Nhôm (Al), có màu trắng bạc, thuộc cấu trúc lập phương tâm mặt với 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 tự nhiên xuất hiện trong kẽm thương mại. Tuy nhiên, nhôm được cố tình thêm vào kẽm nóng chảy trong quá trình mạ kẽm nhúng nóng. Mục đích là để tăng cường độ bóng của lớp mạ kẽm trên ống thép, cải thiện tính linh hoạt của nó, thay đổi cấu trúc của lớp hợp kim sắt-kẽm và chống lại ảnh hưởng của sắt trong kẽm nóng chảy. Phân tích chi tiết như sau:
(1) Nhôm tăng cường độ bóng và độ dẻo cho ống thép mạ kẽm.
Về mặt lý thuyết, để đạt được điều này, chỉ cần {{0}}.02% nhôm trong kẽm nóng chảy là đủ. Tuy nhiên, vì nhôm dễ bị oxy hóa ở bề mặt kẽm nóng chảy nên theo kinh nghiệm, phải thêm khoảng 0,2% nhôm để duy trì hàm lượng nhôm 0,02% trong kẽm nóng chảy. Do ái lực cao giữa nhôm và oxy, tạo thành lớp alumina, lớp này ngăn chặn hiệu quả sự khuếch tán của 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. Như chúng ta đã biết, oxit kẽm hình thành sau quá trình oxy hóa kẽm nóng chảy có màu vàng, oxit chì và cadimi cũng có màu vàng. Nếu không có tác dụng của nhôm, bề mặt lớp mạ kẽm sẽ bị xỉn màu đáng kể bởi các thành phần màu vàng, ảnh hưởng lớn 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. Trong khi đó, khi kẽm nóng chảy chứa 0,2% nhôm thì có thể thu được hoa văn đẹp nhất và độ dẻo 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) Sửa đổi cấu trúc của lớp mạ kẽm
Về mặt lý thuyết, để đạt được mục đích 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 trong kẽm nóng chảy dễ phản ứng với oxy và bị tiêu hao. Do đó, để duy trì hàm lượng nhôm từ 0,2 đến 0,3% trong kẽm nóng chảy, phải thêm khoảng 1,5% đến 3,5% nhôm. Để minh họa ảnh hưởng của hàm lượng nhôm đến sự biến đổi cấu trúc của lớp mạ kẽm, chúng ta hãy quan sát sự thay đổi cấu trúc của lớp mạ kẽm khi hàm lượng nhôm tăng dần từ thấp đến cao:
Việc tăng hàm lượng nhôm lên 0,05% trong kẽm nóng chảy nhằm mục đích tăng cường độ bóng bề mặt của lớp mạ kẽm nhưng không ảnh hưởng đến cấu trúc của nó. Do đó, kết cấu mạ kẽm cũng giống như kết cấu mạ từ kẽm nóng chảy nguyên chất, bao gồm lớp bám dính (pha a), lớp trung gian (pha ), lớp nứt nhẹ (pha δ₁), lớp trôi (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 trôi (pha δ₁) tồn tại ở dạng khối lớn và không còn được sắp xếp thành một lớp liên tục mà dưới dạng các thể vùi tách rời.
Khi hàm lượng nhôm trong kẽm nóng chảy là 0,15%, sự phân bố của lớp trôi (pha δ₁) cũng không liên tục mà bao gồm các cụm tinh thể lớn hơn, tách rời 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%, tác dụng ức chế ăn mòn (hợp kim) là rất mạnh. Nếu việc mạ nhúng được duy trì ở nhiệt độ 440 độ trong 1 giờ trong kẽm nóng chảy này và sau đó kiểm tra thì không có phản ứng nào xảy ra. Vì vậy, chỉ tồn tại một lớp kẽm nguyên chất trên lớp mạ kẽm của mẫu. Điều này là do phản ứng giữa nhôm và ống thép tạo thành một màng mỏng hợp chất FeAl₃ (hoặc Fe₂Al₅ theo một số nguồn), cản trở sự khuếch tán của các ion sắt về phía kẽm.
Từ những điều trên có thể thấy 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 ngâm, tính lưu động (như trong Hình 3-5) và nhiệt độ ngâm cũng ảnh hưởng đến sự thay đổi cấu trúc của lớp kẽm. Do đó, trong sản xuất mạ kẽm nhúng nóng, mối quan hệ giữa ba yếu tố này được quy định bởi các thông số kỹ thuật của quy trình và chỉ trong các điều kiện vận hành được quy định chặt chẽ mới có thể có được lớp mạ kẽm mong muốn.
(3) Chống lại ảnh hưởng 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.
