60. Erimiş çinkodaki alüminyum sıcak-daldırma galvanizlemeyi nasıl etkiler?

Alüminyum (A1), yüzey merkezli kübik (FCC) kristal yapıya sahip gümüşi-beyaz bir metaldir. Kafes sabiti 404959,6 nm, atom kütlesi 26,8, erime noktası 658 derece ve kaynama noktası 2000 derecedir. Ticari çinko ürünleri, sıcak daldırmalı galvanizleme sırasında kasıtlı olarak eklenen alüminyum içermez. Bu işlem üç temel amaca hizmet eder: galvanizli çelik boru yüzeyinin parlaklığını arttırmak, esnekliği arttırmak, demir{11}}çinko alaşımı katmanının mikro yapısını değiştirmek ve erimiş çinkodaki demirin etkilerini nötralize etmek. Detaylar aşağıdaki gibidir: (1) Alüminyum, galvanizli çelik boruların yüzey parlaklığını ve esnekliğini artırır.
Teorik olarak çinko banyosundaki yalnızca %0,02 alüminyum içeriği bu hedefe ulaşmak için yeterli olacaktır. Bununla birlikte, alüminyum çinko yüzeyinde kolayca oksitlendiğinden deneysel kanıtlar, gerekli %0,02 seviyesini korumak için yaklaşık %0,2 alüminyum eklenmesinin gerekli olduğunu göstermektedir. Alüminyum ve oksijen arasındaki güçlü afinite, oksijen difüzyonunu etkili bir şekilde bloke eden bir alüminyum oksit tabakası oluşturur ve hem alttaki erimiş alüminyumu hem de çinkoyu oksidasyondan korur. Bu koruyucu mekanizma aynı zamanda çinko banyosundaki diğer metal elementlerin oksidasyonunu da önler. Bilindiği gibi çinko oksidasyonu sarı çinko oksit üretir ve kurşun ve kadmiyum oksitler benzer sarımsı tonlar sergiler. Alüminyumun koruyucu rolü olmasaydı, galvanizli yüzey sarı bileşiklerle ağır bir şekilde lekelenir ve parlaklığından önemli ölçüde ödün verilirdi. Bu nedenle, sıcak daldırmalı galvanizlemede parlak bir yüzey elde etmek için uygun miktarda alüminyum eklenmesi çok önemlidir. Ayrıca çinko banyosundaki %0,2'lik alüminyum içeriği, yalnızca en uygun dekoratif desenleri sağlamakla kalmaz, aynı zamanda galvanizli katmanda olağanüstü esneklik sağlar.
Ancak Amerikan Test Malzemeleri Derneği (ASTM), alüminyumun parlatıcı metal katkı maddesi olarak kullanılmamasını, kullanılması durumunda içeriğinin %0,01'in altında sınırlandırılması gerektiğini önermektedir.
(2) Galvanizli Katmanların Mikro Yapısının Değiştirilmesi Teorik olarak erimiş çinkodaki %0,2-0,3'lük alüminyum içeriği, galvanizli katmanların mikro yapısını değiştirmek için yeterlidir. Bununla birlikte, pratik üretimde alüminyum, erimiş çinkodaki oksijenle kolayca reaksiyona girerek tüketimine yol açar. Hedef alüminyum içeriğini korumak için yaklaşık %1,5-%3,5 oranında alüminyum eklenmelidir. Alüminyum içeriğinin mikro yapıyı nasıl etkilediğini göstermek için, düşükten yükseğe alüminyum konsantrasyonlarındaki değişiklikleri analiz ediyoruz: Alüminyum içeriğindeki %0,05'lik bir artış, galvanizli katmanın yüzey parlaklığını artırır ancak mikro yapısı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Böylece galvanizli katman, yapışkan bir katman (Faz a), bir ara katman (Faz Y), hafif çatlaklı bir ızgara katmanı (Faz 81) ve yüzen bir saf çinko katmanından (Faz S) (Faz n) oluşan, saf çinko sıvısından üretilenle aynı bileşimi korur. Temel fark, saf çinko sıvısına kıyasla fazların farklı kristal morfolojisinde yatmaktadır.
Çinko sıvısındaki alüminyum içeriği %0,1 olduğunda, yüzen katmanın (3 faz) kristalizasyonu büyük bir blok halindedir ve sürekli bir katman değil, bir nevi ayrılmış kapanımlardır.
Çinko sıvısındaki alüminyum içeriği %0,15 olduğunda, yüzen katmanın (faz 5) dağılımı sürekli bir katman değil, bazı daha büyük, ayrılmış kristal kümeler halindedir ve yalnızca ızgara katmanı (faz 81) biraz daha yoğun bir yapı sunar.
Çinko banyosundaki alüminyum içeriği %0,24'e ulaştığında alaşım etkisi korozyonu önlemede oldukça etkili hale gelir. Çinko banyosu 1 saat kaplama için 440 derecede tutulursa, sökme ve inceleme sonrasında herhangi bir reaksiyon gözlenmez. Sonuç olarak numune üzerindeki galvanizli katman yalnızca saf çinko katmandan oluşur. Bunun nedeni, alüminyumun çelik boru ile reaksiyona girerek bir FeAl₃ (veya Fe₂AlO) bileşik filmi oluşturması ve bu filmin demir iyonlarının çinko tabakasına doğru difüzyonunu engellemesidir.
Yukarıda gösterildiği gibi alüminyum içeriği, galvanizli tabakanın mikro yapısını değiştirmede önemli bir faktördür. Alüminyum içeriği sabitlendiğinde, çinko daldırma süresi, akışkanlık (Şekil 3-5'te gösterildiği gibi) ve sıcaklık- dahil olmak üzere diğer işlem parametreleri-ayrıca çinko katmanının mikro yapısını da etkiler. Bu nedenle sıcak daldırma galvaniz üretiminde bu üç faktör arasındaki etkileşim proses spesifikasyonlarına göre yönetilir. İstenilen galvanizli katman ancak belirtilen çalışma koşullarına sıkı sıkıya bağlı kalarak elde edilebilir.
(3) Çinko banyosundaki demirin etkisi dengelenir çünkü alüminyum çinko banyosundaki demir ile birleşerek FeAl, FeAl2 ve FeAl3 olmak üzere üç bileşik oluşturabilir ve bu da galvanizli kaplama üzerindeki etkiyi azaltır.