60. Como o alumínio no zinco fundido afeta a galvanização-por imersão a quente?

O alumínio (A1) é um metal branco-prateado com uma estrutura cristalina-cúbica de face centrada (FCC). Sua constante de rede mede 404.959,6 nm, massa atômica é 26,8, ponto de fusão 658 graus e ponto de ebulição 2.000 graus. Os produtos comerciais de zinco não contêm alumínio, que é adicionado intencionalmente durante a galvanização-por imersão a quente. Esse processo atende a três propósitos principais: aumentar o brilho da superfície do tubo de aço galvanizado, melhorar a flexibilidade, modificar a microestrutura da camada de liga de ferro-zinco e neutralizar os efeitos do ferro no zinco fundido. Os detalhes são os seguintes: (1) O alumínio melhora o brilho superficial e a flexibilidade dos tubos de aço galvanizado.
Teoricamente, apenas 0,02% de teor de alumínio no banho de zinco seria suficiente para atingir este objetivo. No entanto, como o alumínio oxida facilmente na superfície do zinco, a evidência empírica sugere que a adição de aproximadamente 0,2% de alumínio é necessária para manter o nível exigido de 0,02%. A forte afinidade entre o alumínio e o oxigênio forma uma camada de óxido de alumínio que bloqueia efetivamente a difusão do oxigênio, protegendo da oxidação o alumínio fundido e o zinco subjacentes. Este mecanismo de proteção também evita a oxidação de outros elementos metálicos no banho de zinco. Como é bem conhecido, a oxidação do zinco produz óxido de zinco amarelo, e os óxidos de chumbo e cádmio exibem tonalidades amareladas semelhantes. Sem o papel protetor do alumínio, a superfície galvanizada ficaria fortemente manchada com compostos amarelos, comprometendo significativamente o seu brilho. Portanto, adicionar uma quantidade adequada de alumínio é essencial na galvanização-por imersão a quente para obter um acabamento brilhante. Além disso, um teor de alumínio de 0,2% no banho de zinco não só produz padrões decorativos ideais, mas também garante flexibilidade excepcional na camada galvanizada.
No entanto, a American Society for Testing Materials (ASTM) recomenda que o alumínio não seja usado como aditivo abrilhantador de metal e, se usado, seu conteúdo deve ser limitado a menos de 0,01%.
(2) Alterando a Microestrutura das Camadas Galvanizadas Teoricamente, um teor de alumínio de 0,2-0,3% no zinco fundido é suficiente para modificar a microestrutura das camadas galvanizadas. Contudo, na produção prática, o alumínio reage prontamente com o oxigênio do zinco fundido, levando ao seu consumo. Para manter o teor alvo de alumínio, aproximadamente 1,5%-3,5% de alumínio devem ser adicionados. Para demonstrar como o teor de alumínio afeta a microestrutura, analisamos as mudanças de baixas para altas concentrações de alumínio: Um aumento de 0,05% no teor de alumínio aumenta o brilho superficial da camada galvanizada, mas não tem efeito em sua microestrutura. Assim, a camada galvanizada mantém a mesma composição daquela produzida a partir do zinco líquido puro, sendo composta por uma camada aderente (Fase a), uma camada intermediária (Fase Y), uma camada gradeada levemente fissurada (Fase 81) e uma camada flutuante (Fase S) de zinco puro (Fase n). A principal diferença reside na morfologia cristalina distinta das fases em comparação com o zinco líquido puro.
Quando o teor de alumínio no zinco líquido é de 0,1%, a cristalização da camada flutuante (3 fases) tem a forma de um grande bloco, e não é uma camada contínua, mas uma espécie de inclusões separadas.
Quando o teor de alumínio no zinco líquido é de 0,15%, a distribuição da camada flutuante (fase 5) não é uma camada contínua, mas alguns aglomerados cristalinos maiores e separados, e apenas a camada de grade (fase 81) apresenta uma estrutura um pouco mais densa.
Quando o teor de alumínio no banho de zinco atinge 0,24%, o efeito de liga torna-se altamente eficaz na prevenção da corrosão. Se o banho de zinco for mantido a 440 graus durante 1 hora de galvanização, nenhuma reação será observada após a remoção e inspeção. Consequentemente, a camada galvanizada da amostra consiste apenas em uma camada de zinco puro. Isso ocorre porque o alumínio reage com o tubo de aço para formar um filme composto de FeAl₃ (ou Fe₂AlO), que inibe a difusão de íons de ferro em direção à camada de zinco.
Conforme demonstrado acima, o teor de alumínio é um fator chave na alteração da microestrutura da camada galvanizada. Quando o teor de alumínio é fixo, outros parâmetros do processo-incluindo tempo de imersão do zinco, fluidez (como mostrado na Figura 3-5) e temperatura-também influenciam a microestrutura da camada de zinco. Portanto, na produção de galvanização por imersão a quente, a interação entre esses três fatores é regida pelas especificações do processo. Somente seguindo rigorosamente as condições operacionais especificadas é que a camada galvanizada desejada pode ser alcançada.
(3) O efeito do ferro no banho de zinco é compensado porque o alumínio pode combinar-se com o ferro no banho de zinco para formar três compostos, nomeadamente FeAl, FeAl2 e FeAl3, o que reduz o efeito no revestimento galvanizado.