L'aluminium (Al), qui apparaît en blanc argenté, appartient à la structure cubique à faces centrées avec 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. Cependant, de l'aluminium est délibérément ajouté au zinc fondu lors de la galvanisation à chaud. Les objectifs sont d'améliorer le brillant du revêtement de zinc des tuyaux en acier, d'améliorer sa flexibilité, de modifier la structure de la couche d'alliage fer-zinc et de contrecarrer l'influence du fer dans le zinc fondu. Une répartition détaillée est la suivante :
(1) L'aluminium améliore la brillance et la flexibilité des tuyaux en acier galvanisé.
Théoriquement, pour y parvenir, seulement {{0}}.02 % d'aluminium dans le zinc fondu sont suffisants. Cependant, comme l'aluminium s'oxyde facilement à la surface du zinc fondu, d'après l'expérience, environ 0,2 % d'aluminium doit être ajouté pour maintenir une teneur en aluminium de 0,02 % dans le zinc fondu. En raison de la forte affinité entre l'aluminium et l'oxygène, qui forme une couche d'alumine, cette couche 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. Comme nous le savons, l'oxyde de zinc formé après l'oxydation du zinc fondu est jaune, ainsi que les oxydes de plomb et de cadmium. Sans l'effet de l'aluminium, la surface de la couche galvanisée serait considérablement ternie par des composants jaunes, affectant grandement sa brillance. Par conséquent, une certaine quantité d’aluminium est ajoutée lors de la galvanisation à chaud pour obtenir une couche galvanisée brillante. Pendant ce temps, lorsque le zinc fondu contient 0,2 % d’aluminium, le meilleur motif peut être 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 métallique azurant 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 atteindre l'objectif de modification de 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 réelle, l'aluminium contenu dans le zinc fondu réagit facilement avec l'oxygène et est consommé. Par conséquent, pour maintenir une teneur en aluminium de 0,2 à 0,3 % dans le zinc fondu, environ 1,5 % à 3,5 % d'aluminium doivent être ajoutés. Pour illustrer l'effet de la teneur en aluminium sur la modification de la structure de la couche galvanisée, observons les changements dans la structure de la couche galvanisée à mesure que la teneur en aluminium augmente progressivement de faible à élevée :
Une augmentation de la teneur en aluminium jusqu'à 0,05 % dans le zinc fondu vise à améliorer le brillant de surface de la couche galvanisée mais n'affecte pas sa structure. La structure galvanisée est donc la même que celle plaquée 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 dérive (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 dérivante (phase δ₁) existent en gros blocs et ne sont plus disposés en couche continue mais sous forme d'inclusions détachées.
Lorsque la teneur en aluminium dans le zinc fondu est de 0,15 %, la distribution de la couche dérivante (phase δ₁) n'est pas non plus continue mais consiste en des amas cristallins plus grands et détachés les uns des autres, avec seulement 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 inhibiteur sur la gravure (alliage) est fort. Si la galvanisation par immersion est maintenue à une température de 440 degrés pendant 1 heure dans ce zinc fondu puis inspectée, aucune réaction ne s'est produite. Par conséquent, seule une couche de zinc pur existe sur la couche galvanisée de l’échantillon. En effet, la réaction entre l'aluminium et le tube en acier forme un mince film de composés FeAl₃ (ou Fe₂Al₅ selon certaines sources), empêchant la diffusion des ions fer vers le zinc.
De ce qui précède, on peut voir que 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 d'immersion, la fluidité (comme le montre la figure 3-5) et la température d'immersion 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 stipulée par les spécifications du processus, et ce n'est que dans des conditions de fonctionnement strictement réglementées que la couche galvanisée souhaitée peut être obtenue.
(3) Contrecarrer l’influence 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.
