Алюміній (Al), який виглядає сріблясто-білим, належить до гранецентричної кубічної структури з постійною ґраткою 404959,6 нанометрів, відносною атомною масою 26,8, температурою плавлення 658 градусів і температурою кипіння 2000 градусів. Алюміній природним чином не міститься в комерційному цинку. Однак під час гарячого цинкування до розплавленого цинку навмисно додають алюміній. Метою є посилення блиску цинкового покриття на сталевих трубах, покращення його гнучкості, зміна структури шару залізо-цинкового сплаву та протидія впливу заліза в розплавленому цинку. Детальна розбивка така:
(1) Алюміній покращує блиск і гнучкість оцинкованих сталевих труб.
Теоретично, щоб досягти цього, достатньо лише {{0}}.02% алюмінію в розплавленому цинку. Однак, оскільки алюміній легко окислюється на поверхні розплавленого цинку, виходячи з досвіду, необхідно додати приблизно 0.2% алюмінію, щоб підтримувати 0,02% вмісту алюмінію в розплавленому цинку. Завдяки високій спорідненості між алюмінієм і киснем, який утворює шар оксиду алюмінію, цей шар ефективно запобігає дифузії кисню, захищаючи розплавлений цинк і розплавлений цинк від окислення. Подібним чином інші металеві елементи в розплавленому цинку також захищені від окислення. Як відомо, оксид цинку, що утворюється після окислення розплавленого цинку, має жовтий колір, оксиди свинцю і кадмію теж жовті. Без ефекту алюмінію поверхня оцинкованого шару була б значно потьмяніла жовтими компонентами, що значно вплинуло б на її блиск. Тому під час гарячого цинкування додається певна кількість алюмінію для отримання яскравого оцинкованого шару. Тим часом, коли розплавлений цинк містить 0,2% алюмінію, можна отримати найкращий малюнок, а гнучкість оцинкованого шару є особливо хорошою.
Однак Американське товариство випробувань і матеріалів рекомендує не використовувати алюміній як освітлюючу металеву добавку, а якщо й використовувати, обмежити його до 0,01%.
(2) Зміна структури оцинкованого шару
Теоретично для досягнення мети модифікації структури оцинкованого шару достатньо вмісту алюмінію від {{0}}.2 до 0.3% у розплавленому цинку. Однак у реальному виробництві алюміній у розплавленому цинку легко реагує з киснем і споживається. Таким чином, щоб підтримувати вміст алюмінію 0.2 до 0,3% у розплавленому цинку, необхідно додати приблизно від 1,5% до 3,5% алюмінію. Щоб проілюструвати вплив вмісту алюмінію на модифікацію структури оцинкованого шару, давайте поспостерігаємо за змінами в структурі оцинкованого шару, коли вміст алюмінію поступово зростає від низького до високого:
Збільшення вмісту алюмінію до 0,05% у розплавленому цинку має на меті посилити поверхневий блиск оцинкованого шару, але не впливає на його структуру. Таким чином, оцинкована структура така ж, як і покрита з чистого розплавленого цинку, що складається з адгезійного шару (фаза a), проміжного шару (фаза), шару з легкими тріщинами (фаза δ₁), дрейфового шару (фаза S), і шар чистого цинку (фаза η). Відмінність від оцинкованого шару, покритого чистим розплавленим цинком, полягає в кристалічній формі фаз.
Коли вміст алюмінію в розплавленому цинку становить 0,1%, кристали шару, що дрейфує (фаза δ₁), існують у великих блоках і більше не розташовані в суцільному шарі, а у вигляді відокремлених включень.
Коли вміст алюмінію в розплавленому цинку становить 0.15%, розподіл дрейфового шару (фаза δ₁) також не є безперервним, а складається з більших, взаємно від’єднаних кристалічних кластерів, причому лише шар (фаза δ₁) дещо більш щільну структуру.
Коли вміст алюмінію в розплавленому цинку становить 0,24%, інгібуючий вплив на травлення (легування) є сильним. Якщо цинкування зануренням підтримувати при температурі 440 градусів протягом 1 години в цьому розплавленому цинку, а потім перевірити, виявлено, що реакції не відбулося. Тому на оцинкованому шарі зразка існує лише шар чистого цинку. Це пояснюється тим, що реакція між алюмінієм і сталевою трубою утворює тонку плівку сполук FeAl₃ (або Fe₂Al₅, згідно з деякими джерелами), що перешкоджає дифузії іонів заліза до цинку.
З вищесказаного видно, що кількість алюмінію є важливим фактором зміни структури оцинкованого шару. Коли вміст алюмінію є фіксованим, такі параметри процесу, як час занурення, текучість (як показано на малюнку 3-5) і температура занурення також впливають на зміну структури цинкового шару. Тому у виробництві гарячого цинкування взаємозв’язок між цими трьома факторами обумовлюється специфікаціями процесу, і лише за суворо регламентованих умов експлуатації можна отримати бажаний оцинкований шар.
(3) Протидія впливу заліза в розплавленому цинку
Алюміній реагує із залізом у розплавленому цинку з утворенням трьох сполук: FeAl, FeAl₂ і FeAl₃, тим самим зменшуючи свій вплив на оцинкований шар.
