El aluminio (Al), con una apariencia de color blanco plateado y una estructura cúbica centrada en las caras, tiene una constante de red de 404959,6 nanómetros, una masa atómica relativa de 26,8, un punto de fusión de 658 grados y un punto de ebullición de 2000 grados. El aluminio no está presente de forma natural en el zinc comercial; más bien, se agrega intencionalmente durante los procesos de galvanización en caliente. Los propósitos de agregar aluminio son mejorar el brillo del recubrimiento de zinc en las tuberías de acero, mejorar su flexibilidad, alterar la estructura de la capa de aleación de hierro y zinc y contrarrestar los efectos del hierro en el zinc fundido. Estos se detallan a continuación:
(1) El aluminio mejora el brillo y la flexibilidad de los tubos de acero galvanizado
Teóricamente, para lograr estos objetivos, un contenido de aluminio de solo el {{0}}.02 % en el zinc fundido es suficiente. Sin embargo, debido a la susceptibilidad del aluminio a la oxidación en la superficie del zinc fundido, es necesaria una adición empírica de aluminio de alrededor del 0.2% para mantener un contenido de aluminio del 0,02% en el zinc fundido. El aluminio tiene una alta afinidad por el oxígeno, formando una capa de alúmina que previene eficazmente la difusión de oxígeno, protegiendo el zinc fundido subyacente y el zinc fundido de la oxidación. De manera similar, otros elementos metálicos del zinc fundido también están protegidos de la oxidación. El zinc, el plomo y el cadmio oxidados son amarillos y, sin aluminio, la capa galvanizada contendría significativamente componentes amarillos, lo que afectaría negativamente a su brillo. Por lo tanto, se añade una cierta cantidad de aluminio durante el galvanizado en caliente para obtener una capa galvanizada brillante. Además, cuando el zinc fundido contiene 0,2% de aluminio, se obtiene el mejor patrón y la flexibilidad de la capa galvanizada es particularmente buena.
Sin embargo, la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales recomienda no usar aluminio como aditivo abrillantador de metales y, si se usa, debe limitarse a menos del 0.01 %.
(2) Alteración de la estructura de la capa galvanizada
Teóricamente, para alterar la estructura de la capa galvanizada, es suficiente un contenido de aluminio del {{0}}.2 al 0.3% en el zinc fundido. Sin embargo, en la producción práctica, el aluminio reacciona fácilmente con el oxígeno del zinc fundido y se consume, por lo que es necesaria una adición de aluminio de alrededor del 1,5 % al 3,5 % para mantener un contenido de aluminio del 0.2 al 0,3 %. Para ilustrar el efecto del contenido de aluminio en la estructura de la capa galvanizada, examinemos los cambios en la estructura de la capa galvanizada a medida que aumenta el contenido de aluminio:
Un aumento del contenido de aluminio al 0.05 % en el zinc fundido mejora el brillo superficial de la capa galvanizada pero no afecta su estructura. Por tanto, la estructura galvanizada es la misma que la obtenida a partir de zinc fundido puro, constituida por una capa de adhesión (fase a), una capa intermedia (fase ), una capa ligeramente fisurada (fase δ₁), una capa flotante (fase S), y una capa de zinc puro (fase η). La diferencia con la capa galvanizada a partir de zinc fundido puro está en la forma cristalina de las fases.
Cuando el contenido de aluminio en el zinc fundido es 0.1%, los cristales de la capa flotante (fase S) existen en grandes bloques y ya no están dispuestos en una capa continua sino como inclusiones separadas.
Cuando el contenido de aluminio en el zinc fundido es 0.15%, la distribución de la capa flotante (fase S) tampoco es continua sino que consiste en grupos cristalinos más grandes y mutuamente separados, siendo solo la capa (fase δ₁) mostrando una estructura ligeramente más densa.
Cuando el contenido de aluminio en el zinc fundido es 0.24%, el efecto de inhibición del grabado (aleación) es fuerte. Si el galvanizado se realiza a una temperatura de 440 grados durante 1 hora en este zinc fundido y luego se inspecciona, no se encuentra ninguna reacción. Por lo tanto, sólo existe una capa de zinc puro sobre la muestra galvanizada. Esto se debe a que la reacción entre el aluminio y el acero produce una fina película de FeAl₃ (o Fe₂Al₅ según algunas fuentes), que dificulta la difusión de los iones de hierro hacia el zinc.
De lo anterior, la cantidad de aluminio es un factor importante para alterar la estructura de la capa galvanizada. Cuando el contenido de aluminio es fijo, los parámetros del proceso como el tiempo de galvanización, la fluidez (como se muestra en la Figura 3-5) y la temperatura de galvanización también influyen en el cambio en la estructura de la capa de zinc. Por lo tanto, en la producción de galvanizado en caliente, la relación entre estos tres factores está especificada por las especificaciones del proceso, y sólo bajo condiciones operativas estrictamente controladas se puede obtener la capa galvanizada deseada.
(3) Contrarrestar los efectos del hierro en el zinc fundido
El aluminio reacciona con el hierro en el zinc fundido para formar tres compuestos: FeAl, FeAl₂ y FeAl₃, reduciendo así su impacto en la capa galvanizada.
