Nhôm (Al), có bề ngoài màu trắng bạc và cấu trúc hình khối tập trung vào mặt, có hằng số mạng 404959,6 nanomet, khối lượng nguyên tử tương đối là 26,8, điểm nóng chảy là 658 độ và điểm sôi là 2000 độ. Nhôm không có mặt tự nhiên trong kẽm thương mại; đúng hơn, nó được thêm vào một cách có chủ ý trong quá trình mạ kẽm nhúng nóng. Mục đích của việc thêm nhôm là để tăng cường độ bóng của lớp mạ kẽm trên ống thép, cải thiện tính linh hoạt của chúng, thay đổi cấu trúc của lớp hợp kim sắt-kẽm và chống lại tác dụng của sắt trong kẽm nóng chảy. Đây là những chi tiết dưới đây:
(1) Nhôm tăng cường độ bóng và tính linh hoạt của ống thép mạ kẽm
Về mặt lý thuyết, để đạt được những mục tiêu này, hàm lượng nhôm chỉ {{0}}.02% trong kẽm nóng chảy là đủ. Tuy nhiên, do tính nhạy cảm của nhôm với quá trình oxy hóa ở bề mặt kẽm nóng chảy, việc bổ sung nhôm theo kinh nghiệm khoảng 0,2% là cần thiết để duy trì hàm lượng nhôm 0,02% trong kẽm nóng chảy. Nhôm có ái lực cao với oxy, tạo thành lớp alumina ngăn chặn hiệu quả sự khuếch tán oxy, bảo vệ kẽm nóng chảy và kẽm nóng chảy bên dưới khỏi quá trình oxy hóa. Tương tự, các nguyên tố kim loại khác trong kẽm nóng chảy cũng được bảo vệ khỏi quá trình oxy hóa. Kẽm, chì và cadmium bị oxy hóa có màu vàng và nếu không có nhôm, lớp mạ kẽm sẽ chứa đáng kể các thành phần màu vàng, ảnh hưởng xấu đến độ bóng của nó. Do đó, một lượng nhôm nhất định được thêm vào trong quá trình mạ kẽm nhúng nóng để có được lớp mạ kẽm sáng. Ngoài ra, khi kẽm nóng chảy chứa 0,2% nhôm sẽ thu được hoa văn đẹp nhất và độ linh hoạt của lớp mạ kẽm đặc biệt tốt.
Tuy nhiên, Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ khuyến cáo không nên sử dụng nhôm làm chất phụ gia làm sáng kim loại và nếu được sử dụng thì nên giới hạn ở mức dưới 0,01%.
(2) Thay đổi cấu trúc của lớp mạ kẽm
Về mặt lý thuyết, để thay đổi cấu trúc của lớp mạ kẽm, hàm lượng nhôm từ {{0}},2 đến 0,3% trong kẽm nóng chảy là đủ. Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, nhôm dễ dàng phản ứng với oxy trong kẽm nóng chảy và bị tiêu hao, do đó, cần bổ sung nhôm khoảng 1,5% đến 3,5% để duy trì hàm lượng nhôm từ 0,2 đến 0,3%. Để minh họa ảnh hưởng của hàm lượng nhôm đến cấu trúc lớp mạ kẽm, hãy xem xét sự thay đổi trong cấu trúc lớp mạ kẽm khi hàm lượng nhôm tăng lên:
Việc tăng hàm lượng nhôm lên 0,05% trong kẽm nóng chảy giúp tăng cường độ bóng bề mặt của lớp mạ kẽm nhưng không ảnh hưởng đến cấu trúc của nó. Do đó, cấu trúc mạ kẽm giống như kết cấu thu được từ kẽm nóng chảy nguyên chất, bao gồm lớp bám dính (pha a), lớp trung gian (pha ), lớp nứt nhẹ (pha δ₁), lớp nổi (pha S), và một lớp kẽm nguyên chất (pha η). Sự khác biệt so với lớp mạ kẽm nóng chảy nguyên chất là ở dạng tinh thể của các pha.
Khi hàm lượng nhôm trong kẽm nóng chảy là 0,1%, các tinh thể của lớp nổi (pha S) tồn tại ở dạng khối lớn và không còn được sắp xếp thành một lớp liên tục mà dưới dạng các thể vùi riêng biệt.
Khi hàm lượng nhôm trong kẽm nóng chảy là 0,15%, sự phân bố của lớp nổi (pha S) cũng không liên tục mà bao gồm các cụm tinh thể lớn hơn, tách biệt lẫn nhau, chỉ có lớp (pha δ₁) cho thấy một cấu trúc dày đặc hơn một chút.
Khi hàm lượng nhôm trong kẽm nóng chảy là 0,24% thì tác dụng ức chế ăn mòn (hợp kim) rất mạnh. Nếu quá trình mạ kẽm được thực hiện ở nhiệt độ 440 độ trong 1 giờ với kẽm nóng chảy này và sau đó kiểm tra thì không tìm thấy phản ứng nào. Vì vậy, chỉ tồn tại một lớp kẽm nguyên chất trên mẫu mạ kẽm. Điều này là do phản ứng giữa nhôm và thép tạo ra một màng mỏng FeAl₃ (hoặc Fe₂Al₅ theo một số nguồn), cản trở sự khuếch tán của các ion sắt về phía kẽm.
Từ trên, lượng nhôm là yếu tố quan trọng làm thay đổi cấu trúc của lớp mạ kẽm. Khi hàm lượng nhôm được cố định, các thông số của quy trình như thời gian mạ, độ lưu động (như trong Hình 3-5) và nhiệt độ mạ cũng ảnh hưởng đến sự thay đổi cấu trúc lớp kẽm. Do đó, trong sản xuất mạ kẽm nhúng nóng, mối quan hệ giữa ba yếu tố này được xác định bởi các thông số kỹ thuật của quy trình và chỉ trong các điều kiện vận hành được kiểm soát chặt chẽ mới có thể đạt được lớp mạ kẽm mong muốn.
(3) Chống lại tác dụng của sắt trong kẽm nóng chảy
Nhôm phản ứng với sắt trong kẽm nóng chảy tạo thành ba hợp chất: FeAl, FeAl₂ và FeAl₃, do đó làm giảm tác động của nó lên lớp mạ kẽm.
