60. ¿Cómo afecta el aluminio contenido en zinc fundido a la galvanización por inmersión en caliente-?

El aluminio (A1) es un metal blanco-plateado con una estructura cristalina cúbica centrada en la cara-(FCC). Su constante de red mide 404959,6 nm, su masa atómica es 26,8, su punto de fusión es de 658 grados y su punto de ebullición es de 2000 grados. Los productos comerciales de zinc no contienen aluminio, que se agrega intencionalmente durante el galvanizado en caliente-. Este proceso tiene tres propósitos clave: mejorar el brillo de la superficie de la tubería de acero galvanizado, mejorar la flexibilidad, modificar la microestructura de la capa de aleación de hierro-zinc y neutralizar los efectos del hierro en el zinc fundido. Los detalles son los siguientes: (1) El aluminio mejora el brillo de la superficie y la flexibilidad de los tubos de acero galvanizado.
Teóricamente, sólo un contenido de aluminio del 0,02% en el baño de zinc sería suficiente para lograr este objetivo. Sin embargo, dado que el aluminio se oxida fácilmente en la superficie del zinc, la evidencia empírica sugiere que es necesario agregar aproximadamente un 0,2 % de aluminio para mantener el nivel requerido de 0,02 %. La fuerte afinidad entre el aluminio y el oxígeno forma una capa de óxido de aluminio que bloquea eficazmente la difusión de oxígeno, protegiendo de la oxidación tanto el aluminio fundido subyacente como el zinc. Este mecanismo de protección también evita la oxidación de otros elementos metálicos en el baño de zinc. Como es bien sabido, la oxidación del zinc produce óxido de zinc amarillo, y los óxidos de plomo y cadmio exhiben tonalidades amarillentas similares. Sin la función protectora del aluminio, la superficie galvanizada se mancharía mucho con compuestos amarillos, comprometiendo significativamente su brillo. Por lo tanto, agregar una cantidad adecuada de aluminio es esencial en el galvanizado en caliente-para lograr un acabado brillante. Además, un contenido de aluminio del 0,2 % en el baño de zinc no sólo produce patrones decorativos óptimos sino que también garantiza una flexibilidad excepcional en la capa galvanizada.
Sin embargo, la Sociedad Estadounidense de Pruebas de Materiales (ASTM) recomienda que el aluminio no se use como aditivo abrillantador de metales y, si se usa, su contenido debe limitarse a menos del 0,01%.
(2) Alteración de la microestructura de las capas galvanizadas Teóricamente, un contenido de aluminio de 0,2-0,3% en zinc fundido es suficiente para modificar la microestructura de las capas galvanizadas. Sin embargo, en la producción práctica, el aluminio reacciona fácilmente con el oxígeno del zinc fundido, lo que provoca su consumo. Para mantener el contenido objetivo de aluminio, se debe agregar aproximadamente entre 1,5 % y 3,5 % de aluminio. Para demostrar cómo el contenido de aluminio afecta la microestructura, analizamos los cambios de concentraciones bajas a altas de aluminio: un aumento del 0,05% en el contenido de aluminio mejora el brillo de la superficie de la capa galvanizada pero no tiene ningún efecto sobre su microestructura. Así, la capa galvanizada conserva la misma composición que la producida a partir de zinc puro líquido, constituida por una capa adherente (Fase a), una capa intermedia (Fase Y), una capa de rejilla ligeramente agrietada (Fase 81) y una capa flotante (Fase S) de zinc puro (Fase n). La diferencia clave radica en la distinta morfología cristalina de las fases en comparación con el zinc líquido puro.
Cuando el contenido de aluminio en el zinc líquido es del 0,1%, la cristalización de la capa flotante (3 fases) se produce en forma de un bloque grande, y no es una capa continua, sino una especie de inclusiones separadas.
Cuando el contenido de aluminio en el zinc líquido es del 0,15%, la distribución de la capa flotante (fase 5) no es una capa continua, sino algunos grupos cristalinos separados, más grandes, y sólo la capa de rejilla (fase 81) presenta una estructura ligeramente más densa.
Cuando el contenido de aluminio en el baño de zinc alcanza el 0,24%, el efecto de aleación se vuelve muy eficaz para prevenir la corrosión. Si el baño de zinc se mantiene a 440 grados durante 1 hora de enchapado, no se observa ninguna reacción al retirarlo e inspeccionarlo. En consecuencia, la capa galvanizada de la muestra consta únicamente de una capa de zinc puro. Esto ocurre porque el aluminio reacciona con la tubería de acero para formar una película compuesta de FeAl₃ (o Fe₂AlO), que inhibe la difusión de iones de hierro hacia la capa de zinc.
Como se demostró anteriormente, el contenido de aluminio es un factor clave en la alteración de la microestructura de la capa galvanizada. Cuando se fija el contenido de aluminio, otros parámetros del proceso-incluido el tiempo de inmersión del zinc, la fluidez (como se muestra en la Figura 3-5) y la temperatura-también influyen en la microestructura de la capa de zinc. Por lo tanto, en la producción de galvanizado en caliente, la interacción entre estos tres factores se rige por las especificaciones del proceso. Sólo cumpliendo estrictamente las condiciones de funcionamiento especificadas se puede conseguir la capa galvanizada deseada.
(3) El efecto del hierro en el baño de zinc se compensa porque el aluminio se puede combinar con el hierro en el baño de zinc para formar tres compuestos, a saber, FeAl, FeAl2 y FeAl3, lo que reduce el efecto sobre el revestimiento galvanizado.