60. In che modo l'alluminio presente nello zinco fuso influisce sulla zincatura-a caldo?

L'alluminio (A1) è un metallo bianco argentato-con una struttura cristallina cubica a faccia centrata (FCC). La sua costante reticolare misura 404959,6 nm, la massa atomica è 26,8, il punto di fusione 658 gradi e il punto di ebollizione 2000 gradi. I prodotti commerciali in zinco non contengono alluminio, che viene aggiunto intenzionalmente durante la zincatura a caldo-. Questo processo ha tre scopi principali: migliorare la lucentezza della superficie del tubo in acciaio zincato, migliorare la flessibilità, modificare la microstruttura dello strato di lega di ferro-zinco e neutralizzare gli effetti del ferro nello zinco fuso. I dettagli sono i seguenti: (1) L'alluminio migliora la lucentezza della superficie e la flessibilità dei tubi in acciaio zincato.
Teoricamente, per raggiungere questo obiettivo sarebbe sufficiente solo lo 0,02% di alluminio nel bagno di zinco. Tuttavia, poiché l’alluminio si ossida facilmente sulla superficie dello zinco, prove empiriche suggeriscono che è necessario aggiungere circa lo 0,2% di alluminio per mantenere il livello richiesto dello 0,02%. La forte affinità tra alluminio e ossigeno forma uno strato di ossido di alluminio che blocca efficacemente la diffusione dell'ossigeno, proteggendo sia l'alluminio fuso sottostante che lo zinco dall'ossidazione. Questo meccanismo protettivo impedisce anche l'ossidazione di altri elementi metallici nel bagno di zinco. Come è noto, l'ossidazione dello zinco produce ossido di zinco giallo, e gli ossidi di piombo e cadmio presentano tonalità giallastre simili. Senza il ruolo protettivo dell'alluminio, la superficie zincata si macchierebbe pesantemente di composti gialli, compromettendone notevolmente la lucentezza. Pertanto, l'aggiunta di una quantità adeguata di alluminio è essenziale nella zincatura a caldo-per ottenere una finitura brillante. Inoltre, un contenuto di alluminio dello 0,2% nel bagno di zinco non solo produce motivi decorativi ottimali ma garantisce anche un'eccezionale flessibilità dello strato zincato.
Tuttavia, l'American Society for Testing Materials (ASTM) raccomanda che l'alluminio non venga utilizzato come additivo metallico schiarente e, se utilizzato, il suo contenuto dovrebbe essere limitato a meno dello 0,01%.
(2) Alterazione della microstruttura degli strati zincati Teoricamente, un contenuto di alluminio dello 0,2-0,3% nello zinco fuso è sufficiente per modificare la microstruttura degli strati zincati. Tuttavia, nella produzione pratica, l’alluminio reagisce prontamente con l’ossigeno presente nello zinco fuso, provocandone il consumo. Per mantenere il contenuto di alluminio target, è necessario aggiungere circa l'1,5%-3,5% di alluminio. Per dimostrare come il contenuto di alluminio influisce sulla microstruttura, analizziamo i cambiamenti da concentrazioni di alluminio basse ad alte: un aumento dello 0,05% nel contenuto di alluminio migliora la brillantezza superficiale dello strato zincato ma non ha alcun effetto sulla sua microstruttura. Pertanto, lo strato zincato mantiene la stessa composizione di quello prodotto da zinco liquido puro, costituito da uno strato aderente (Fase a), uno strato intermedio (Fase Y), uno strato reticolare leggermente fessurato (Fase 81) e uno strato galleggiante (Fase S) di zinco puro (Fase n). La differenza fondamentale risiede nella distinta morfologia cristallina delle fasi rispetto allo zinco liquido puro.
Quando il contenuto di alluminio nello zinco liquido è dello 0,1%, la cristallizzazione dello strato flottante (fase 3) ha la forma di un grande blocco e non è uno strato continuo, ma una sorta di inclusioni separate.
Quando il contenuto di alluminio nello zinco liquido è dello 0,15%, la distribuzione dello strato flottante (fase 5) non è uno strato continuo, ma alcuni cluster cristallini più grandi e separati, e solo lo strato a griglia (fase 81) presenta una struttura leggermente più densa.
Quando il contenuto di alluminio nel bagno di zinco raggiunge lo 0,24%, l'effetto legante diventa altamente efficace nel prevenire la corrosione. Se il bagno di zinco viene mantenuto a 440 gradi per 1 ora di placcatura, non si osserva alcuna reazione dopo la rimozione e l'ispezione. Di conseguenza, lo strato zincato sul campione è costituito esclusivamente da uno strato di zinco puro. Ciò avviene perché l’alluminio reagisce con il tubo d’acciaio per formare una pellicola composta di FeAl₃ (o Fe₂AlO), che inibisce la diffusione degli ioni ferro verso lo strato di zinco.
Come dimostrato sopra, il contenuto di alluminio è un fattore chiave nell’alterare la microstruttura dello strato zincato. Quando il contenuto di alluminio è fisso, anche altri parametri di processo-tra cui il tempo di immersione dello zinco, la fluidità (come mostrato nella Figura 3-5) e la temperatura- influenzano la microstruttura dello strato di zinco. Pertanto, nella produzione della zincatura a caldo, l’interazione tra questi tre fattori è regolata dalle specifiche del processo. Solo rispettando rigorosamente le condizioni operative specificate è possibile ottenere lo strato zincato desiderato.
(3) L'effetto del ferro nel bagno di zinco è compensato perché l'alluminio può combinarsi con il ferro nel bagno di zinco per formare tre composti, vale a dire FeAl, FeAl2 e FeAl3, che riducono l'effetto sul rivestimento zincato.