60. Bagaimana pengaruh aluminium dalam seng cair terhadap proses galvanisasi hot-dip?

Aluminium (A1) adalah logam-putih keperakan dengan struktur kristal-kubik berpusat muka (FCC). Konstanta kisinya berukuran 404959,6 nm, massa atom 26,8, titik leleh 658 derajat, dan titik didih 2000 derajat. Produk seng komersial tidak mengandung aluminium, yang sengaja ditambahkan selama proses galvanisasi celup panas. Proses ini memiliki tiga tujuan utama: meningkatkan kilau permukaan pipa baja galvanis, meningkatkan fleksibilitas, memodifikasi struktur mikro lapisan paduan seng besi, dan menetralkan efek besi dalam lelehan seng. Rinciannya adalah sebagai berikut: (1) Aluminium meningkatkan kilau permukaan dan fleksibilitas pipa baja galvanis.
Secara teoritis, hanya kandungan aluminium 0,02% dalam rendaman seng yang cukup untuk mencapai tujuan ini. Namun, karena aluminium mudah teroksidasi pada permukaan seng, bukti empiris menunjukkan bahwa penambahan sekitar 0,2% aluminium diperlukan untuk mempertahankan tingkat 0,02% yang diperlukan. Afinitas yang kuat antara aluminium dan oksigen membentuk lapisan aluminium oksida yang secara efektif menghalangi difusi oksigen, melindungi lelehan aluminium dan seng dari oksidasi. Mekanisme pelindung ini juga mencegah oksidasi unsur logam lain dalam rendaman seng. Seperti diketahui, oksidasi seng menghasilkan oksida seng berwarna kuning, sedangkan oksida timbal dan kadmium menunjukkan warna kekuningan yang serupa. Tanpa peran pelindung aluminium, permukaan galvanis akan ternoda oleh senyawa kuning, sehingga secara signifikan mengurangi kilaunya. Oleh karena itu, menambahkan aluminium dalam jumlah yang tepat sangat penting dalam galvanisasi hot{9}dip untuk mendapatkan hasil akhir yang cerah. Selain itu, kandungan aluminium 0,2% dalam wadah seng tidak hanya menghasilkan pola dekoratif yang optimal namun juga memastikan fleksibilitas luar biasa pada lapisan galvanis.
Namun, American Society for Testing Materials (ASTM) merekomendasikan bahwa aluminium tidak boleh digunakan sebagai bahan tambahan logam pencerah, dan jika digunakan, kandungannya harus dibatasi kurang dari 0,01%.
(2) Mengubah Struktur Mikro Lapisan Galvanis Secara teoritis, kandungan aluminium 0,2-0,3% dalam seng cair cukup untuk mengubah struktur mikro lapisan galvanis. Namun, dalam produksi praktis, aluminium mudah bereaksi dengan oksigen dalam seng cair, sehingga menyebabkan konsumsi aluminium. Untuk mempertahankan kandungan aluminium target, sekitar 1,5%-3,5% aluminium harus ditambahkan. Untuk menunjukkan bagaimana kandungan aluminium mempengaruhi struktur mikro, kami menganalisis perubahan dari konsentrasi aluminium rendah ke tinggi: Peningkatan kandungan aluminium sebesar 0,05% meningkatkan kilap permukaan lapisan galvanis tetapi tidak berpengaruh pada struktur mikronya. Dengan demikian, lapisan galvanis mempertahankan komposisi yang sama seperti yang dihasilkan dari cairan seng murni, yang terdiri dari lapisan perekat (Fase a), lapisan perantara (Fase Y), lapisan kisi yang sedikit retak (Fase 81), dan lapisan mengambang (Fase S) dari seng murni (Fase n). Perbedaan utamanya terletak pada morfologi fase kristal yang berbeda dibandingkan dengan cairan seng murni.
Bila kandungan aluminium dalam cairan seng 0,1%, maka kristalisasi lapisan terapung (3 fasa) berbentuk balok besar, dan bukan merupakan lapisan kontinu, melainkan semacam inklusi yang terpisah.
Ketika kandungan aluminium dalam cairan seng adalah 0,15%, sebaran lapisan terapung (fase 5) bukanlah lapisan kontinu, melainkan beberapa gugus kristal terpisah yang lebih besar, dan hanya lapisan kisi (fase 81) yang menyajikan struktur yang sedikit lebih padat.
Ketika kandungan aluminium dalam rendaman seng mencapai 0,24%, efek paduan menjadi sangat efektif dalam mencegah korosi. Jika rendaman seng dipertahankan pada suhu 440 derajat selama 1 jam pelapisan, tidak ada reaksi yang diamati setelah pelepasan dan pemeriksaan. Akibatnya, lapisan galvanis pada sampel hanya terdiri dari lapisan seng murni. Hal ini terjadi karena aluminium bereaksi dengan pipa baja membentuk lapisan senyawa FeAl₃ (atau Fe₂AlO), yang menghambat difusi ion besi menuju lapisan seng.
Seperti yang ditunjukkan di atas, kandungan aluminium merupakan faktor kunci dalam mengubah struktur mikro lapisan galvanis. Jika kandungan aluminium tetap, parameter proses lainnya-termasuk waktu perendaman seng, fluiditas (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3-5), dan suhu-juga memengaruhi struktur mikro lapisan seng. Oleh karena itu, dalam produksi galvanisasi hot-dip, interaksi antara ketiga faktor ini diatur oleh spesifikasi proses. Hanya dengan mematuhi secara ketat kondisi pengoperasian yang ditentukan, lapisan galvanis yang diinginkan dapat dicapai.
(3) Pengaruh besi dalam rendaman seng diimbangi karena aluminium dapat bergabung dengan besi dalam rendaman seng membentuk tiga senyawa, yaitu FeAl, FeAl2 dan FeAl3, sehingga mengurangi efek pada lapisan galvanis.