60. Nhôm trong kẽm nóng chảy ảnh hưởng như thế nào đến quá trình mạ kẽm nhúng nóng-?

Nhôm (A1) là một kim loại màu trắng bạc-có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt-(FCC). Hằng số mạng của nó có kích thước 404959,6 nm, khối lượng nguyên tử là 26,8, điểm nóng chảy 658 độ và điểm sôi 2000 độ. Các sản phẩm kẽm thương mại không chứa nhôm, chất được cố tình thêm vào trong quá trình mạ kẽm nhúng nóng-. Quá trình này phục vụ ba mục đích chính: tăng cường độ bóng của bề mặt ống thép mạ kẽm, cải thiện tính linh hoạt, sửa đổi cấu trúc vi mô của lớp hợp kim sắt{11}}kẽm và vô hiệu hóa tác động của sắt trong kẽm nóng chảy. Chi tiết như sau: (1) Nhôm cải thiện độ bóng bề mặt và tính linh hoạt của ống thép mạ kẽm.
Về mặt lý thuyết, chỉ cần hàm lượng nhôm 0,02% trong bể kẽm là đủ để đạt được mục tiêu này. Tuy nhiên, vì nhôm dễ bị oxy hóa trên bề mặt kẽm nên bằng chứng thực nghiệm cho thấy cần thêm khoảng 0,2% nhôm để duy trì mức 0,02% cần thiết. Ái lực mạnh mẽ giữa nhôm và oxy tạo thành một lớp oxit nhôm ngăn chặn sự khuếch tán oxy một cách hiệu quả, bảo vệ cả nhôm và kẽm nóng chảy bên dưới khỏi quá trình oxy hóa. Cơ chế bảo vệ này cũng ngăn ngừa quá trình oxy hóa các nguyên tố kim loại khác trong bể kẽm. Như đã biết, quá trình oxy hóa kẽm tạo ra oxit kẽm màu vàng, còn chì và cadmium oxit có màu hơi vàng tương tự. Nếu không có vai trò bảo vệ của nhôm, bề mặt mạ kẽm sẽ bị nhiễm nhiều hợp chất màu vàng, làm giảm đáng kể độ bóng của nó. Do đó, việc bổ sung một lượng nhôm thích hợp là điều cần thiết trong quá trình mạ kẽm nhúng nóng-để đạt được độ sáng hoàn thiện. Hơn nữa, hàm lượng nhôm 0,2% trong bể kẽm không chỉ mang lại hoa văn trang trí tối ưu mà còn đảm bảo tính linh hoạt đặc biệt trong lớp mạ kẽm.
Tuy nhiên, Hiệp hội Vật liệu Thử nghiệm Hoa Kỳ (ASTM) khuyến cáo không nên sử dụng nhôm làm chất phụ gia làm sáng kim loại và nếu được sử dụng thì hàm lượng của nó phải được giới hạn ở mức dưới 0,01%.
(2) Thay đổi cấu trúc vi mô của các lớp mạ kẽm Về mặt lý thuyết, hàm lượng nhôm 0,2-0,3% trong kẽm nóng chảy là đủ để thay đổi cấu trúc vi mô của các lớp mạ kẽm. Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, nhôm dễ dàng phản ứng với oxy trong kẽm nóng chảy, dẫn đến tiêu hao nó. Để duy trì hàm lượng nhôm mục tiêu, phải thêm khoảng 1,5% -3,5% nhôm. Để chứng minh hàm lượng nhôm ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô như thế nào, chúng tôi phân tích sự thay đổi từ nồng độ nhôm thấp đến cao: Hàm lượng nhôm tăng 0,05% giúp tăng cường độ bóng bề mặt của lớp mạ kẽm nhưng không ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô của nó. Như vậy, lớp mạ kẽm vẫn giữ nguyên thành phần như lớp được sản xuất từ ​​chất lỏng kẽm nguyên chất, bao gồm lớp kết dính (Giai đoạn a), lớp trung gian (Giai đoạn Y), lớp lưới nứt nhẹ (Giai đoạn 81) và lớp nổi (Giai đoạn S) kẽm nguyên chất (Giai đoạn n). Sự khác biệt chính nằm ở hình thái tinh thể khác biệt của các pha so với chất lỏng kẽm nguyên chất.
Khi hàm lượng nhôm trong chất lỏng kẽm là 0,1%, sự kết tinh của lớp nổi (3 pha) ở dạng khối lớn, không phải là một lớp liên tục mà là một loại tạp chất riêng biệt.
Khi hàm lượng nhôm trong chất lỏng kẽm là 0,15%, sự phân bố của lớp nổi (pha 5) không phải là lớp liên tục mà là một số cụm tinh thể tách biệt lớn hơn và chỉ có lớp lưới (pha 81) có cấu trúc dày đặc hơn một chút.
Khi hàm lượng nhôm trong bể kẽm đạt 0,24%, hiệu quả hợp kim hóa sẽ có hiệu quả cao trong việc chống ăn mòn. Nếu bể kẽm được duy trì ở nhiệt độ 440 độ trong 1 giờ mạ thì không có phản ứng nào xảy ra khi tháo ra và kiểm tra. Do đó, lớp mạ kẽm trên mẫu chỉ bao gồm một lớp kẽm nguyên chất. Điều này xảy ra do nhôm phản ứng với ống thép tạo thành màng hợp chất FeAl₃ (hoặc Fe₂AlO), màng này ức chế sự khuếch tán của các ion sắt về phía lớp kẽm.
Như đã trình bày ở trên, hàm lượng nhôm là yếu tố chính làm thay đổi cấu trúc vi mô của lớp mạ kẽm. Khi hàm lượng nhôm được cố định, các thông số quy trình khác-bao gồm thời gian ngâm kẽm, độ lưu động (như trong Hình 3-5) và nhiệt độ-cũng ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô của lớp kẽm. Do đó, trong sản xuất mạ kẽm nhúng nóng, sự tương tác giữa ba yếu tố này bị chi phối bởi các thông số kỹ thuật của quy trình. Chỉ bằng cách tuân thủ nghiêm ngặt các điều kiện vận hành đã chỉ định thì mới có thể đạt được lớp mạ kẽm mong muốn.
(3) Tác dụng của sắt trong bể kẽm bị bù đắp vì nhôm có thể kết hợp với sắt trong bể kẽm tạo thành ba hợp chất là FeAl, FeAl2 và FeAl3 làm giảm tác dụng lên lớp mạ kẽm.