60. كيف يؤثر الألومنيوم الموجود في الزنك المنصهر على الجلفنة بالغمس الساخن؟

الألومنيوم (A1) عبارة عن معدن أبيض فضي- ذو وجه-بنية بلورية مكعبة مركزية (FCC). يبلغ ثابت شبكتها 404959.6 نانومتر، والكتلة الذرية 26.8، ونقطة الانصهار 658 درجة، ونقطة الغليان 2000 درجة. لا تحتوي منتجات الزنك التجارية على الألومنيوم، الذي يتم إضافته عمدًا أثناء الجلفنة بالغمس الساخن. تخدم هذه العملية ثلاثة أغراض رئيسية: تعزيز بريق سطح الأنابيب الفولاذية المجلفنة، وتحسين المرونة، وتعديل البنية الدقيقة لطبقة سبائك الزنك الحديدية-، وتحييد تأثيرات الحديد في الزنك المنصهر. التفاصيل هي كما يلي: (1) يعمل الألمنيوم على تحسين اللمعان السطحي والمرونة للأنابيب الفولاذية المجلفنة.
من الناحية النظرية، فإن محتوى الألومنيوم بنسبة 0.02٪ فقط في حمام الزنك يكفي لتحقيق هذا الهدف. ومع ذلك، بما أن الألومنيوم يتأكسد بسهولة على سطح الزنك، فإن الأدلة التجريبية تشير إلى أن إضافة ما يقرب من 0.2% من الألومنيوم ضروري للحفاظ على مستوى 0.02% المطلوب. يشكل التقارب القوي بين الألومنيوم والأكسجين طبقة من أكسيد الألومنيوم تمنع انتشار الأكسجين بشكل فعال، وتحمي كل من الألومنيوم المنصهر والزنك الأساسي من الأكسدة. تمنع آلية الحماية هذه أيضًا أكسدة العناصر المعدنية الأخرى في حمام الزنك. كما هو معروف، تنتج أكسدة الزنك أكسيد الزنك الأصفر، وتظهر أكاسيد الرصاص والكادميوم درجات صفراء مماثلة. بدون الدور الوقائي للألمنيوم، سيصبح السطح المجلفن ملطخًا بشدة بمركبات صفراء، مما يؤثر بشكل كبير على بريقه. لذلك، تعد إضافة كمية مناسبة من الألومنيوم أمرًا ضروريًا في-الغلفنة بالغمس الساخن للحصول على لمسة نهائية لامعة. علاوة على ذلك، فإن محتوى الألومنيوم بنسبة 0.2% في حمام الزنك لا ينتج أنماطًا زخرفية مثالية فحسب، بل يضمن أيضًا مرونة استثنائية في الطبقة المجلفنة.
ومع ذلك، توصي الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) بعدم استخدام الألومنيوم كمضافات معدنية لامعة، وفي حالة استخدامه، يجب أن يقتصر محتواه على أقل من 0.01%.
(2) تغيير البنية المجهرية للطبقات المجلفنة من الناحية النظرية، يكون محتوى الألومنيوم بنسبة 0.2-0.3% في الزنك المنصهر كافيًا لتعديل البنية المجهرية للطبقات المجلفنة. ومع ذلك، في الإنتاج العملي، يتفاعل الألومنيوم بسهولة مع الأكسجين الموجود في الزنك المنصهر، مما يؤدي إلى استهلاكه. للحفاظ على محتوى الألومنيوم المستهدف، يجب إضافة حوالي 1.5%-3.5% من الألومنيوم. لتوضيح كيفية تأثير محتوى الألومنيوم على البنية المجهرية، قمنا بتحليل التغييرات من تركيزات الألومنيوم المنخفضة إلى العالية: زيادة بنسبة 0.05% في محتوى الألومنيوم تعزز لمعان سطح الطبقة المجلفنة ولكن ليس لها أي تأثير على بنيتها المجهرية. وبالتالي، فإن الطبقة المجلفنة تحتفظ بنفس التركيبة التي يتم إنتاجها من سائل الزنك النقي، وتتكون من طبقة ملتصقة (المرحلة أ)، وطبقة متوسطة (المرحلة Y)، وطبقة شبكية مشقوقة قليلاً (المرحلة 81)، وطبقة عائمة (المرحلة S) من الزنك النقي (المرحلة ن). يكمن الاختلاف الرئيسي في التشكل البلوري المتميز للمراحل مقارنة بسائل الزنك النقي.
عندما يكون محتوى الألومنيوم في سائل الزنك 0.1%، فإن تبلور الطبقة العائمة (3 مراحل) يكون على شكل كتلة كبيرة، وهي ليست طبقة مستمرة، ولكنها نوع من الشوائب المنفصلة.
عندما يكون محتوى الألومنيوم في سائل الزنك 0.15%، فإن توزيع الطبقة العائمة (المرحلة 5) ليس طبقة مستمرة، ولكن بعض المجموعات البلورية الأكبر المنفصلة، ​​وطبقة الشبكة فقط (المرحلة 81) تقدم بنية أكثر كثافة قليلاً.
عندما يصل محتوى الألومنيوم في حمام الزنك إلى 0.24%، يصبح تأثير صناعة السبائك فعالاً للغاية في منع التآكل. إذا تم الحفاظ على حمام الزنك عند 440 درجة لمدة ساعة واحدة من الطلاء، فلن يتم ملاحظة أي تفاعل عند الإزالة والفحص. وبالتالي، فإن الطبقة المجلفنة في العينة تتكون فقط من طبقة الزنك النقي. يحدث هذا بسبب تفاعل الألومنيوم مع الأنابيب الفولاذية لتكوين فيلم مركب FeAl₃ (أو Fe₂AlO)، مما يمنع انتشار أيونات الحديد نحو طبقة الزنك.
كما هو موضح أعلاه، يعد محتوى الألومنيوم عاملاً رئيسياً في تغيير البنية المجهرية للطبقة المجلفنة. عندما يتم تثبيت محتوى الألومنيوم، فإن معلمات العملية الأخرى-بما في ذلك وقت غمر الزنك، والسيولة (كما هو موضح في الشكل 3-5)، ودرجة الحرارة-تؤثر أيضًا على البنية الدقيقة لطبقة الزنك. لذلك، في إنتاج الجلفنة بالغمس الساخن، يخضع التفاعل بين هذه العوامل الثلاثة لمواصفات العملية. فقط من خلال الالتزام الصارم بشروط التشغيل المحددة يمكن تحقيق الطبقة المجلفنة المطلوبة.
(3) يتم تعويض تأثير الحديد في حمام الزنك لأن الألومنيوم يمكن أن يتحد مع الحديد في حمام الزنك لتكوين ثلاثة مركبات، وهي FeAl وFeAl2 وFeAl3، مما يقلل من التأثير على الطلاء المجلفن.