L'aluminium (Al), d'apparence blanc argenté et de structure cubique à faces centrées, a une constante de réseau de 404959,6 nanomètres, une masse atomique relative de 26,8, un point de fusion de 658 degrés et un point d'ébullition de 2000 degrés. L'aluminium n'est pas naturellement présent dans le zinc commercial ; il est plutôt intentionnellement ajouté lors des processus de galvanisation à chaud. Les objectifs de l'ajout d'aluminium sont d'améliorer la brillance du revêtement de zinc des tuyaux en acier, d'améliorer leur flexibilité, de modifier la structure de la couche d'alliage fer-zinc et de contrecarrer les effets du fer dans le zinc fondu. Ceux-ci sont détaillés ci-dessous :
(1) L'aluminium améliore la brillance et la flexibilité des tuyaux en acier galvanisé
Théoriquement, pour atteindre ces objectifs, une teneur en aluminium de seulement {{0}}.02 % dans le zinc fondu est suffisant. Cependant, en raison de la susceptibilité de l'aluminium à l'oxydation à la surface du zinc fondu, un ajout empirique d'aluminium d'environ 0,2 % est nécessaire pour maintenir une teneur en aluminium de 0,02 % dans le zinc fondu. L'aluminium a une grande affinité pour l'oxygène, formant une couche d'alumine qui empêche efficacement la diffusion de l'oxygène, protégeant ainsi le zinc fondu sous-jacent et le zinc fondu de l'oxydation. De même, d’autres éléments métalliques présents dans le zinc fondu sont également protégés de l’oxydation. Le zinc, le plomb et le cadmium oxydés sont jaunes et sans aluminium, la couche galvanisée contiendrait de manière significative des composants jaunes, ce qui nuirait à sa brillance. Par conséquent, une certaine quantité d’aluminium est ajoutée lors de la galvanisation à chaud pour obtenir une couche galvanisée brillante. De plus, lorsque le zinc fondu contient 0,2 % d'aluminium, le meilleur motif est obtenu et la flexibilité de la couche galvanisée est particulièrement bonne.
Cependant, l'American Society for Testing and Materials recommande de ne pas utiliser l'aluminium comme additif de blanchiment des métaux et, s'il est utilisé, il doit être limité à moins de 0,01 %.
(2) Modification de la structure de la couche galvanisée
Théoriquement, pour modifier la structure de la couche galvanisée, une teneur en aluminium de {{0}},2 à 0,3 % dans le zinc fondu est suffisante. Cependant, dans la production pratique, l'aluminium réagit facilement avec l'oxygène du zinc fondu et est consommé, donc un ajout d'aluminium d'environ 1,5 % à 3,5 % est nécessaire pour maintenir une teneur en aluminium de 0,2 à 0,3 %. Pour illustrer l'effet de la teneur en aluminium sur la structure de la couche galvanisée, examinons les changements dans la structure de la couche galvanisée à mesure que la teneur en aluminium augmente :
Une augmentation de la teneur en aluminium jusqu'à 0,05 % dans le zinc fondu améliore le brillant de surface de la couche galvanisée mais n'affecte pas sa structure. La structure galvanisée est donc la même que celle obtenue à partir de zinc pur fondu, constituée d'une couche d'adhésion (phase a), d'une couche intermédiaire (phase ), d'une couche légèrement fissurée (phase δ₁), d'une couche flottante (phase S), et une couche de zinc pur (phase η). La différence avec la couche galvanisée plaquée à partir de zinc fondu pur réside dans la forme cristalline des phases.
Lorsque la teneur en aluminium dans le zinc fondu est de 0,1%, les cristaux de la couche flottante (phase S) existent en gros blocs et ne sont plus disposés en couche continue mais sous forme d'inclusions séparées.
Lorsque la teneur en aluminium dans le zinc fondu est de 0,15 %, la distribution de la couche flottante (phase S) n'est pas non plus continue mais consiste en des amas cristallins plus grands et mutuellement séparés, avec seule la couche (phase δ₁) montrant une structure légèrement plus dense.
Lorsque la teneur en aluminium dans le zinc fondu est de 0,24 %, l'effet d'inhibition de la gravure (alliage) est fort. Si la galvanisation est effectuée à une température de 440 degrés pendant 1 heure dans ce zinc fondu puis inspectée, aucune réaction n'est constatée. Par conséquent, seule une couche de zinc pur existe sur l’échantillon galvanisé. En effet, la réaction entre l'aluminium et l'acier produit une fine pellicule de FeAl₃ (ou Fe₂Al₅ selon certaines sources), qui gêne la diffusion des ions fer vers le zinc.
De ce qui précède, la quantité d’aluminium est un facteur important dans la modification de la structure de la couche galvanisée. Lorsque la teneur en aluminium est fixe, les paramètres du processus tels que le temps de galvanisation, la fluidité (comme le montre la figure 3-5) et la température de galvanisation influencent également le changement dans la structure de la couche de zinc. Par conséquent, dans la production de galvanisation à chaud, la relation entre ces trois facteurs est spécifiée par les spécifications du processus, et ce n'est que dans des conditions de fonctionnement strictement contrôlées que la couche galvanisée souhaitée peut être obtenue.
(3) Contrecarrer les effets du fer dans le zinc fondu
L'aluminium réagit avec le fer présent dans le zinc fondu pour former trois composés : FeAl, FeAl₂ et FeAl₃, réduisant ainsi son impact sur la couche galvanisée.
