν θερμώ-;

Το αλουμίνιο (A1) είναι ένα ασημί-λευκό μέταλλο με κρυσταλλική δομή με όψη-κεντρική κυβική (FCC). Η σταθερά του πλέγματος είναι 404959,6 nm, η ατομική μάζα είναι 26,8, το σημείο τήξης 658 μοίρες και το σημείο βρασμού 2000 μοίρες. Τα προϊόντα ψευδάργυρου του εμπορίου δεν περιέχουν αλουμίνιο, το οποίο προστίθεται σκόπιμα κατά τη διάρκεια του γαλβανισμού εν θερμώ-. Αυτή η διαδικασία εξυπηρετεί τρεις βασικούς σκοπούς: ενίσχυση της γυαλάδας της επιφάνειας του γαλβανισμένου χαλύβδινου σωλήνα, βελτίωση της ευελιξίας, τροποποίηση της μικροδομής του στρώματος κράματος σιδήρου{11}}και εξουδετέρωση των επιδράσεων του σιδήρου στον τετηγμένο ψευδάργυρο. Οι λεπτομέρειες είναι οι εξής: (1) Το αλουμίνιο βελτιώνει την επιφανειακή στιλπνότητα και την ευκαμψία των γαλβανισμένων χαλύβδινων σωλήνων.
Θεωρητικά, μόνο 0,02% περιεκτικότητα σε αλουμίνιο σε λουτρό ψευδαργύρου θα αρκούσε για την επίτευξη αυτού του στόχου. Ωστόσο, δεδομένου ότι το αλουμίνιο οξειδώνεται εύκολα στην επιφάνεια του ψευδαργύρου, εμπειρικά στοιχεία υποδηλώνουν ότι είναι απαραίτητη η προσθήκη περίπου 0,2% αλουμινίου για να διατηρηθεί το απαιτούμενο επίπεδο 0,02%. Η ισχυρή συγγένεια μεταξύ αλουμινίου και οξυγόνου σχηματίζει ένα στρώμα οξειδίου του αλουμινίου που εμποδίζει αποτελεσματικά τη διάχυση του οξυγόνου, προστατεύοντας τόσο το υποκείμενο λιωμένο αλουμίνιο όσο και τον ψευδάργυρο από την οξείδωση. Αυτός ο προστατευτικός μηχανισμός αποτρέπει επίσης την οξείδωση άλλων μεταλλικών στοιχείων στο λουτρό ψευδαργύρου. Όπως είναι γνωστό, η οξείδωση του ψευδαργύρου παράγει κίτρινο οξείδιο του ψευδαργύρου και τα οξείδια του μολύβδου και του καδμίου παρουσιάζουν παρόμοιες κιτρινωπές αποχρώσεις. Χωρίς τον προστατευτικό ρόλο του αλουμινίου, η γαλβανισμένη επιφάνεια θα λερωθεί έντονα με κίτρινες ενώσεις, με αποτέλεσμα να διακυβεύεται σημαντικά η λάμψη της. Επομένως, η προσθήκη κατάλληλης ποσότητας αλουμινίου είναι απαραίτητη στον γαλβανισμό εν θερμώ-για να επιτύχετε ένα λαμπερό φινίρισμα. Επιπλέον, η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο 0,2% στο λουτρό ψευδαργύρου όχι μόνο αποδίδει βέλτιστα διακοσμητικά σχέδια αλλά και εξασφαλίζει εξαιρετική ευελιξία στο γαλβανισμένο στρώμα.
Ωστόσο, η American Society for Testing Materials (ASTM) συνιστά ότι το αλουμίνιο δεν πρέπει να χρησιμοποιείται ως πρόσθετο λαμπρυντικού μετάλλου και, εάν χρησιμοποιείται, η περιεκτικότητά του θα πρέπει να περιορίζεται σε λιγότερο από 0,01%.
