60. 溶融亜鉛中のアルミニウムは溶融亜鉛めっきにどのような影響を与えますか?{1}

アルミニウム (A1) は、面心立方晶 (FCC) 結晶構造を持つ銀白色の金属です。-格子定数は 404959.6 nm、原子量は 26.8、融点は 658 度、沸点は 2000 度です。市販の亜鉛製品には、溶融亜鉛めっき中に意図的に添加されるアルミニウムが含まれていません。-このプロセスには 3 つの重要な目的があります。亜鉛めっき鋼管の表面の光沢を高めること、柔軟性を向上させること、鉄-合金層の微細構造を変更すること、そして溶融亜鉛中の鉄の影響を中和することです。詳細は以下のとおりです。 (1) アルミニウムは亜鉛メッキ鋼管の表面光沢と柔軟性を向上させます。
理論的には、亜鉛浴中のアルミニウム含有量がわずか 0.02% であれば、この目標を達成するには十分です。ただし、アルミニウムは亜鉛表面で容易に酸化するため、必要な 0.02% レベルを維持するには約 0.2% のアルミニウムを添加する必要があることが経験的に示唆されています。アルミニウムと酸素の強い親和性により酸化アルミニウム層が形成され、酸素の拡散を効果的にブロックし、その下にある溶融アルミニウムと亜鉛の両方を酸化から保護します。この保護機構は、亜鉛浴内の他の金属元素の酸化も防ぎます。よく知られているように、亜鉛の酸化により黄色の酸化亜鉛が生成され、酸化鉛と酸化カドミウムは同様の黄色がかった色合いを示します。アルミニウムの保護機能がなければ、亜鉛メッキの表面は黄色の化合物でひどく汚れ、その光沢が著しく損なわれてしまいます。したがって、溶融亜鉛めっきでは光沢のある仕上げを実現するために、適切な量のアルミニウムを添加することが不可欠です。-さらに、亜鉛浴中のアルミニウム含有量が 0.2% であるため、最適な装飾パターンが得られるだけでなく、亜鉛めっき層の優れた柔軟性も確保されます。
ただし、米国材料試験協会 (ASTM) は、アルミニウムを光沢金属添加剤として使用すべきではなく、使用する場合はその含有量を 0.01% 未満に制限することを推奨しています。
(2) 亜鉛めっき層の微細構造の変更 理論的には、溶融亜鉛中のアルミニウム含有量が 0.2 ～ 0.3% であれば、亜鉛めっき層の微細構造を変更するには十分です。しかし、実際の製造では、アルミニウムは溶融亜鉛中の酸素と容易に反応し、アルミニウムが消費されてしまいます。目標のアルミニウム含有量を維持するには、約 1.5% ～ 3.5% のアルミニウムを添加する必要があります。アルミニウム含有量が微細構造にどのような影響を与えるかを実証するために、低アルミニウム濃度から高アルミニウム濃度への変化を分析します。アルミニウム含有量が 0.05% 増加すると、亜鉛メッキ層の表面の光沢が向上しますが、その微細構造には影響しません。したがって、亜鉛めっき層は、純粋な亜鉛液体から製造されたものと同じ組成を保持し、付着層（フェーズ a）、中間層（フェーズ Y）、わずかにひび割れた格子層（フェーズ 81）、および純粋な亜鉛（フェーズ n）の浮遊層（フェーズ S）で構成されます。主な違いは、純粋な亜鉛液体と比較して相の明確な結晶形態にあります。
亜鉛液中のアルミニウム含有量が0.1％の場合、浮遊層（3相）の結晶化は大きなブロックの形であり、連続した層ではなく、一種の分離した介在物です。
亜鉛液中のアルミニウム含有量が 0.15% の場合、浮遊層 (フェーズ 5) の分布は連続層ではなく、いくつかの大きな分離された結晶クラスターであり、グリッド層 (フェーズ 81) のみがわずかにより緻密な構造を示します。
亜鉛浴中のアルミニウム含有量が0.24%に達すると、合金化効果が腐食防止に非常に効果的になります。亜鉛浴を 440 度で 1 時間めっきを維持した場合、取り外して検査すると反応は観察されません。したがって、サンプル上の亜鉛めっき層は純粋な亜鉛層のみで構成されます。これは、アルミニウムが鋼管と反応して FeAl3 (または Fe2AlO) 化合物皮膜を形成し、亜鉛層への鉄イオンの拡散を阻害するために起こります。
上で実証したように、アルミニウム含有量は亜鉛メッキ層の微細構造を変化させる重要な要素です。アルミニウム含有量が固定されている場合、亜鉛の浸漬時間、流動性（図 3 を参照）-5）、温度などの他のプロセス パラメータ-も亜鉛層の微細構造に影響します。-したがって、溶融亜鉛めっきの製造では、これら 3 つの要素間の相互作用はプロセス仕様によって決まります。指定された動作条件を厳密に遵守することによってのみ、望ましい亜鉛めっき層を実現できます。
(3) アルミニウムは亜鉛浴中で鉄と結合して 3 つの化合物、つまり FeAl、FeAl2、FeAl3 を形成するため、亜鉛浴中の鉄の効果は相殺され、亜鉛めっき皮膜への影響が減少します。