El aluminio (Al), de color blanco plateado, pertenece a la estructura cúbica centrada en las caras con 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 se encuentra naturalmente en el zinc comercial. Sin embargo, durante el galvanizado en caliente se añade deliberadamente aluminio al zinc fundido. Los propósitos son mejorar el brillo del recubrimiento de zinc en tubos de acero, mejorar su flexibilidad, alterar la estructura de la capa de aleación de hierro y zinc y contrarrestar la influencia del hierro en el zinc fundido. Un desglose detallado es el siguiente:
(1) El aluminio mejora el brillo y la flexibilidad de los tubos de acero galvanizado.
Teóricamente, para lograr esto, solo es suficiente un {{0}}.02 % de aluminio en el zinc fundido. Sin embargo, dado que el aluminio se oxida fácilmente en la superficie del zinc fundido, según la experiencia, se debe agregar aproximadamente 0.2 % de aluminio para mantener un contenido de aluminio del 0,02 % en el zinc fundido. Debido a la alta afinidad entre el aluminio y el oxígeno, que forma una capa de alúmina, esta capa 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. Como sabemos, el óxido de zinc que se forma después de la oxidación del zinc fundido es amarillo, y los óxidos de plomo y cadmio también son amarillos. Sin el efecto del aluminio, la superficie de la capa galvanizada se deslustraría significativamente con componentes amarillos, lo que afectaría en gran medida a su brillo. Por lo tanto, se añade una cierta cantidad de aluminio durante el galvanizado en caliente para obtener una capa galvanizada brillante. Mientras tanto, cuando el zinc fundido contiene 0,2% de aluminio, se puede obtener 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 metálico abrillantador y, si se usa, debe limitarse a menos del 0.01 %.
(2) Modificación de la estructura de la capa galvanizada.
Teóricamente, para lograr el propósito de modificar 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 real, el aluminio del zinc fundido reacciona fácilmente con el oxígeno y se consume. Por lo tanto, para mantener un contenido de aluminio de 0.2 a 0,3 % en el zinc fundido, se debe agregar aproximadamente de 1,5 % a 3,5 % de aluminio. Para ilustrar el efecto del contenido de aluminio en la modificación de la estructura de la capa galvanizada, observemos los cambios en la estructura de la capa galvanizada a medida que el contenido de aluminio aumenta gradualmente de bajo a alto:
Un aumento del contenido de aluminio al 0.05 % en el zinc fundido tiene como objetivo mejorar el brillo superficial de la capa galvanizada, pero no afecta su estructura. Por lo tanto, la estructura galvanizada es la misma que la recubierta de zinc fundido puro, y consta de una capa de adhesión (fase a), una capa intermedia (fase ), una capa ligeramente agrietada (fase δ₁), una capa de deriva (fase S), y una capa de zinc puro (fase η). La diferencia con la capa galvanizada recubierta de zinc fundido puro está en las formas cristalinas de las fases.
Cuando el contenido de aluminio en el zinc fundido es 0.1%, los cristales de la capa a la deriva (fase δ₁) 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 a la deriva (fase δ₁) 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 inhibidor sobre el grabado (aleación) es fuerte. Si el galvanizado por inmersión se mantiene a una temperatura de 440 grados durante 1 hora en este zinc fundido y luego se inspecciona, no se descubre que haya ocurrido ninguna reacción. Por lo tanto, sólo existe una capa de zinc puro sobre la capa galvanizada de la muestra. Esto se debe a que la reacción entre el aluminio y la tubería de acero forma una fina película de compuestos de FeAl₃ (o Fe₂Al₅ según algunas fuentes), lo que dificulta la difusión de iones de hierro hacia el zinc.
De lo anterior se desprende que la cantidad de aluminio es un factor importante a la hora de cambiar la estructura de la capa galvanizada. Cuando el contenido de aluminio es fijo, los parámetros del proceso como el tiempo de inmersión, la fluidez (como se muestra en la Figura 3-5) y la temperatura de inmersión 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 estipulada por las especificaciones del proceso, y sólo bajo condiciones de operación estrictamente reguladas se puede obtener la capa galvanizada deseada.
(3) Contrarrestar la influencia 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.
