Το αλουμίνιο (Al), με ασημί-λευκή εμφάνιση και κυβική δομή με επίκεντρο την όψη, έχει σταθερά πλέγματος 404959,6 νανόμετρα, σχετική ατομική μάζα 26,8, σημείο τήξης 658 μοίρες και σημείο βρασμού 2000 μοίρες. Το αλουμίνιο δεν υπάρχει φυσικά στον ψευδάργυρο του εμπορίου. Μάλλον, προστίθεται σκόπιμα κατά τις διεργασίες γαλβανισμού εν θερμώ. Οι σκοποί της προσθήκης αλουμινίου είναι η ενίσχυση της γυαλάδας της επίστρωσης ψευδαργύρου στους χαλύβδινους σωλήνες, η βελτίωση της ευκαμψίας τους, η αλλαγή της δομής του στρώματος κράματος σιδήρου-ψευδαργύρου και η εξουδετέρωση των επιδράσεων του σιδήρου στον τετηγμένο ψευδάργυρο. Αυτά είναι αναλυτικά παρακάτω:
(1) Το αλουμίνιο ενισχύει τη στιλπνότητα και την ευελιξία των σωλήνων από γαλβανισμένο χάλυβα
Θεωρητικά, για να επιτευχθούν αυτοί οι στόχοι, αρκεί μια περιεκτικότητα σε αλουμίνιο μόνο {{0}}.02% στον λιωμένο ψευδάργυρο. Ωστόσο, λόγω της ευαισθησίας του αλουμινίου στην οξείδωση στην επιφάνεια του τηγμένου ψευδαργύρου, μια εμπειρική προσθήκη αλουμινίου περίπου 0,2% είναι απαραίτητη για να διατηρηθεί η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο 0,02% στον τετηγμένο ψευδάργυρο. Το αλουμίνιο έχει υψηλή συγγένεια με το οξυγόνο, σχηματίζοντας ένα στρώμα αλουμίνας που εμποδίζει αποτελεσματικά τη διάχυση του οξυγόνου, προστατεύοντας τον υποκείμενο λιωμένο ψευδάργυρο και τον λιωμένο ψευδάργυρο από την οξείδωση. Ομοίως, άλλα μεταλλικά στοιχεία στον τετηγμένο ψευδάργυρο προστατεύονται επίσης από την οξείδωση. Ο οξειδωμένος ψευδάργυρος, ο μόλυβδος και το κάδμιο είναι κίτρινα και χωρίς αλουμίνιο, το γαλβανισμένο στρώμα θα περιέχει σημαντικά κίτρινα συστατικά, επηρεάζοντας αρνητικά τη γυαλάδα του. Ως εκ τούτου, μια ορισμένη ποσότητα αλουμινίου προστίθεται κατά τη διάρκεια του γαλβανισμού εν θερμώ για να ληφθεί ένα φωτεινό γαλβανισμένο στρώμα. Επιπλέον, όταν ο λιωμένος ψευδάργυρος περιέχει 0,2% αλουμίνιο, επιτυγχάνεται το καλύτερο σχέδιο και η ευκαμψία του γαλβανισμένου στρώματος είναι ιδιαίτερα καλή.
Ωστόσο, η Αμερικανική Εταιρεία Δοκιμών και Υλικών συνιστά να μην χρησιμοποιείται αλουμίνιο ως πρόσθετο λαμπρυντικού μετάλλου και, εάν χρησιμοποιείται, θα πρέπει να περιοριστεί κάτω από 0,01%.
