60. Comment l'aluminium présent dans le zinc fondu affecte-t-il la galvanisation à chaud- ?

L'aluminium (A1) est un métal blanc argenté-avec une structure cristalline cubique à faces-centrée (FCC). Sa constante de réseau mesure 404959,6 nm, sa masse atomique est de 26,8, son point de fusion de 658 degrés et son point d'ébullition de 2000 degrés. Les produits commerciaux en zinc ne contiennent pas d'aluminium, qui est intentionnellement ajouté lors de la galvanisation à chaud-. Ce processus répond à trois objectifs principaux : améliorer l'éclat de la surface du tuyau en acier galvanisé, améliorer la flexibilité, modifier la microstructure de la couche d'alliage de fer-zinc et neutraliser les effets du fer dans le zinc fondu. Les détails sont les suivants : (1) L'aluminium améliore l'éclat de la surface et la flexibilité des tuyaux en acier galvanisé.
Théoriquement, seulement 0,02 % d’aluminium dans le bain de zinc suffirait pour atteindre cet objectif. Cependant, comme l'aluminium s'oxyde facilement à la surface du zinc, des preuves empiriques suggèrent qu'il est nécessaire d'ajouter environ 0,2 % d'aluminium pour maintenir le niveau requis de 0,02 %. La forte affinité entre l'aluminium et l'oxygène forme une couche d'oxyde d'aluminium qui bloque efficacement la diffusion de l'oxygène, protégeant ainsi l'aluminium et le zinc fondus sous-jacents de l'oxydation. Ce mécanisme de protection empêche également l'oxydation des autres éléments métalliques présents dans le bain de zinc. Comme on le sait, l’oxydation du zinc produit de l’oxyde de zinc jaune, et les oxydes de plomb et de cadmium présentent des teintes jaunâtres similaires. Sans le rôle protecteur de l'aluminium, la surface galvanisée serait fortement tachée de composés jaunes, compromettant considérablement son éclat. Par conséquent, l'ajout d'une quantité appropriée d'aluminium est essentiel lors de la galvanisation à chaud-pour obtenir une finition brillante. De plus, une teneur en aluminium de 0,2 % dans le bain de zinc permet non seulement d'obtenir des motifs décoratifs optimaux, mais assure également une flexibilité exceptionnelle dans la couche galvanisée.
Cependant, l'American Society for Testing Materials (ASTM) recommande de ne pas utiliser l'aluminium comme additif métallique azurant et, s'il est utilisé, sa teneur doit être limitée à moins de 0,01 %.
(2) Modification de la microstructure des couches galvanisées Théoriquement, une teneur en aluminium de 0,2 à 0,3 % dans le zinc fondu est suffisante pour modifier la microstructure des couches galvanisées. Cependant, dans la production pratique, l'aluminium réagit facilement avec l'oxygène présent dans le zinc fondu, conduisant à sa consommation. Pour maintenir la teneur en aluminium cible, environ 1,5 à 3,5 % d'aluminium doivent être ajoutés. Pour démontrer comment la teneur en aluminium affecte la microstructure, nous analysons les changements entre des concentrations faibles et élevées d'aluminium : une augmentation de 0,05 % de la teneur en aluminium améliore le brillant de la surface de la couche galvanisée mais n'a aucun effet sur sa microstructure. Ainsi, la couche galvanisée conserve la même composition que celle réalisée à partir de zinc liquide pur, constituée d'une couche adhérente (Phase a), d'une couche intermédiaire (Phase Y), d'une couche de caillebotis légèrement fissurée (Phase 81), et d'une couche flottante (Phase S) de zinc pur (Phase n). La principale différence réside dans la morphologie cristalline distincte des phases par rapport au zinc liquide pur.
Lorsque la teneur en aluminium du zinc liquide est de 0,1%, la cristallisation de la couche flottante (phase 3) se présente sous la forme d'un gros bloc, et ce n'est pas une couche continue, mais une sorte d'inclusions séparées.
Lorsque la teneur en aluminium du zinc liquide est de 0,15 %, la répartition de la couche flottante (phase 5) n'est pas une couche continue, mais des amas cristallins plus grands et séparés, et seule la couche maillée (phase 81) présente une structure légèrement plus dense.
Lorsque la teneur en aluminium du bain de zinc atteint 0,24 %, l’effet d’alliage devient très efficace pour prévenir la corrosion. Si le bain de zinc est maintenu à 440 degrés pendant 1 heure de placage, aucune réaction n'est observée lors du retrait et de l'inspection. Par conséquent, la couche galvanisée de l'échantillon est constituée uniquement d'une couche de zinc pur. Cela se produit parce que l'aluminium réagit avec le tuyau en acier pour former un film composé de FeAl₃ (ou Fe₂AlO), qui inhibe la diffusion des ions de fer vers la couche de zinc.
Comme démontré ci-dessus, la teneur en aluminium est un facteur clé dans la modification de la microstructure de la couche galvanisée. Lorsque la teneur en aluminium est fixe, d'autres paramètres de processus-y compris le temps d'immersion du zinc, la fluidité (comme le montre la figure 3-5) et la température-influencent également la microstructure de la couche de zinc. Par conséquent, dans la production de galvanisation à chaud, l’interaction entre ces trois facteurs est régie par les spécifications du processus. Ce n'est qu'en respectant strictement les conditions de fonctionnement spécifiées que la couche galvanisée souhaitée peut être obtenue.
(3) L'effet du fer dans le bain de zinc est compensé car l'aluminium peut se combiner avec le fer dans le bain de zinc pour former trois composés, à savoir FeAl, FeAl2 et FeAl3, ce qui réduit l'effet sur le revêtement galvanisé.