O alumínio (Al), com aparência branco prateado e estrutura cúbica de face centrada, tem uma constante de rede de 404.959,6 nanômetros, uma massa atômica relativa de 26,8, um ponto de fusão de 658 graus e um ponto de ebulição de 2.000 graus. O alumínio não está naturalmente presente no zinco comercial; em vez disso, é adicionado intencionalmente durante os processos de galvanização por imersão a quente. Os objetivos da adição de alumínio são aumentar o brilho do revestimento de zinco em tubos de aço, melhorar a sua flexibilidade, alterar a estrutura da camada de liga de ferro-zinco e neutralizar os efeitos do ferro no zinco fundido. Eles são detalhados abaixo:
(1) O alumínio aumenta o brilho e a flexibilidade dos tubos de aço galvanizado
Teoricamente, para atingir esses objetivos, um teor de alumínio de apenas {{0}}.02% no zinco fundido é suficiente. No entanto, devido à suscetibilidade do alumínio à oxidação na superfície do zinco fundido, uma adição empírica de alumínio de cerca de 0,2% é necessária para manter um teor de alumínio de 0,02% no zinco fundido. O alumínio tem alta afinidade pelo oxigênio, formando uma camada de alumina que evita efetivamente a difusão do oxigênio, protegendo o zinco fundido subjacente e o zinco fundido da oxidação. Da mesma forma, outros elementos metálicos no zinco fundido também são protegidos da oxidação. O zinco oxidado, o chumbo e o cádmio são amarelos e, sem o alumínio, a camada galvanizada conteria significativamente componentes amarelos, afetando negativamente o seu brilho. Portanto, uma certa quantidade de alumínio é adicionada durante a galvanização por imersão a quente para obter uma camada galvanizada brilhante. Além disso, quando o zinco fundido contém 0,2% de alumínio, obtém-se o melhor padrão e a flexibilidade da camada galvanizada é particularmente boa.
No entanto, a Sociedade Americana de Testes e Materiais recomenda não usar alumínio como aditivo abrilhantador de metal e, se usado, deve ser limitado abaixo de 0,01%.
(2) Alterando a Estrutura da Camada Galvanizada
Teoricamente, para alterar a estrutura da camada galvanizada, um teor de alumínio de {{0}},2 a 0,3% no zinco fundido é suficiente. No entanto, na produção prática, o alumínio reage facilmente com o oxigênio no zinco fundido e é consumido, portanto, é necessária uma adição de alumínio de cerca de 1,5% a 3,5% para manter um teor de alumínio de 0,2 a 0,3%. Para ilustrar o efeito do teor de alumínio na estrutura da camada galvanizada, vamos examinar as mudanças na estrutura da camada galvanizada à medida que o teor de alumínio aumenta:
Um aumento no teor de alumínio para 00,05% no zinco fundido aumenta o brilho superficial da camada galvanizada, mas não afeta sua estrutura. Portanto, a estrutura galvanizada é a mesma obtida a partir do zinco fundido puro, composta por uma camada de adesão (fase a), uma camada intermediária (fase ), uma camada levemente fissurada (fase δ₁), uma camada flutuante (fase S), e uma camada de zinco puro (fase η). A diferença da camada galvanizada revestida de zinco fundido puro está na forma cristalina das fases.
Quando o teor de alumínio no zinco fundido é de 0,1%, os cristais da camada flutuante (fase S) existem em grandes blocos e não estão mais dispostos em uma camada contínua, mas como inclusões separadas.
Quando o teor de alumínio no zinco fundido é 0,15%, a distribuição da camada flutuante (fase S) também não é contínua, mas consiste em aglomerados cristalinos maiores e mutuamente separados, com apenas a camada (fase δ₁) mostrando uma estrutura um pouco mais densa.
Quando o teor de alumínio no zinco fundido é 0,24%, o efeito de inibição da corrosão (liga) é forte. Se a galvanização for realizada a uma temperatura de 440 graus durante 1 hora neste zinco fundido e depois inspecionada, nenhuma reação será encontrada. Portanto, existe apenas uma camada de zinco puro na amostra galvanizada. Isso ocorre porque a reação entre o alumínio e o aço produz uma fina película de FeAl₃ (ou Fe₂Al₅ segundo algumas fontes), que dificulta a difusão dos íons de ferro em direção ao zinco.
Pelo exposto, a quantidade de alumínio é um fator importante na alteração da estrutura da camada galvanizada. Quando o teor de alumínio é fixo, parâmetros do processo como tempo de galvanização, fluidez (conforme mostrado na Figura 3-5) e temperatura de galvanização também influenciam a mudança na estrutura da camada de zinco. Portanto, na produção de galvanização por imersão a quente, a relação entre esses três fatores é especificada pelas especificações do processo, e somente sob condições operacionais estritamente controladas a camada galvanizada desejada pode ser obtida.
(3) Contrariando os efeitos do ferro no zinco fundido
O alumínio reage com o ferro no zinco fundido para formar três compostos: FeAl, FeAl₂ e FeAl₃, reduzindo assim seu impacto na camada galvanizada.