(2) Αλλαγή της μικροδομής των γαλβανισμένων στρωμάτων Θεωρητικά, μια περιεκτικότητα σε αλουμίνιο 0,2-0,3% σε τετηγμένο ψευδάργυρο είναι αρκετή για να τροποποιήσει τη μικροδομή των γαλβανισμένων στρωμάτων. Ωστόσο, στην πρακτική παραγωγή, το αλουμίνιο αντιδρά εύκολα με το οξυγόνο στον λιωμένο ψευδάργυρο, οδηγώντας στην κατανάλωσή του. Για να διατηρηθεί η επιθυμητή περιεκτικότητα σε αλουμίνιο, πρέπει να προστεθεί περίπου 1,5%-3,5% αλουμίνιο. Για να δείξουμε πώς η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο επηρεάζει τη μικροδομή, αναλύουμε τις αλλαγές από τις χαμηλές σε υψηλές συγκεντρώσεις αλουμινίου: Μια αύξηση 0,05% στην περιεκτικότητα σε αλουμίνιο ενισχύει τη γυαλάδα της επιφάνειας του γαλβανισμένου στρώματος αλλά δεν έχει καμία επίδραση στη μικροδομή του. Έτσι, το γαλβανισμένο στρώμα διατηρεί την ίδια σύνθεση με εκείνη που παράγεται από καθαρό υγρό ψευδάργυρου, που αποτελείται από ένα προσκολλητικό στρώμα (Φάση α), ένα ενδιάμεσο στρώμα (Φάση Υ), ένα ελαφρώς ραγισμένο στρώμα τριψίματος (Φάση 81) και ένα επιπλέον στρώμα (Φάση S) από καθαρό ψευδάργυρο (Φάση n). Η βασική διαφορά έγκειται στη διακριτή κρυσταλλική μορφολογία των φάσεων σε σύγκριση με το καθαρό υγρό ψευδάργυρου.
Όταν η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο στο υγρό ψευδάργυρο είναι 0,1%, η κρυστάλλωση του πλωτού στρώματος (3 φάση) έχει τη μορφή ενός μεγάλου μπλοκ και δεν είναι ένα συνεχές στρώμα, αλλά ένα είδος διαχωρισμένων εγκλεισμάτων.
Όταν η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο στο υγρό ψευδάργυρο είναι 0,15%, η κατανομή του επιπλέοντος στρώματος (φάση 5) δεν είναι συνεχές στρώμα, αλλά μερικά μεγαλύτερα, διαχωρισμένα κρυσταλλικά σμήνη και μόνο το στρώμα πλέγματος (φάση 81) παρουσιάζει μια ελαφρώς πιο πυκνή δομή.
Όταν η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο στο λουτρό ψευδαργύρου φτάσει το 0,24%, το αποτέλεσμα του κράματος γίνεται εξαιρετικά αποτελεσματικό στην πρόληψη της διάβρωσης. Εάν το λουτρό ψευδαργύρου διατηρείται στους 440 βαθμούς για 1 ώρα επιμετάλλωσης, δεν παρατηρείται αντίδραση κατά την αφαίρεση και την επιθεώρηση. Κατά συνέπεια, το γαλβανισμένο στρώμα στο δείγμα αποτελείται αποκλειστικά από ένα στρώμα καθαρού ψευδαργύρου. Αυτό συμβαίνει επειδή το αλουμίνιο αντιδρά με τον χαλύβδινο σωλήνα για να σχηματίσει μια σύνθετη μεμβράνη FeAl3 (ή Fe2AlO), η οποία αναστέλλει τη διάχυση ιόντων σιδήρου προς το στρώμα ψευδαργύρου.
Όπως αποδείχθηκε παραπάνω, η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο είναι ένας βασικός παράγοντας για την αλλαγή της μικροδομής του γαλβανισμένου στρώματος. Όταν η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο είναι σταθερή, άλλες παράμετροι διεργασίας-συμπεριλαμβανομένου του χρόνου εμβάπτισης ψευδαργύρου, της ρευστότητας (όπως φαίνεται στο σχήμα 3-5) και της θερμοκρασίας- επηρεάζουν επίσης τη μικροδομή του στρώματος ψευδαργύρου. Επομένως, στην παραγωγή γαλβανισμού εν θερμώ, η αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών των τριών παραγόντων διέπεται από τις προδιαγραφές της διαδικασίας. Μόνο με την αυστηρή τήρηση των καθορισμένων συνθηκών λειτουργίας μπορεί να επιτευχθεί η επιθυμητή γαλβανισμένη στρώση.
(3) Η επίδραση του σιδήρου στο λουτρό ψευδαργύρου αντισταθμίζεται επειδή το αλουμίνιο μπορεί να συνδυαστεί με το σίδηρο στο λουτρό ψευδαργύρου για να σχηματίσει τρεις ενώσεις, συγκεκριμένα FeAl, FeAl2 και FeAl3, γεγονός που μειώνει την επίδραση στη γαλβανισμένη επίστρωση.