60. Kā alumīnijs izkausētā cinkā ietekmē karsto cinkošanu?

Alumīnijs (A1) ir sudrabaini{1}}balts metāls ar kubiskā (FCC) kristāla struktūru. Tā režģa konstante ir 404959,6 nm, atomu masa ir 26,8, kušanas temperatūra 658 grādi un viršanas temperatūra 2000 grādi. Komerciālie cinka izstrādājumi nesatur alumīniju, kas ar nolūku tiek pievienots karstās-galvanizācijas laikā. Šim procesam ir trīs galvenie mērķi: uzlabot cinkotās tērauda caurules virsmas spīdumu, uzlabot elastību, pārveidot dzelzs -sakausējuma slāņa mikrostruktūru un neitralizēt dzelzs ietekmi izkausētajā cinkā. Sīkāka informācija ir šāda: (1) Alumīnijs uzlabo cinkota tērauda cauruļu virsmas spīdumu un elastību.
Teorētiski šī mērķa sasniegšanai pietiktu tikai ar 0,02% alumīnija saturu cinka vannā. Tomēr, tā kā alumīnijs viegli oksidējas uz cinka virsmas, empīriski pierādījumi liecina, ka ir nepieciešams pievienot aptuveni 0,2% alumīnija, lai uzturētu nepieciešamo 0,02% līmeni. Spēcīgā afinitāte starp alumīniju un skābekli veido alumīnija oksīda slāni, kas efektīvi bloķē skābekļa difūziju, pasargājot no oksidēšanās gan pamatā esošo kausēto alumīniju, gan cinku. Šis aizsargmehānisms arī novērš citu metāla elementu oksidēšanu cinka vannā. Kā zināms, cinka oksidēšana rada dzeltenu cinka oksīdu, un svina un kadmija oksīdiem ir līdzīgas dzeltenīgas nokrāsas. Bez alumīnija aizsargājošās lomas cinkotā virsma kļūtu stipri notraipīta ar dzelteniem savienojumiem, būtiski apdraudot tās spīdumu. Tāpēc karstās-galvanizācijas procesā ir svarīgi pievienot atbilstošu alumīnija daudzumu, lai iegūtu spilgtu apdari. Turklāt 0,2% alumīnija saturs cinka vannā ne tikai nodrošina optimālus dekoratīvos rakstus, bet arī nodrošina izcilu cinkotā slāņa elastību.
Tomēr American Society for Testing Materials (ASTM) iesaka neizmantot alumīniju kā balinātāju metālu piedevu, un, ja to lieto, tā saturs ir jāierobežo līdz 0,01%.
(2) Cinkoto slāņu mikrostruktūras maiņa Teorētiski pietiek ar 0,2-0,3% alumīnija saturu izkausētā cinkā, lai pārveidotu cinkoto slāņu mikrostruktūru. Tomēr praktiskā ražošanā alumīnijs viegli reaģē ar skābekli izkausētajā cinkā, izraisot tā patēriņu. Lai saglabātu mērķa alumīnija saturu, jāpievieno aptuveni 1,5–3,5% alumīnija. Lai parādītu, kā alumīnija saturs ietekmē mikrostruktūru, mēs analizējam izmaiņas no zemas uz augstu alumīnija koncentrāciju: Alumīnija satura palielinājums par 0,05% uzlabo cinkotā slāņa virsmas spīdumu, bet neietekmē tā mikrostruktūru. Tādējādi cinkotais slānis saglabā tādu pašu sastāvu kā no tīra cinka šķidruma iegūtais slānis, kas sastāv no lipīga slāņa (a fāze), starpslāņa (Y fāze), nedaudz saplaisājusi režģa slāņa (81. fāze) un peldoša slāņa (S fāze) no tīra cinka (n fāze). Galvenā atšķirība ir fāžu atšķirīgajā kristāliskajā morfoloģijā salīdzinājumā ar tīru cinka šķidrumu.
Ja alumīnija saturs cinka šķidrumā ir 0,1%, peldošā slāņa (3 fāzes) kristalizācija notiek liela bloka formā, un tas nav nepārtraukts slānis, bet gan sava veida atdalīti ieslēgumi.
Ja alumīnija saturs cinka šķidrumā ir 0,15%, peldošā slāņa sadalījums (5. fāze) nav nepārtraukts slānis, bet gan dažas lielākas, atdalītas kristāliskas kopas, un tikai režģa slānim (81. fāze) ir nedaudz blīvāka struktūra.
Kad alumīnija saturs cinka vannā sasniedz 0,24%, sakausējuma efekts kļūst ļoti efektīvs korozijas novēršanā. Ja cinka vanna tiek uzturēta 440 grādu temperatūrā 1 stundu pēc pārklājuma, pēc noņemšanas un pārbaudes reakcijas netiek novērotas. Līdz ar to cinkotais slānis uz parauga sastāv tikai no tīra cinka slāņa. Tas notiek tāpēc, ka alumīnijs reaģē ar tērauda cauruli, veidojot FeAl3 (vai Fe2AlO) savienojumu plēvi, kas kavē dzelzs jonu difūziju pret cinka slāni.
Kā parādīts iepriekš, alumīnija saturs ir galvenais faktors, mainot cinkotā slāņa mikrostruktūru. Ja alumīnija saturs ir fiksēts, cinka slāņa mikrostruktūru ietekmē arī citi procesa parametri, -tostarp cinka iegremdēšanas laiks, plūstamība (kā parādīts 3. attēlā-5) un temperatūra{5}}. Tāpēc karstās cinkošanas ražošanā šo trīs faktoru mijiedarbību nosaka procesa specifikācijas. Tikai stingri ievērojot norādītos ekspluatācijas nosacījumus, var sasniegt vēlamo cinkoto slāni.
(3) Dzelzs iedarbība cinka vannā ir kompensēta, jo alumīnijs var apvienoties ar dzelzi cinka vannā, veidojot trīs savienojumus, proti, FeAl, FeAl2 un FeAl3, kas samazina ietekmi uz cinkoto pārklājumu.