60. Kaip aliuminis išlydytame cinke veikia karštąjį{1}} cinkavimą?

Aliuminis (A1) yra sidabriškai -baltas metalas, kurio paviršiuje{2}}centruota kubinė (FCC) kristalinė struktūra. Jo gardelės konstanta yra 404959,6 nm, atominė masė yra 26,8, lydymosi temperatūra 658 laipsniai ir virimo temperatūra 2000 laipsnių. Komerciniuose cinko gaminiuose nėra aliuminio, kuris tyčia pridedamas karštojo -cinkavimo metu. Šis procesas skirtas trims pagrindiniams tikslams: sustiprinti cinkuoto plieno vamzdžio paviršiaus blizgesį, pagerinti lankstumą, modifikuoti geležies -cinko lydinio sluoksnio mikrostruktūrą ir neutralizuoti geležies poveikį išlydytame cinke. Detalės yra tokios: (1) Aliuminis pagerina cinkuoto plieno vamzdžių paviršiaus blizgesį ir lankstumą.
Teoriškai šiam tikslui pasiekti pakaktų tik 0,02 % aliuminio kiekio cinko vonioje. Tačiau kadangi aliuminis lengvai oksiduojasi ant cinko paviršiaus, empiriniai įrodymai rodo, kad norint išlaikyti reikiamą 0,02% lygį, reikia pridėti maždaug 0,2% aliuminio. Stiprus afinitetas tarp aliuminio ir deguonies sudaro aliuminio oksido sluoksnį, kuris veiksmingai blokuoja deguonies difuziją, apsaugodamas ir apatinį išlydytą aliuminį, ir cinką nuo oksidacijos. Šis apsauginis mechanizmas taip pat apsaugo nuo kitų metalinių elementų oksidacijos cinko vonioje. Kaip gerai žinoma, cinko oksidacijos metu susidaro geltonas cinko oksidas, o švino ir kadmio oksidai turi panašius gelsvus atspalvius. Be apsauginio aliuminio vaidmens cinkuotas paviršius būtų labai nudažytas geltonais junginiais, o tai žymiai sumažintų jo blizgesį. Todėl, norint pasiekti ryškią apdailą, karštojo-cinkavimo metu būtina pridėti tinkamą aliuminio kiekį. Be to, 0,2 % aliuminio kiekis cinko vonioje ne tik suteikia optimalius dekoratyvinius raštus, bet ir užtikrina išskirtinį cinkuoto sluoksnio lankstumą.
Tačiau Amerikos bandymų medžiagų draugija (ASTM) rekomenduoja aliuminio nenaudoti kaip balinančio metalo priedo, o jei naudojamas, jo kiekis turėtų būti apribotas iki mažiau nei 0,01%.
(2) Cinkuotų sluoksnių mikrostruktūros keitimas Teoriškai cinkuotų sluoksnių mikrostruktūrai pakeisti pakanka 0,2–0,3 % aliuminio kiekio išlydytame cinke. Tačiau praktiškoje gamyboje aliuminis lengvai reaguoja su išlydytame cinke esančiu deguonimi, todėl jis sunaudojamas. Norint išlaikyti tikslinį aliuminio kiekį, reikia pridėti maždaug 1,5–3,5 % aliuminio. Norėdami parodyti, kaip aliuminio kiekis veikia mikrostruktūrą, analizuojame pokyčius nuo mažos iki didelės aliuminio koncentracijos: 0,05% aliuminio kiekio padidėjimas padidina cinkuoto sluoksnio paviršiaus blizgesį, bet neturi įtakos jo mikrostruktūrai. Taigi cinkuotas sluoksnis išlaiko tą pačią sudėtį, kaip ir pagamintas iš gryno cinko skysčio, sudarytas iš sukibusio sluoksnio (fazė a), tarpinio sluoksnio (Y fazė), šiek tiek įtrūkusio grotelių sluoksnio (81 fazė) ir plūduriuojančio sluoksnio (fazė S) iš gryno cinko (n fazė). Pagrindinis skirtumas yra skirtinga kristalinė fazių morfologija, palyginti su grynu cinko skysčiu.
Kai aliuminio kiekis cinko skystyje yra 0,1%, plūduriuojančio sluoksnio (3 fazės) kristalizacija vyksta didelio bloko pavidalu ir tai nėra ištisinis sluoksnis, o tam tikri atskirti intarpai.
Kai aliuminio kiekis cinko skystyje yra 0,15%, plūduriuojančio sluoksnio pasiskirstymas (5 fazė) yra ne ištisinis sluoksnis, o kai kurios didesnės, atskirtos kristalinės sankaupos, ir tik tinklelio sluoksnis (81 fazė) turi šiek tiek tankesnę struktūrą.
Kai aliuminio kiekis cinko vonioje pasiekia 0,24%, legiravimo efektas tampa labai veiksmingas apsaugantis nuo korozijos. Jei cinko vonia palaikoma 440 laipsnių temperatūroje 1 valandą padengimo, pašalinus ir patikrinus reakcijos nepastebima. Vadinasi, cinkuotas sluoksnis ant bandinio susideda tik iš gryno cinko sluoksnio. Taip atsitinka todėl, kad aliuminis reaguoja su plieniniu vamzdžiu, sudarydamas FeAl3 (arba Fe2AlO) junginio plėvelę, kuri slopina geležies jonų difuziją link cinko sluoksnio.
Kaip parodyta aukščiau, aliuminio kiekis yra pagrindinis veiksnys, keičiantis cinkuoto sluoksnio mikrostruktūrą. Kai aliuminio kiekis fiksuotas, cinko sluoksnio mikrostruktūrai taip pat turi įtakos kiti proceso parametrai, -įskaitant cinko panardinimo trukmę, sklandumą (kaip parodyta 3-5 pav.) ir temperatūrą-. Todėl karštojo cinkavimo gamyboje šių trijų veiksnių sąveiką lemia proceso specifikacijos. Tik griežtai laikantis nurodytų eksploatavimo sąlygų galima pasiekti norimą cinkuotą sluoksnį.
(3) Geležies poveikis cinko vonioje yra kompensuojamas, nes aliuminis gali susijungti su geležimi cinko vonioje ir sudaryti tris junginius, būtent FeAl, FeAl2 ir FeAl3, o tai sumažina poveikį cinkuotai dangai.