60. כיצד אלומיניום באבץ מותך משפיע על הגלוון החם-?

אלומיניום (A1) הוא מתכת לבנה-כסופה עם מבנה גבישי-מרוכז (FCC). קבוע הסריג שלו מודד 404959.6 ננומטר, המסה האטומית היא 26.8, נקודת התכה 658 מעלות ונקודת רתיחה 2000 מעלות. מוצרי אבץ מסחריים אינם מכילים אלומיניום, אשר מתווסף בכוונה במהלך-גלוון חם. תהליך זה משרת שלוש מטרות מרכזיות: שיפור הברק של משטח צינור הפלדה המגולוונת, שיפור הגמישות, שינוי המבנה המיקרו של שכבת סגסוגת האבץ -ונטרול השפעות הברזל באבץ המותך. הפרטים הם כדלקמן: (1) אלומיניום משפר את הברק והגמישות של צינורות פלדה מגולוונת.
תיאורטית, רק 0.02% תכולת אלומיניום באמבט אבץ יספיק כדי להשיג מטרה זו. עם זאת, מכיוון שאלומיניום מתחמצן בקלות על פני האבץ, ראיות אמפיריות מצביעות על כך שהוספת כ-0.2% אלומיניום נחוצה כדי לשמור על הרמה הנדרשת של 0.02%. הזיקה החזקה בין אלומיניום וחמצן יוצרת שכבת תחמוצת אלומיניום החוסמת ביעילות את פיזור החמצן, ומגינה הן על האלומיניום המותך הבסיסי והן על האבץ מפני חמצון. מנגנון הגנה זה מונע גם חמצון של יסודות מתכת אחרים באמבט האבץ. כידוע, חמצון אבץ מייצר תחמוצת אבץ צהובה, ותחמוצות עופרת וקדמיום מציגות גוונים צהבהבים דומים. ללא תפקיד ההגנה של האלומיניום, המשטח המגולוון היה מוכתם מאוד בתרכובות צהובות, מה שפוגע באופן משמעותי בברק שלו. לכן, הוספת כמות מתאימה של אלומיניום חיונית בגלוון חם- כדי להשיג גימור בהיר. יתרה מכך, תכולת אלומיניום של 0.2% באמבט האבץ לא רק מניבה דוגמאות דקורטיביות אופטימליות אלא גם מבטיחה גמישות יוצאת דופן בשכבה המגולוונת.
עם זאת, האגודה האמריקאית לבדיקת חומרים (ASTM) ממליצה שלא להשתמש באלומיניום כתוסף מתכת מבהיר, ואם נעשה בו שימוש, יש להגביל את תכולתו לפחות מ-0.01%.
(2) שינוי המיקרו-מבנה של שכבות מגולוונות באופן תיאורטי, תכולת אלומיניום של 0.2-0.3% באבץ מותך מספיקה כדי לשנות את המיקרו-מבנה של שכבות מגולוונות. עם זאת, בייצור מעשי, האלומיניום מגיב בקלות עם חמצן באבץ המותך, מה שמוביל לצריכתו. כדי לשמור על תכולת האלומיניום היעד, יש להוסיף כ-1.5%-3.5% מאלומיניום. כדי להדגים כיצד תכולת האלומיניום משפיעה על המיקרו-מבנה, אנו מנתחים את השינויים מריכוזי אלומיניום נמוכים לגבוהים: עלייה של 0.05% בתכולת האלומיניום משפרת את ברק פני השטח של השכבה המגולוונת אך אין לה השפעה על המיקרו-מבנה שלה. כך, השכבה המגולוונת שומרת על הרכב זהה לזה המופק מנוזל אבץ טהור, המורכבת משכבה דביקה (שלב א), שכבת ביניים (שלב Y), שכבת סורג מעט סדוקה (שלב 81), ושכבה צפה (שלב S) של אבץ טהור (שלב נ). ההבדל העיקרי טמון במורפולוגיה הגבישית המובהקת של השלבים בהשוואה לנוזל אבץ טהור.
כאשר תכולת האלומיניום בנוזל אבץ היא 0.1%, התגבשות השכבה הצפה (3 פאזית) היא בצורת גוש גדול, והיא אינה שכבה רציפה, אלא מעין תכלילים מופרדים.
כאשר תכולת האלומיניום בנוזל אבץ היא 0.15%, התפלגות השכבה הצפה (שלב 5) אינה שכבה רציפה, אלא כמה אשכולות גבישיים גדולים יותר ומופרדים, ורק שכבת הרשת (שלב 81) מציגה מבנה מעט יותר צפוף.
כאשר תכולת האלומיניום באמבט האבץ מגיעה ל-0.24%, אפקט הסגסוג הופך ליעיל ביותר במניעת קורוזיה. אם אמבט האבץ נשמר ב-440 מעלות למשך שעה אחת של ציפוי, לא נצפית תגובה בעת הסרה ובדיקה. כתוצאה מכך, השכבה המגולוונת על המדגם מורכבת אך ורק משכבת ​​אבץ טהורה. זה קורה מכיוון שאלומיניום מגיב עם צינור הפלדה ליצירת סרט תרכובת של FeAl₃ (או Fe₂AlO), המעכב את התפשטות יוני הברזל לעבר שכבת האבץ.
כפי שהוכח לעיל, תכולת האלומיניום היא גורם מפתח בשינוי המבנה המיקרו של השכבה המגולוונת. כאשר תכולת האלומיניום קבועה, פרמטרים נוספים של תהליך-כולל זמן טבילת אבץ, נזילות (כמתואר באיור 3-5) וטמפרטורה- משפיעים גם הם על המיקרו-מבנה של שכבת האבץ. לכן, בייצור של גלוון בטבילה חמה, המשחק בין שלושת הגורמים הללו נשלט על ידי מפרטי התהליך. רק על ידי הקפדה על תנאי ההפעלה שצוינו ניתן להשיג את השכבה המגולוונת הרצויה.
(3) ההשפעה של ברזל באמבט אבץ מתקזזת מכיוון שאלומיניום יכול לשלב עם ברזל באמבט אבץ ליצירת שלוש תרכובות, כלומר FeAl, FeAl2 ו-FeAl3, מה שמפחית את ההשפעה על ציפוי מגולוון.