آلومینیوم (Al)، با ظاهری سفید مایل به نقرهای و ساختار مکعبی رو به مرکز، دارای ثابت شبکه 404959.6 نانومتر، جرم اتمی نسبی 26.8، نقطه ذوب 658 درجه و نقطه جوش 2000 درجه است. آلومینیوم به طور طبیعی در روی تجاری وجود ندارد. بلکه عمداً در طی فرآیندهای گالوانیزه گرم اضافه می شود. هدف از افزودن آلومینیوم افزایش براقیت پوشش روی روی لوله های فولادی، بهبود انعطاف پذیری آنها، تغییر ساختار لایه آلیاژ آهن-روی و خنثی کردن اثرات آهن در روی مذاب است. اینها به تفصیل در زیر آمده است:
(1) آلومینیوم براقیت و انعطاف پذیری لوله های فولادی گالوانیزه را افزایش می دهد
از نظر تئوری، برای دستیابی به این اهداف، محتوای آلومینیوم تنها {{0}}.02% در روی مذاب کافی است. با این حال، به دلیل حساسیت آلومینیوم به اکسیداسیون در سطح روی مذاب، افزودن آلومینیوم تجربی در حدود 0.2٪ برای حفظ محتوای آلومینیوم 0.02٪ در روی مذاب ضروری است. آلومینیوم میل ترکیبی بالایی برای اکسیژن دارد و یک لایه آلومینا تشکیل می دهد که به طور موثری از انتشار اکسیژن جلوگیری می کند و روی مذاب زیرین و روی مذاب را از اکسیداسیون محافظت می کند. به طور مشابه، سایر عناصر فلزی موجود در روی مذاب نیز از اکسیداسیون محافظت می شوند. روی، سرب و کادمیوم اکسید شده زرد هستند و بدون آلومینیوم، لایه گالوانیزه به طور قابل توجهی حاوی اجزای زرد رنگ است که بر براقیت آن تأثیر منفی می گذارد. بنابراین، در حین گالوانیزه گرم، مقدار مشخصی آلومینیوم اضافه می شود تا یک لایه گالوانیزه روشن به دست آید. علاوه بر این، زمانی که روی مذاب حاوی 0.2٪ آلومینیوم باشد، بهترین الگو به دست می آید و انعطاف پذیری لایه گالوانیزه به ویژه خوب است.
با این حال، انجمن آزمایش و مواد آمریکا توصیه میکند از آلومینیوم بهعنوان یک افزودنی براق کننده فلز استفاده نکنید، و در صورت استفاده، باید به کمتر از 0.01% محدود شود.
(2) تغییر ساختار لایه گالوانیزه
از نظر تئوری، برای تغییر ساختار لایه گالوانیزه، مقدار آلومینیوم از {0}}.2 تا 0.3 درصد در روی مذاب کافی است. با این حال، در تولید عملی، آلومینیوم به راحتی با اکسیژن موجود در روی مذاب واکنش نشان میدهد و مصرف میشود، بنابراین برای حفظ محتوای آلومینیومی 0}.2 تا 0.3 درصد، اضافه کردن آلومینیوم در حدود 1.5% تا 3.5% ضروری است. برای نشان دادن تأثیر محتوای آلومینیوم بر ساختار لایه گالوانیزه، اجازه دهید تغییرات در ساختار لایه گالوانیزه را با افزایش محتوای آلومینیوم بررسی کنیم:
افزایش محتوای آلومینیوم به 0.05٪ در روی مذاب، براقیت سطح لایه گالوانیزه را افزایش میدهد اما بر ساختار آن تأثیری نمیگذارد. بنابراین، ساختار گالوانیزه همان است که از روی مذاب خالص به دست میآید، متشکل از یک لایه چسبنده (فاز a)، یک لایه میانی (فاز)، یک لایه کمی ترک خورده (فاز δ1)، یک لایه شناور (فاز S). و یک لایه روی خالص (فاز η). تفاوت با لایه گالوانیزه که از روی مذاب خالص آبکاری شده است در شکل کریستالی فازها است.
هنگامی که محتوای آلومینیوم در روی مذاب 0.1٪ باشد، کریستالهای لایه شناور (فاز S) در بلوکهای بزرگ وجود دارند و دیگر در یک لایه پیوسته قرار نمیگیرند، بلکه به صورت آخالهای جدا شده قرار میگیرند.
هنگامی که محتوای آلومینیوم در روی مذاب 0.15% است، توزیع لایه شناور (فاز S) نیز پیوسته نیست، بلکه شامل خوشههای کریستالی بزرگتر و جدا شده از یکدیگر است و فقط لایه (فاز δ1) دارد. ساختار کمی متراکم تر را نشان می دهد.
هنگامی که محتوای آلومینیوم در روی مذاب 0.24% باشد، اثر مهار اچینگ (آلیاژسازی) قوی است. اگر گالوانیزه در دمای 440 درجه به مدت 1 ساعت در این روی مذاب انجام شود و سپس بررسی شود، هیچ واکنشی مشاهده نمی شود. بنابراین، تنها یک لایه روی خالص روی نمونه گالوانیزه وجود دارد. این به این دلیل است که واکنش بین آلومینیوم و فولاد یک لایه نازک از FeAl3 (یا طبق برخی منابع Fe2Al5) تولید می کند که مانع از انتشار یون های آهن به سمت روی می شود.
با توجه به موارد فوق، میزان آلومینیوم عامل مهمی در تغییر ساختار لایه گالوانیزه است. هنگامی که محتوای آلومینیوم ثابت است، پارامترهای فرآیند مانند زمان گالوانیزه، سیالیت (همانطور که در شکل 3-5 نشان داده شده است)، و دمای گالوانیزه نیز بر تغییر ساختار لایه روی تأثیر میگذارند. بنابراین در تولید گالوانیزه گرم، رابطه بین این سه عامل با مشخصات فرآیند مشخص می شود و تنها در شرایط عملیاتی کاملاً کنترل شده می توان لایه گالوانیزه مورد نظر را به دست آورد.
(3) مقابله با اثرات آهن در روی مذاب
آلومینیوم با آهن موجود در روی مذاب واکنش می دهد و سه ترکیب FeAl، FeAl2 و FeAl3 را تشکیل می دهد و در نتیجه تاثیر آن بر لایه گالوانیزه کاهش می یابد.
