L'alluminio (Al), che appare bianco argenteo, appartiene alla struttura cubica a facce centrate con 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 si trova naturalmente nello zinco commerciale. Tuttavia, l'alluminio viene aggiunto deliberatamente allo zinco fuso durante la zincatura a caldo. Gli scopi sono quelli 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 l'influenza del ferro nello zinco fuso. Una ripartizione dettagliata è la seguente:
(1) L'alluminio migliora la lucentezza e la flessibilità dei tubi in acciaio zincato.
In teoria, per raggiungere questo obiettivo, è sufficiente solo il {{0}}.02% di alluminio nello zinco fuso. Tuttavia, poiché l'alluminio si ossida facilmente sulla superficie dello zinco fuso, in base all'esperienza, è necessario aggiungere circa 0,2% di alluminio per mantenere un contenuto di alluminio dello 0,02% nello zinco fuso. A causa dell'elevata affinità tra alluminio e ossigeno, che forma uno strato di allumina, questo strato 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. Come sappiamo, l'ossido di zinco formato dopo l'ossidazione dello zinco fuso è giallo, e anche gli ossidi di piombo e cadmio sono gialli. Senza l'effetto dell'alluminio, la superficie dello strato zincato sarebbe notevolmente ossidata da componenti gialli, che ne influenzerebbero notevolmente la brillantezza. Pertanto, durante la zincatura a caldo viene aggiunta una certa quantità di alluminio per ottenere uno strato zincato brillante. Nel frattempo, quando lo zinco fuso contiene lo 0,2% di alluminio, è possibile ottenere 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 metallico schiarente e, se utilizzato, dovrebbe essere limitato a meno dello 0,01%.
(2) Modifica della struttura dello strato zincato
Teoricamente, per raggiungere lo scopo di modificare la struttura dello strato zincato, è sufficiente un contenuto di alluminio compreso tra {{0}},2 e 0,3% nello zinco fuso. Tuttavia, nella produzione effettiva, l’alluminio presente nello zinco fuso reagisce facilmente con l’ossigeno e si consuma. Pertanto, per mantenere un contenuto di alluminio compreso tra 0, da 0,2 a 0,3% nello zinco fuso, è necessario aggiungere circa dall'1,5% al 3,5% di alluminio. Per illustrare l'effetto del contenuto di alluminio sulla modifica della struttura dello strato zincato, osserviamo i cambiamenti nella struttura dello strato zincato man mano che il contenuto di alluminio aumenta gradualmente da basso ad alto:
Un aumento del contenuto di alluminio allo 0,05% nello zinco fuso ha lo scopo di migliorare la lucentezza superficiale dello strato zincato ma non ne influenza la struttura. La struttura zincata è quindi la stessa di quella placcata da zinco puro fuso, costituita da uno strato di adesione (fase a), uno strato intermedio (fase ), uno strato leggermente fessurato (fase δ₁), uno strato galleggiante (fase S), e uno strato di zinco puro (fase η). La differenza rispetto allo strato zincato placcato da zinco fuso puro sta nelle forme cristalline delle fasi.
Quando il contenuto di alluminio nello zinco fuso è pari a 0,1%, i cristalli dello strato galleggiante (fase δ₁) esistono in grandi blocchi e non sono più disposti in uno strato continuo ma come inclusioni staccate.
Quando il contenuto di alluminio nello zinco fuso è 0,15%, anche la distribuzione dello strato alla deriva (fase δ₁) non è continua ma è costituita da cluster cristallini più grandi, reciprocamente staccati, 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 inibitore sull'attacco (lega) è forte. Se la zincatura per immersione viene mantenuta ad una temperatura di 440 gradi per 1 ora in questo zinco fuso e poi ispezionata, non si riscontra alcuna reazione. Pertanto, sullo strato zincato del campione esiste solo uno strato di zinco puro. Questo perché la reazione tra l'alluminio e il tubo d'acciaio forma una sottile pellicola di composti FeAl₃ (o Fe₂Al₅ secondo alcune fonti), ostacolando la diffusione degli ioni ferro verso lo zinco.
Da quanto sopra si può vedere che la quantità di alluminio è un fattore importante nel modificare la struttura dello strato zincato. Quando il contenuto di alluminio è fisso, anche parametri di processo come il tempo di immersione, la fluidità (come mostrato nella Figura 3-5) e la temperatura di immersione influenzano il cambiamento nella struttura dello strato di zinco. Pertanto, nella produzione di zincatura a caldo, il rapporto tra questi tre fattori è stabilito dalle specifiche del processo e solo in condizioni operative rigorosamente regolamentate è possibile ottenere lo strato zincato desiderato.
(3) Contrastare l'influenza 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.
