ينتمي الألومنيوم (Al)، الذي يظهر باللون الأبيض الفضي، إلى البنية المكعبة ذات الوجه المتمركز حول ثابت شعرية قدره 404959.6 نانومتر، وكتلة ذرية نسبية تبلغ 26.8، ونقطة انصهار تبلغ 658 درجة، ونقطة غليان تبلغ 2000 درجة. لا يتواجد الألمنيوم بشكل طبيعي في الزنك التجاري. ومع ذلك، يتم إضافة الألومنيوم عمدا إلى الزنك المنصهر أثناء الجلفنة بالغمس الساخن. والغرض من ذلك هو تعزيز لمعان طلاء الزنك على الأنابيب الفولاذية، وتحسين مرونتها، وتغيير هيكل طبقة سبائك الحديد والزنك، ومواجهة تأثير الحديد في الزنك المنصهر. التقسيم التفصيلي هو كما يلي:
(1) يعزز الألومنيوم لمعان ومرونة الأنابيب الفولاذية المجلفنة.
من الناحية النظرية، لتحقيق ذلك، يكفي فقط {{0}}.02% من الألومنيوم في الزنك المنصهر. ومع ذلك، نظرًا لأنه يتأكسد الألومنيوم بسهولة على سطح الزنك المنصهر، بناءً على الخبرة، يجب إضافة حوالي 0.2% ألومنيوم للحفاظ على محتوى الألومنيوم بنسبة 0.02% في الزنك المنصهر. نظرًا للألفة العالية بين الألومنيوم والأكسجين، والتي تشكل طبقة الألومينا، فإن هذه الطبقة 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. وكما نعلم، فإن أكسيد الزنك الذي يتكون بعد أكسدة الزنك المنصهر يكون لونه أصفر، وأكاسيد الرصاص والكادميوم تكون صفراء أيضًا. بدون تأثير الألومنيوم، سوف يتم تشويه سطح الطبقة المجلفنة بشكل كبير بمكونات صفراء، مما يؤثر بشكل كبير على لمعانها. لذلك، تتم إضافة كمية معينة من الألومنيوم أثناء الجلفنة بالغمس الساخن للحصول على طبقة مجلفنة لامعة. وفي الوقت نفسه، عندما يحتوي الزنك المنصهر على 0.2% من الألومنيوم، يمكن الحصول على أفضل نمط، وتكون مرونة الطبقة المجلفنة جيدة بشكل خاص.
ومع ذلك، توصي الجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد بعدم استخدام الألومنيوم كإضافة معدنية لامعة، وفي حالة استخدامه يجب أن يقتصر على أقل من 0.01%.
(2) تعديل هيكل الطبقة المجلفنة
من الناحية النظرية، لتحقيق غرض تعديل بنية الطبقة المجلفنة، يكون محتوى الألومنيوم من {{0}}.2 إلى 0.3% في الزنك المنصهر كافيًا. ومع ذلك، في الإنتاج الفعلي، يتفاعل الألومنيوم الموجود في الزنك المنصهر بسهولة مع الأكسجين ويتم استهلاكه. ولذلك، للحفاظ على محتوى الألومنيوم من 0.2 إلى 0.3% في الزنك المنصهر، يجب إضافة ما يقرب من 1.5% إلى 3.5% من الألومنيوم. لتوضيح تأثير محتوى الألومنيوم على تعديل بنية الطبقة المجلفنة، دعونا نلاحظ التغيرات في بنية الطبقة المجلفنة مع زيادة محتوى الألومنيوم تدريجيا من الأقل إلى الأعلى:
تهدف الزيادة في محتوى الألومنيوم إلى 0.05% في الزنك المصهور إلى تعزيز لمعان سطح الطبقة المجلفنة ولكنها لا تؤثر على بنيتها. لذلك، فإن الهيكل المجلفن هو نفس الهيكل المطلي من الزنك المنصهر النقي، ويتكون من طبقة التصاق (الطور أ)، وطبقة متوسطة (الطور )، وطبقة متشققة قليلاً (الطور δ₁)، وطبقة منجرفة (الطور S)، وطبقة الزنك النقي (المرحلة η). يكمن الاختلاف عن الطبقة المجلفنة المطلية بالزنك المنصهر النقي في الأشكال البلورية للأطوار.
عندما يكون محتوى الألومنيوم في الزنك المصهور 0.1%، فإن بلورات الطبقة المنجرفة (الطور δ₁) تتواجد في كتل كبيرة ولم تعد مرتبة في طبقة متصلة ولكن كشوائب منفصلة.
عندما يكون محتوى الألومنيوم في الزنك المصهور 0.15%، فإن توزيع الطبقة المنجرفة (الطور δ₁) 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%، يكون التأثير المثبط للحفر (السبائك) قويًا. إذا تم الحفاظ على الجلفنة المغمورة 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 الطبقة المجلفنة من العينة. وذلك لأن التفاعل بين الألومنيوم والأنابيب الفولاذية يشكل طبقة رقيقة من مركبات FeAl₃ (أو Fe₂Al₅ وفقًا لبعض المصادر)، مما يعيق انتشار أيونات الحديد نحو الزنك.
مما سبق يتبين أن كمية الألمنيوم عامل مهم في تغيير بنية الطبقة المجلفنة. عندما يكون محتوى الألومنيوم ثابتًا، فإن معلمات العملية مثل وقت الغمر، والسيولة (كما هو موضح في الشكل 3-5)، ودرجة حرارة الغمر 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 تشغيل منظمة بشكل صارم يمكن الحصول على الطبقة المجلفنة المطلوبة.
(3) مقاومة تأثير الحديد في الزنك المنصهر
يتفاعل الألومنيوم مع الحديد الموجود في الزنك المنصهر لتكوين ثلاثة مركبات: FeAl، FeAl₂، وFeAl₃، مما يقلل من تأثيره على الطبقة المجلفنة.
