Το αλουμίνιο (Al), το οποίο φαίνεται ασημί λευκό, ανήκει στην όψη-κεντρική κυβική δομή με 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. Ωστόσο, το αλουμίνιο προστίθεται σκόπιμα στον τετηγμένο ψευδάργυρο κατά τη διάρκεια του γαλβανισμού εν θερμώ. Σκοπός είναι η ενίσχυση της γυαλάδας της επικάλυψης ψευδαργύρου στους χαλύβδινους σωλήνες, η βελτίωση της ευκαμψίας της, η αλλαγή της δομής του στρώματος κράματος σιδήρου-ψευδαργύρου και η εξουδετέρωση της επίδρασης του σιδήρου στον τετηγμένο ψευδάργυρο. Αναλυτικά η ανάλυση έχει ως εξής:
(1) Το αλουμίνιο ενισχύει τη στιλπνότητα και την ευελιξία των σωλήνων από γαλβανισμένο χάλυβα.
Θεωρητικά, για να επιτευχθεί αυτό, αρκεί μόνο το {{0}}.02% αλουμίνιο στον λιωμένο ψευδάργυρο. Ωστόσο, δεδομένου ότι το αλουμίνιο οξειδώνεται εύκολα στην επιφάνεια του τηγμένου ψευδαργύρου, με βάση την εμπειρία, πρέπει να προστεθεί περίπου 0,2% αλουμίνιο για να διατηρηθεί η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο 0,02% στον τετηγμένο ψευδάργυρο. Λόγω της υψηλής συγγένειας μεταξύ αλουμινίου και οξυγόνου, το οποίο σχηματίζει ένα στρώμα αλουμίνας, αυτό το στρώμα εμποδίζει αποτελεσματικά τη διάχυση του οξυγόνου, προστατεύοντας τον υποκείμενο τετηγμένο ψευδάργυρο και τον λιωμένο ψευδάργυρο από την οξείδωση. Ομοίως, άλλα μεταλλικά στοιχεία στον τετηγμένο ψευδάργυρο προστατεύονται επίσης από την οξείδωση. Όπως γνωρίζουμε, το οξείδιο του ψευδαργύρου που σχηματίζεται μετά την οξείδωση του τηγμένου ψευδαργύρου είναι κίτρινο και τα οξείδια του μολύβδου και του καδμίου είναι επίσης κίτρινα. Χωρίς την επίδραση του αλουμινίου, η επιφάνεια του γαλβανισμένου στρώματος θα αμαυρωθεί σημαντικά με κίτρινα εξαρτήματα, επηρεάζοντας πολύ 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. Εν τω μεταξύ, όταν ο λιωμένος ψευδάργυρος περιέχει 0,2% αλουμίνιο, μπορεί να επιτευχθεί το καλύτερο σχέδιο και η ευελιξία του γαλβανισμένου στρώματος είναι ιδιαίτερα καλή.
Ωστόσο, η Αμερικανική Εταιρεία Δοκιμών και Υλικών συνιστά να μην χρησιμοποιείται αλουμίνιο ως λαμπρυντικό μεταλλικό πρόσθετο και, εάν χρησιμοποιείται, θα πρέπει να περιορίζεται κάτω από 0,01%.
