الألومنيوم (Al)، ذو المظهر الأبيض الفضي وبنية مكعبة مركزية الوجه، لديه ثابت شعرية يبلغ 404959.6 نانومتر، وكتلة ذرية نسبية تبلغ 26.8، ونقطة انصهار تبلغ 658 درجة، ونقطة غليان تبلغ 2000 درجة. الألومنيوم غير موجود بشكل طبيعي في الزنك التجاري؛ بل يتم إضافته عمدًا أثناء عمليات الجلفنة بالغمس الساخن. تتمثل أغراض إضافة الألومنيوم في تعزيز لمعان طلاء الزنك على الأنابيب الفولاذية، وتحسين مرونتها، وتغيير هيكل طبقة سبائك الحديد والزنك، ومواجهة تأثيرات الحديد في الزنك المنصهر. هذه مفصلة أدناه:
(1) الألومنيوم يعزز لمعان ومرونة الأنابيب الفولاذية المجلفنة
من الناحية النظرية، لتحقيق هذه الأهداف، يكون محتوى الألومنيوم بنسبة {{0}}.02% فقط في الزنك المنصهر كافيًا. ومع ذلك، نظرًا لقابلية الألومنيوم للأكسدة على سطح الزنك المنصهر، فإن إضافة الألومنيوم التجريبية بحوالي 0.2% ضرورية للحفاظ على محتوى الألومنيوم بنسبة 0.02% في الزنك المنصهر. يتمتع الألومنيوم بقابلية عالية للأكسجين، مما يشكل طبقة ألومينا تمنع بشكل فعال انتشار الأكسجين، وتحمي الزنك المنصهر والزنك المنصهر من الأكسدة. وبالمثل، فإن العناصر المعدنية الأخرى الموجودة في الزنك المنصهر محمية أيضًا من الأكسدة. ويكون لون الزنك المؤكسد والرصاص والكادميوم أصفر اللون، وبدون الألومنيوم فإن الطبقة المجلفنة ستحتوي بشكل كبير على مكونات صفراء، مما يؤثر سلبًا على لمعانها. ولذلك، تتم إضافة كمية معينة من الألومنيوم أثناء الجلفنة بالغمس الساخن للحصول على طبقة مجلفنة لامعة. بالإضافة إلى ذلك، عندما يحتوي الزنك المنصهر على 0.2% من الألومنيوم، يتم الحصول على أفضل نمط، وتكون مرونة الطبقة المجلفنة جيدة بشكل خاص.
ومع ذلك، توصي الجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد بعدم استخدام الألومنيوم كمادة مضافة للمعادن، وفي حالة استخدامها يجب أن تقتصر على أقل من 0.01%.
(2) تغيير هيكل الطبقة المجلفنة
من الناحية النظرية، لتغيير بنية الطبقة المجلفنة، يكون محتوى الألومنيوم من {{0}}.2 إلى 0.3% في الزنك المنصهر كافيًا. ومع ذلك، في الإنتاج العملي، يتفاعل الألومنيوم بسهولة مع الأكسجين الموجود في الزنك المنصهر ويتم استهلاكه، لذا فإن إضافة الألومنيوم بحوالي 1.5% إلى 3.5% ضرورية للحفاظ على محتوى الألومنيوم عند 0.2 إلى 0.3%. لتوضيح تأثير محتوى الألومنيوم على بنية الطبقة المجلفنة، دعونا نتفحص التغيرات في بنية الطبقة المجلفنة مع زيادة محتوى الألومنيوم:
تؤدي زيادة محتوى الألومنيوم إلى 0.05% في الزنك المنصهر إلى تحسين لمعان سطح الطبقة المجلفنة ولكنها لا تؤثر على بنيتها. لذلك، فإن الهيكل المجلفن هو نفسه الذي يتم الحصول عليه من الزنك المنصهر النقي، ويتكون من طبقة التصاق (المرحلة أ)، وطبقة متوسطة (المرحلة )، وطبقة متشققة قليلاً (الطور δ₁)، وطبقة عائمة (المرحلة S)، وطبقة الزنك النقي (المرحلة η). الفرق بين الطبقة المجلفنة المطلية بالزنك المنصهر النقي هو في الشكل البلوري للأطوار.
عندما يكون محتوى الألومنيوم في الزنك المصهور 0.1%، فإن بلورات الطبقة العائمة (الطور S) تتواجد في كتل كبيرة ولم تعد مرتبة في طبقة متصلة ولكن كشوائب منفصلة.
عندما يكون محتوى الألومنيوم في الزنك المنصهر 0.15%، فإن توزيع الطبقة العائمة (الطور S) لا يكون أيضًا مستمرًا ولكنه يتكون من مجموعات بلورية أكبر منفصلة بشكل متبادل، مع الطبقة (الطور δ₁) فقط تظهر بنية أكثر كثافة قليلاً.
عندما يكون محتوى الألومنيوم في الزنك المصهور 0.24%، فإن تأثير تثبيط النقش (السبائك) يكون قويًا. إذا تم إجراء الجلفنة عند درجة حرارة 440 درجة لمدة ساعة واحدة في هذا الزنك المنصهر ثم فحصها، فلن يتم العثور على أي تفاعل. ولذلك، توجد فقط طبقة الزنك النقي على العينة المجلفنة. وذلك لأن التفاعل بين الألومنيوم والفولاذ ينتج طبقة رقيقة من FeAl₃ (أو Fe₂Al₅ حسب بعض المصادر)، مما يعيق انتشار أيونات الحديد نحو الزنك.
مما سبق فإن كمية الألمنيوم تعتبر عامل مهم في تغيير بنية الطبقة المجلفنة. عندما يكون محتوى الألومنيوم ثابتًا، فإن معلمات العملية مثل وقت الجلفنة، والسيولة (كما هو موضح في الشكل 3-5)، ودرجة حرارة الجلفنة تؤثر أيضًا على التغير في بنية طبقة الزنك. لذلك، في إنتاج الجلفنة بالغمس الساخن، يتم تحديد العلاقة بين هذه العوامل الثلاثة من خلال مواصفات العملية، وفقط في ظل ظروف التشغيل الخاضعة للرقابة الصارمة يمكن الحصول على الطبقة المجلفنة المطلوبة.
(3) مقاومة تأثيرات الحديد في الزنك المنصهر
يتفاعل الألومنيوم مع الحديد الموجود في الزنك المنصهر لتكوين ثلاثة مركبات: FeAl، وFeAl₂، وFeAl₃، مما يقلل من تأثيره على الطبقة المجلفنة.
