L'alluminio (Al), con un aspetto bianco-argenteo e una struttura cubica a facce centrate, ha una costante reticolare di 404959,6 nanometri, una massa atomica relativa di 26,8, un punto di fusione di 658 gradi e un punto di ebollizione di 2000 gradi. L’alluminio non è naturalmente presente nello zinco commerciale; viene piuttosto aggiunto intenzionalmente durante i processi di zincatura a caldo. Lo scopo dell'aggiunta di alluminio è quello di migliorare la brillantezza del rivestimento di zinco sui tubi di acciaio, migliorarne la flessibilità, alterare la struttura dello strato di lega ferro-zinco e contrastare gli effetti del ferro nello zinco fuso. Questi sono dettagliati di seguito:
(1) L'alluminio migliora la lucentezza e la flessibilità dei tubi in acciaio zincato
Teoricamente, per raggiungere questi obiettivi, è sufficiente un contenuto di alluminio di solo il {{0}}.02% nello zinco fuso. Tuttavia, a causa della suscettibilità dell'alluminio all'ossidazione sulla superficie dello zinco fuso, è necessaria un'aggiunta empirica di alluminio di circa 0,2% per mantenere un contenuto di alluminio dello 0,02% nello zinco fuso. L'alluminio ha un'elevata affinità per l'ossigeno, formando uno strato di allumina che impedisce efficacemente la diffusione dell'ossigeno, proteggendo lo zinco fuso sottostante e lo zinco fuso dall'ossidazione. Allo stesso modo, anche altri elementi metallici nello zinco fuso sono protetti dall'ossidazione. Lo zinco ossidato, il piombo e il cadmio sono gialli e, senza l'alluminio, lo strato zincato conterrebbe in modo significativo componenti gialli, influenzandone negativamente la brillantezza. Pertanto, durante la zincatura a caldo viene aggiunta una certa quantità di alluminio per ottenere uno strato zincato brillante. Inoltre, quando lo zinco fuso contiene lo 0,2% di alluminio, si ottiene la struttura migliore e la flessibilità dello strato zincato è particolarmente buona.
Tuttavia, l'American Society for Testing and Materials consiglia di non utilizzare l'alluminio come additivo schiarente per i metalli e, se utilizzato, dovrebbe essere limitato a meno dello 0,01%.
(2) Alterazione della struttura dello strato zincato
Teoricamente, per alterare la struttura dello strato zincato, è sufficiente un contenuto di alluminio compreso tra {{0}},2 e 0,3% nello zinco fuso. Tuttavia, nella produzione pratica, l'alluminio reagisce facilmente con l'ossigeno nello zinco fuso e si consuma, quindi è necessaria un'aggiunta di alluminio compresa tra l'1,5% e il 3,5% circa per mantenere un contenuto di alluminio compreso tra 0,2 e 0,3%. Per illustrare l'effetto del contenuto di alluminio sulla struttura dello strato zincato, esaminiamo i cambiamenti nella struttura dello strato zincato all'aumentare del contenuto di alluminio:
Un aumento del contenuto di alluminio allo 0,05% nello zinco fuso migliora la lucentezza superficiale dello strato zincato ma non ne influenza la struttura. La struttura zincata è quindi la stessa ottenuta dallo zinco fuso puro, costituita da uno strato di adesione (fase a), uno strato intermedio (fase ), uno strato leggermente fessurato (fase δ₁), uno strato flottante (fase S), e uno strato di zinco puro (fase η). La differenza rispetto allo strato zincato placcato da zinco fuso puro sta nella forma cristallina delle fasi.
Quando il contenuto di alluminio nello zinco fuso è pari a 0,1%, i cristalli dello strato flottante (fase S) esistono in grandi blocchi e non sono più disposti in uno strato continuo ma come inclusioni separate.
Quando il contenuto di alluminio nello zinco fuso è 0,15%, anche la distribuzione dello strato flottante (fase S) non è continua ma consiste di cluster cristallini più grandi, separati tra loro, con solo lo strato (fase δ₁) mostrando una struttura leggermente più densa.
Quando il contenuto di alluminio nello zinco fuso è pari a 0,24%, l'effetto di inibizione dell'attacco (lega) è forte. Se la zincatura viene eseguita ad una temperatura di 440 gradi per 1 ora in questo zinco fuso e poi ispezionata, non si riscontra alcuna reazione. Pertanto, sul campione zincato esiste solo uno strato di zinco puro. Questo perché la reazione tra alluminio e acciaio produce un sottile film di FeAl₃ (o Fe₂Al₅ secondo alcune fonti), che ostacola la diffusione degli ioni ferro verso lo zinco.
Da quanto sopra, la quantità di alluminio è un fattore importante nell'alterare la struttura dello strato zincato. Quando il contenuto di alluminio è fisso, anche parametri di processo come il tempo di zincatura, la fluidità (come mostrato nella Figura 3-5) e la temperatura di zincatura influenzano il cambiamento nella struttura dello strato di zinco. Pertanto, nella produzione di zincatura a caldo, la relazione tra questi tre fattori è specificata dalle specifiche del processo e solo in condizioni operative rigorosamente controllate è possibile ottenere lo strato zincato desiderato.
(3) Contrastare gli effetti del ferro nello zinco fuso
L'alluminio reagisce con il ferro nello zinco fuso per formare tre composti: FeAl, FeAl₂ e FeAl₃, riducendo così il suo impatto sullo strato zincato.