(2) Τροποποίηση της δομής του γαλβανισμένου στρώματος
Θεωρητικά, για να επιτευχθεί ο σκοπός της τροποποίησης της δομής του γαλβανισμένου στρώματος, αρκεί μια περιεκτικότητα σε αλουμίνιο από {{0}},2 έως 0,3% στον τετηγμένο ψευδάργυρο. Ωστόσο, στην πραγματική παραγωγή, το αλουμίνιο στον λιωμένο ψευδάργυρο αντιδρά εύκολα με το οξυγόνο και καταναλώνεται. Επομένως, για να διατηρηθεί η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο από 0,2 έως 0,3% στον τετηγμένο ψευδάργυρο, πρέπει να προστεθεί περίπου 1,5% έως 3,5% αλουμίνιο. Για να δείξουμε την επίδραση της περιεκτικότητας σε αλουμίνιο στην τροποποίηση της δομής του γαλβανισμένου στρώματος, ας παρατηρήσουμε τις αλλαγές στη δομή του γαλβανισμένου στρώματος καθώς η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο σταδιακά αυξάνεται από χαμηλή σε υψηλή:
Η αύξηση της περιεκτικότητας σε αλουμίνιο σε 0,05% στον τετηγμένο ψευδάργυρο αποσκοπεί στην ενίσχυση της γυαλάδας της επιφάνειας του γαλβανισμένου στρώματος, αλλά δεν επηρεάζει τη δομή του. Επομένως, η γαλβανισμένη δομή είναι η ίδια με αυτή που έχει επιμεταλλευτεί από καθαρό τετηγμένο ψευδάργυρο, που αποτελείται από ένα στρώμα πρόσφυσης (φάση α), ένα ενδιάμεσο στρώμα (φάση), ένα ελαφρώς ραγισμένο στρώμα (φάση δ1), ένα στρώμα παρασυρόμενης (φάση S), και ένα στρώμα καθαρού ψευδαργύρου (φάση η). Η διαφορά από το γαλβανισμένο στρώμα που επιστρώνεται από καθαρό λιωμένο ψευδάργυρο είναι στα κρυσταλλικά σχήματα των φάσεων.
Όταν η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο στον τετηγμένο ψευδάργυρο είναι 0.1%, οι κρύσταλλοι του στρώματος παρασύρσεως (φάση δ1) υπάρχουν σε μεγάλα τεμάχια και δεν είναι πλέον διατεταγμένοι σε συνεχή στρώση αλλά ως αποσπώμενα εγκλείσματα.
Όταν η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο στον τετηγμένο ψευδάργυρο είναι 0.15%, η κατανομή του παρασυρόμενου στρώματος (φάση δ1) επίσης δεν είναι συνεχής, αλλά αποτελείται από μεγαλύτερα, αμοιβαία αποκολλημένα 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 ανασταλτική επίδραση στη χάραξη (κράμα) είναι ισχυρή. Εάν ο γαλβανισμός εμβάπτισης διατηρηθεί σε θερμοκρασία 440 μοιρών για 1 ώρα σε αυτόν τον λιωμένο ψευδάργυρο και στη συνέχεια επιθεωρηθεί, δεν διαπιστώθηκε καμία αντίδραση. Επομένως, μόνο ένα στρώμα καθαρού ψευδαργύρου υπάρχει στο γαλβανισμένο στρώμα του δείγματος. Αυτό οφείλεται στο ότι η αντίδραση μεταξύ του αλουμινίου και του χαλύβδινου σωλήνα σχηματίζει ένα λεπτό φιλμ ενώσεων FeAl3 (ή Fe2Al5 σύμφωνα με ορισμένες πηγές), εμποδίζοντας τη διάχυση των ιόντων σιδήρου προς τον ψευδάργυρο.
Από τα παραπάνω, φαίνεται ότι 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 εμβάπτισης, η ρευστότητα (όπως φαίνεται στο σχήμα 3-5) και η θερμοκρασία βύθισης 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 ρυθμισμένες συνθήκες λειτουργίας μπορεί να επιτευχθεί το επιθυμητό γαλβανισμένο στρώμα.
(3) Αντιμετώπιση της επίδρασης του σιδήρου στον λιωμένο ψευδάργυρο
Το αλουμίνιο αντιδρά με τον σίδηρο στον τετηγμένο ψευδάργυρο για να σχηματίσει τρεις ενώσεις: FeAl, FeAl2 και FeAl3, μειώνοντας έτσι την επίδρασή του στο γαλβανισμένο στρώμα.
