60. पिघले हुए जस्ते में मौजूद एल्युमीनियम गर्म डिप गैल्वनाइजिंग को कैसे प्रभावित करता है?

एल्युमीनियम (A1) एक चांदी जैसी सफेद धातु है जिसका चेहरा केंद्रित घन (FCC) क्रिस्टल संरचना है। इसके जाली स्थिरांक का माप 404959.6 एनएम, परमाणु द्रव्यमान 26.8, गलनांक 658 डिग्री और क्वथनांक 2000 डिग्री है। वाणिज्यिक जस्ता उत्पादों में एल्यूमीनियम नहीं होता है, जिसे जानबूझकर हॉट डिप गैल्वनाइजिंग के दौरान जोड़ा जाता है। यह प्रक्रिया तीन प्रमुख उद्देश्यों को पूरा करती है: गैल्वेनाइज्ड स्टील पाइप की सतह की चमक को बढ़ाना, लचीलेपन में सुधार करना, लोहे की जिंक मिश्र धातु परत की सूक्ष्म संरचना को संशोधित करना, और पिघले हुए जिंक में लोहे के प्रभाव को बेअसर करना। विवरण इस प्रकार हैं: (1) एल्युमीनियम गैल्वनाइज्ड स्टील पाइपों की सतह की चमक और लचीलेपन में सुधार करता है।
सैद्धांतिक रूप से, जिंक बाथ में केवल 0.02% एल्यूमीनियम सामग्री इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त होगी। हालाँकि, चूंकि एल्यूमीनियम जस्ता सतह पर आसानी से ऑक्सीकरण करता है, अनुभवजन्य साक्ष्य से पता चलता है कि आवश्यक 0.02% स्तर को बनाए रखने के लिए लगभग 0.2% एल्यूमीनियम जोड़ना आवश्यक है। एल्यूमीनियम और ऑक्सीजन के बीच मजबूत संबंध एक एल्यूमीनियम ऑक्साइड परत बनाता है जो ऑक्सीजन के प्रसार को प्रभावी ढंग से रोकता है, और अंतर्निहित पिघले हुए एल्यूमीनियम और जस्ता दोनों को ऑक्सीकरण से बचाता है। यह सुरक्षात्मक तंत्र जिंक स्नान में अन्य धातु तत्वों के ऑक्सीकरण को भी रोकता है। जैसा कि सर्वविदित है, जिंक ऑक्सीकरण से पीले जिंक ऑक्साइड का उत्पादन होता है, और सीसा और कैडमियम ऑक्साइड समान पीले रंग का प्रदर्शन करते हैं। एल्यूमीनियम की सुरक्षात्मक भूमिका के बिना, गैल्वेनाइज्ड सतह पीले यौगिकों से भारी रूप से दागदार हो जाएगी, जिससे इसकी चमक काफी हद तक प्रभावित होगी। इसलिए, चमकदार फिनिश प्राप्त करने के लिए हॉट डिप गैल्वनाइजिंग में उचित मात्रा में एल्यूमीनियम जोड़ना आवश्यक है। इसके अलावा, जिंक बाथ में 0.2% एल्यूमीनियम सामग्री न केवल इष्टतम सजावटी पैटर्न उत्पन्न करती है बल्कि गैल्वेनाइज्ड परत में असाधारण लचीलापन भी सुनिश्चित करती है।
हालाँकि, अमेरिकन सोसाइटी फॉर टेस्टिंग मैटेरियल्स (एएसटीएम) की सिफारिश है कि एल्युमीनियम का उपयोग ब्राइटनिंग मेटल एडिटिव के रूप में नहीं किया जाना चाहिए, और यदि उपयोग किया जाता है, तो इसकी सामग्री 0.01% से कम तक सीमित होनी चाहिए।
