Teadmised

Home/Teadmised/Üksikasjad

Sulatsingis sisalduva alumiiniumi mõju kuumtsinkimisele

Hõbevalge välimusega ja näokeskse kuupstruktuuriga alumiiniumi (Al) võrekonstant on 404959,6 nanomeetrit, suhteline aatommass 26,8, sulamistemperatuur 658 kraadi ja keemistemperatuur 2000 kraadi. Kaubanduslikus tsingis alumiiniumi looduslikult ei esine; pigem lisatakse seda tahtlikult kuumtsinkimise protsesside käigus. Alumiiniumi lisamise eesmärk on suurendada terastorude tsinkkatte läiget, parandada nende painduvust, muuta raua-tsingi sulami kihi struktuuri ja neutraliseerida raua mõju sulatsingis. Need on üksikasjalikult kirjeldatud allpool:

(1) Alumiinium suurendab tsingitud terastorude läiget ja paindlikkust

Teoreetiliselt piisab nende eesmärkide saavutamiseks ainult {{0}}.02% alumiiniumisisaldusest sulas tsingis. Kuid kuna alumiinium on vastuvõtlik oksüdeerumisele sulatsingi pinnal, on sulatsingi 0,02% alumiiniumisisalduse säilitamiseks vajalik empiiriline alumiiniumi lisamine umbes 0,2%. Alumiiniumil on kõrge afiinsus hapniku suhtes, moodustades alumiiniumoksiidikihi, mis takistab tõhusalt hapniku difusiooni, kaitstes selle all olevat sulatsinki ja sulatsinki oksüdatsiooni eest. Samamoodi on oksüdatsiooni eest kaitstud ka teised sulatsingi metallelemendid. Oksüdeeritud tsink, plii ja kaadmium on kollased ning ilma alumiiniumita sisaldaks tsingitud kiht märkimisväärselt kollaseid komponente, mis kahjustab selle läiget. Seetõttu lisatakse kuumtsinkimisel teatud kogus alumiiniumi, et saada särav tsingitud kiht. Lisaks, kui sulatsink sisaldab 0,2% alumiiniumi, saadakse parim muster ja tsingitud kihi painduvus on eriti hea.

American Society for Testing and Materials soovitab siiski mitte kasutada alumiiniumi valgendava metallilisandina ja kui seda kasutatakse, peaks see olema alla 0,01%.

(2) Tsingitud kihi struktuuri muutmine

Teoreetiliselt piisab tsingitud kihi struktuuri muutmiseks sulatsingi alumiiniumisisaldusest {{0}},2 kuni 0,3%. Praktilises tootmises reageerib alumiinium aga kergesti sulas tsingis oleva hapnikuga ja kulub ära, nii et alumiiniumisisalduse 0,2 kuni 0,3% säilitamiseks on vaja lisada umbes 1,5–3,5% alumiiniumi. Et illustreerida alumiiniumisisalduse mõju tsingitud kihi struktuurile, uurime tsingitud kihi struktuuri muutusi alumiiniumisisalduse suurenemisel:

Alumiiniumisisalduse suurendamine kuni 0,05% sulatsingis suurendab tsingitud kihi pinnaläiget, kuid ei mõjuta selle struktuuri. Seetõttu on tsingitud struktuur sama, mis on saadud puhtast sulatsingist, mis koosneb nakkekihist (faas a), vahekihist (faas ), kergelt pragunenud kihist (faas δ₁), ujuvast kihist (faas S), ja puhas tsingikiht (faas η). Erinevus puhtast sulatsingist kaetud tsingitud kihist on faaside kristallilises vormis.

Kui sulatsingi alumiiniumisisaldus on 0,1%, eksisteerivad ujuva kihi (faas S) kristallid suurtes plokkides ja ei ole enam pideva kihina, vaid eraldatud inklusioonidena.

Kui alumiiniumisisaldus sulas tsingis on 0,15%, ei ole ka ujuva kihi (faas S) jaotus pidev, vaid koosneb suurematest üksteisest eraldatud kristallilistest kobaratest, milles on ainult kiht (faas δ₁) mis näitab veidi tihedamat struktuuri.

Kui alumiiniumisisaldus sulatsingis on 0,24%, on söövitamist (legeerimist) pidurdav toime tugev. Kui tsinkimist teostada temperatuuril 440 kraadi 1 tund selles sulatsingis ja seejärel kontrollida, siis reaktsiooni ei leita. Seetõttu on tsingitud proovil ainult puhas tsingikiht. Selle põhjuseks on asjaolu, et alumiiniumi ja terase vaheline reaktsioon tekitab õhukese FeAl3 (või mõnel allikal Fe2Al5) kile, mis takistab rauaioonide difusiooni tsingi suunas.

Eeltoodust lähtuvalt on alumiiniumi kogus tsingitud kihi struktuuri muutmisel oluline tegur. Kui alumiiniumisisaldus on fikseeritud, mõjutavad tsingikihi struktuuri muutust ka protsessi parameetrid, nagu galvaniseerimisaeg, voolavus (nagu on näidatud joonisel 3-5) ja galvaniseerimistemperatuur. Seetõttu määratakse kuumtsinkimise tootmisel nende kolme teguri vaheline seos protsessi spetsifikatsioonidega ja ainult rangelt kontrollitud töötingimustes on võimalik saada soovitud tsingitud kiht.

(3) Raua mõju vastu võitlemine sulatsingis

Alumiinium reageerib sulatsingis oleva rauaga, moodustades kolm ühendit: FeAl, FeAl₂ ja FeAl3, vähendades seeläbi selle mõju tsingitud kihile.