60. آلومینیوم موجود در روی مذاب چگونه بر گالوانیزه گرم- تأثیر می گذارد؟

آلومینیوم (A1) یک فلز نقره‌ای-سفید با ساختار کریستالی مکعبی وسط- (FCC) است. ثابت شبکه آن 404959.6 نانومتر، جرم اتمی 26.8، نقطه ذوب 658 درجه و نقطه جوش 2000 درجه است. محصولات تجاری روی حاوی آلومینیوم نیستند که عمداً در حین گالوانیزه گرم-به آن اضافه می‌شود. این فرآیند سه هدف کلیدی را دنبال می‌کند: افزایش درخشندگی سطح لوله فولادی گالوانیزه، بهبود انعطاف‌پذیری، اصلاح ریزساختار لایه آلیاژ آهن{11}}و خنثی کردن اثرات آهن در روی مذاب. جزئیات به شرح زیر است: (1) آلومینیوم درخشندگی سطح و انعطاف پذیری لوله های فولادی گالوانیزه را بهبود می بخشد.
از نظر تئوری، تنها 0.02٪ محتوای آلومینیوم در حمام روی برای دستیابی به این هدف کافی است. با این حال، از آنجایی که آلومینیوم به راحتی بر روی سطح روی اکسید می شود، شواهد تجربی نشان می دهد که برای حفظ سطح 0.02٪ مورد نیاز، اضافه کردن تقریباً 0.2٪ آلومینیوم ضروری است. میل ترکیبی قوی بین آلومینیوم و اکسیژن، یک لایه اکسید آلومینیوم را تشکیل می دهد که به طور موثری از انتشار اکسیژن جلوگیری می کند و از آلومینیوم مذاب زیرین و روی در برابر اکسیداسیون محافظت می کند. این مکانیسم محافظ همچنین از اکسید شدن سایر عناصر فلزی در حمام روی جلوگیری می کند. همانطور که مشخص است، اکسیداسیون روی باعث تولید اکسید روی زرد می شود و اکسیدهای سرب و کادمیوم رنگ های زرد مشابهی از خود نشان می دهند. بدون نقش محافظ آلومینیوم، سطح گالوانیزه به شدت با ترکیبات زرد رنگ آمیزی می شود و به طور قابل توجهی درخشش آن را به خطر می اندازد. بنابراین، افزودن مقدار مناسب آلومینیوم در گالوانیزه گرم-برای دستیابی به یک روکش روشن ضروری است. علاوه بر این، محتوای آلومینیوم 0.2٪ در حمام روی نه تنها الگوهای تزئینی بهینه را ایجاد می کند، بلکه انعطاف پذیری استثنایی را در لایه گالوانیزه تضمین می کند.
با این حال، انجمن آمریکایی مواد آزمایش (ASTM) توصیه می کند که آلومینیوم نباید به عنوان یک افزودنی براق کننده فلز استفاده شود و در صورت استفاده، محتوای آن باید به کمتر از 0.01٪ محدود شود.
(2) تغییر ریزساختار لایه های گالوانیزه از نظر تئوری، محتوای آلومینیوم 0.2-0.3٪ در روی مذاب برای اصلاح ریزساختار لایه های گالوانیزه کافی است. با این حال، در تولید عملی، آلومینیوم به راحتی با اکسیژن موجود در روی مذاب واکنش می دهد و منجر به مصرف آن می شود. برای حفظ محتوای آلومینیوم مورد نظر، تقریباً 1.5٪ -3.5٪ آلومینیوم باید اضافه شود. برای نشان دادن اینکه چگونه محتوای آلومینیوم بر ریزساختار تأثیر می‌گذارد، ما تغییرات را از غلظت‌های کم به بالا تجزیه و تحلیل می‌کنیم: افزایش 0.05 درصدی در محتوای آلومینیوم، براقیت سطح لایه گالوانیزه را افزایش می‌دهد اما تأثیری بر ریزساختار آن ندارد. بنابراین، لایه گالوانیزه همان ترکیبی را که از مایع روی خالص تولید می‌شود، حفظ می‌کند، که شامل یک لایه چسبنده (فاز a)، یک لایه میانی (فاز Y)، یک لایه توری کمی ترک خورده (فاز 81)، و یک لایه شناور (فاز S) از روی خالص (فاز n) است. تفاوت اصلی در مورفولوژی متمایز کریستالی فازها در مقایسه با مایع روی خالص نهفته است.
هنگامی که میزان آلومینیوم در مایع روی 0.1٪ باشد، تبلور لایه شناور (3 فاز) به صورت یک بلوک بزرگ است و یک لایه پیوسته نیست، بلکه نوعی آخال های جدا شده است.
هنگامی که محتوای آلومینیوم در مایع روی 0.15٪ است، توزیع لایه شناور (فاز 5) یک لایه پیوسته نیست، بلکه برخی از خوشه های کریستالی بزرگتر و جدا شده است، و تنها لایه شبکه (فاز 81) ساختار کمی متراکم تری را ارائه می دهد.
هنگامی که محتوای آلومینیوم در حمام روی به 0.24٪ می رسد، اثر آلیاژی در جلوگیری از خوردگی بسیار موثر می شود. اگر حمام روی در دمای 440 درجه به مدت 1 ساعت آبکاری نگهداری شود، پس از برداشتن و بازرسی هیچ واکنشی مشاهده نمی شود. در نتیجه، لایه گالوانیزه روی نمونه صرفاً از یک لایه روی خالص تشکیل شده است. این به این دلیل رخ می دهد که آلومینیوم با لوله فولادی واکنش می دهد تا یک فیلم ترکیبی FeAl3 (یا Fe2AlO) ایجاد کند که از انتشار یون های آهن به سمت لایه روی جلوگیری می کند.
همانطور که در بالا نشان داده شد، محتوای آلومینیوم یک عامل کلیدی در تغییر ریزساختار لایه گالوانیزه است. هنگامی که محتوای آلومینیوم ثابت است، سایر پارامترهای فرآیند-از جمله زمان غوطه وری روی، سیالیت (همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است-5) و دما- نیز بر ریزساختار لایه روی تأثیر می‌گذارند. بنابراین، در تولید گالوانیزه گرم، تأثیر متقابل بین این سه عامل توسط مشخصات فرآیند کنترل می شود. تنها با رعایت دقیق شرایط عملیاتی مشخص شده می توان به لایه گالوانیزه مورد نظر دست یافت.
(3) اثر آهن در حمام روی خنثی می شود زیرا آلومینیوم می تواند با آهن در حمام روی ترکیب شود و سه ترکیب به نام های FeAl، FeAl2 و FeAl3 را تشکیل دهد که اثر روی پوشش گالوانیزه را کاهش می دهد.