(2) गैल्वनाइज्ड परतों की सूक्ष्म संरचना को बदलना सैद्धांतिक रूप से, पिघले हुए जस्ता में 0.2-0.3% की एल्यूमीनियम सामग्री गैल्वेनाइज्ड परतों की सूक्ष्म संरचना को संशोधित करने के लिए पर्याप्त है। हालाँकि, व्यावहारिक उत्पादन में, एल्यूमीनियम पिघले हुए जस्ता में ऑक्सीजन के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करता है, जिससे इसकी खपत होती है। लक्ष्य एल्यूमीनियम सामग्री को बनाए रखने के लिए, लगभग 1.5%-3.5% एल्यूमीनियम जोड़ा जाना चाहिए। यह प्रदर्शित करने के लिए कि एल्यूमीनियम सामग्री माइक्रोस्ट्रक्चर को कैसे प्रभावित करती है, हम निम्न से उच्च एल्यूमीनियम सांद्रता में परिवर्तनों का विश्लेषण करते हैं: एल्यूमीनियम सामग्री में 0.05% की वृद्धि गैल्वेनाइज्ड परत की सतह की चमक को बढ़ाती है लेकिन इसके माइक्रोस्ट्रक्चर पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। इस प्रकार, गैल्वेनाइज्ड परत उसी संरचना को बरकरार रखती है जो शुद्ध जस्ता तरल से उत्पन्न होती है, जिसमें एक अनुवर्ती परत (चरण ए), एक मध्यवर्ती परत (चरण वाई), थोड़ी टूटी हुई झंझरी परत (चरण 81), और शुद्ध जस्ता (चरण एन) की एक अस्थायी परत (चरण एस) शामिल होती है। मुख्य अंतर शुद्ध जस्ता तरल की तुलना में चरणों की विशिष्ट क्रिस्टलीय आकृति विज्ञान में निहित है।
जब जिंक तरल में एल्युमीनियम की मात्रा 0.1% होती है, तो फ्लोटिंग परत (3 चरण) का क्रिस्टलीकरण एक बड़े ब्लॉक के रूप में होता है, और यह एक सतत परत नहीं है, बल्कि एक प्रकार का अलग समावेशन है।
जब जिंक तरल में एल्युमीनियम की मात्रा 0.15% होती है, तो फ्लोटिंग परत (चरण 5) का वितरण एक सतत परत नहीं होता है, बल्कि कुछ बड़े, अलग क्रिस्टलीय क्लस्टर होते हैं, और केवल ग्रिड परत (चरण 81) थोड़ी अधिक सघन संरचना प्रस्तुत करती है।
जब जिंक बाथ में एल्युमीनियम की मात्रा 0.24% तक पहुँच जाती है, तो संक्षारण को रोकने में मिश्रधातु प्रभाव अत्यधिक प्रभावी हो जाता है। यदि जिंक बाथ को चढ़ाने के 1 घंटे तक 440 डिग्री पर बनाए रखा जाता है, तो हटाने और निरीक्षण करने पर कोई प्रतिक्रिया नहीं देखी जाती है। नतीजतन, नमूने पर गैल्वनाइज्ड परत में पूरी तरह से शुद्ध जस्ता परत होती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि एल्यूमीनियम स्टील पाइप के साथ प्रतिक्रिया करके FeAl₃ (या Fe₂AlO) यौगिक फिल्म बनाता है, जो जिंक परत की ओर लौह आयनों के प्रसार को रोकता है।
जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, गैल्वनाइज्ड परत की सूक्ष्म संरचना को बदलने में एल्यूमीनियम सामग्री एक महत्वपूर्ण कारक है। जब एल्युमीनियम सामग्री तय हो जाती है, तो जिंक विसर्जन समय, तरलता (जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है) और तापमान सहित अन्य प्रक्रिया पैरामीटर - भी जिंक परत की सूक्ष्म संरचना को प्रभावित करते हैं। इसलिए, हॉट-डिप गैल्वनाइजिंग उत्पादन में, इन तीन कारकों के बीच परस्पर क्रिया प्रक्रिया विनिर्देशों द्वारा नियंत्रित होती है। केवल निर्दिष्ट परिचालन शर्तों का सख्ती से पालन करके ही वांछित गैल्वनाइज्ड परत प्राप्त की जा सकती है।
(3) जिंक बाथ में लोहे का प्रभाव ऑफसेट हो जाता है क्योंकि एल्युमीनियम जिंक बाथ में लोहे के साथ मिलकर तीन यौगिक, अर्थात् FeAl, FeAl2 और FeAl3 बना सकता है, जो गैल्वेनाइज्ड कोटिंग पर प्रभाव को कम कर देता है।