(2) Αλλαγή της δομής του γαλβανισμένου στρώματος
Θεωρητικά, για να αλλοιωθεί η δομή του γαλβανισμένου στρώματος, αρκεί μια περιεκτικότητα σε αλουμίνιο από {{0}},2 έως 0,3% στον τετηγμένο ψευδάργυρο. Ωστόσο, στην πρακτική παραγωγή, το αλουμίνιο αντιδρά εύκολα με το οξυγόνο στον τετηγμένο ψευδάργυρο και καταναλώνεται, επομένως μια προσθήκη αλουμινίου περίπου 1,5% έως 3,5% είναι απαραίτητη για να διατηρηθεί η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο 0,2 έως 0,3%. Για να δείξουμε την επίδραση της περιεκτικότητας σε αλουμίνιο στη δομή του γαλβανισμένου στρώματος, ας εξετάσουμε τις αλλαγές στη δομή του γαλβανισμένου στρώματος καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο:
Η αύξηση της περιεκτικότητας σε αλουμίνιο σε 0,05% στον τετηγμένο ψευδάργυρο ενισχύει τη γυαλάδα της επιφάνειας του γαλβανισμένου στρώματος, αλλά δεν επηρεάζει τη δομή του. Επομένως, η γαλβανισμένη δομή είναι η ίδια με αυτή που λαμβάνεται από καθαρό τηγμένο ψευδάργυρο, που αποτελείται από ένα στρώμα προσκόλλησης (φάση α), ένα ενδιάμεσο στρώμα (φάση), ένα ελαφρώς ραγισμένο στρώμα (φάση δ1), ένα επιπλέον στρώμα (φάση S), και ένα στρώμα καθαρού ψευδαργύρου (φάση η). Η διαφορά από το γαλβανισμένο στρώμα από καθαρό λιωμένο ψευδάργυρο είναι στο κρυσταλλικό σχήμα των φάσεων.
Όταν η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο στον τετηγμένο ψευδάργυρο είναι 0.1%, οι κρύσταλλοι της αιωρούμενης στρώσης (φάση S) υπάρχουν σε μεγάλα μπλοκ και δεν είναι πλέον διατεταγμένοι σε συνεχές στρώμα αλλά ως χωριστά εγκλείσματα.
Όταν η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο στον τετηγμένο ψευδάργυρο είναι 0.15%, η κατανομή του επιπλέοντος στρώματος (φάση S) δεν είναι επίσης συνεχής, αλλά αποτελείται από μεγαλύτερα, αμοιβαία διαχωρισμένα κρυσταλλικά σμήνη, με μόνο το στρώμα (φάση δ1) παρουσιάζοντας μια ελαφρώς πυκνότερη δομή.
Όταν η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο στον τετηγμένο ψευδάργυρο είναι 0.24%, η επίδραση της αναστολής της χάραξης (κράματος) είναι ισχυρή. Εάν ο γαλβανισμός γίνει σε θερμοκρασία 440 βαθμών για 1 ώρα σε αυτόν τον λιωμένο ψευδάργυρο και στη συνέχεια επιθεωρηθεί, δεν υπάρχει αντίδραση. Επομένως, υπάρχει μόνο ένα στρώμα καθαρού ψευδαργύρου στο γαλβανισμένο δείγμα. Αυτό συμβαίνει επειδή η αντίδραση μεταξύ αλουμινίου και χάλυβα παράγει ένα λεπτό φιλμ FeAl3 (ή Fe2Al5 σύμφωνα με ορισμένες πηγές), το οποίο εμποδίζει τη διάχυση των ιόντων σιδήρου προς τον ψευδάργυρο.
Από τα παραπάνω, η ποσότητα του αλουμινίου είναι ένας σημαντικός παράγοντας για την αλλαγή της δομής του γαλβανισμένου στρώματος. Όταν η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο είναι σταθερή, οι παράμετροι της διαδικασίας όπως ο χρόνος γαλβανισμού, η ρευστότητα (όπως φαίνεται στο σχήμα 3-5) και η θερμοκρασία γαλβανισμού επηρεάζουν επίσης την αλλαγή στη δομή του στρώματος ψευδαργύρου. Επομένως, στην παραγωγή γαλβανισμού εν θερμώ, η σχέση μεταξύ αυτών των τριών παραγόντων καθορίζεται από τις προδιαγραφές της διαδικασίας και μόνο υπό αυστηρά ελεγχόμενες συνθήκες λειτουργίας μπορεί να επιτευχθεί το επιθυμητό γαλβανισμένο στρώμα.
(3) Αντιμετώπιση των επιδράσεων του σιδήρου στον λιωμένο ψευδάργυρο
Το αλουμίνιο αντιδρά με τον σίδηρο σε τετηγμένο ψευδάργυρο για να σχηματίσει τρεις ενώσεις: FeAl, FeAl2 και FeAl3, μειώνοντας έτσι την επίδρασή του στο γαλβανισμένο στρώμα.
