آلیاژ آلومینیوم: تعریف، ویژگی ها، انواع، خواص و کاربردها

آلیاژهای آلومینیوم یکی از محبوب ترین فلزات در بخش تولید هستند. آنها به دلیل بسیار سبک بودن و داشتن نسبت استحکام به وزن عالی شناخته شده اند. برای توسعه مواد با ویژگی های منحصر به فرد متناسب با صنایع مختلف، آلومینیوم با عناصر دیگری از جمله مس، منیزیم، سیلیکون و روی برای ایجاد آلیاژهای آلومینیوم ترکیب می شود.

انواع محصولات – از جمله هادی های الکتریکی لوازم الکترونیکی مصرفی، بسته بندی و قطعات برای خودروها و هواپیماها – از این آلیاژها استفاده می کنند. آلیاژهای آلومینیوم در اشکال مختلفی وجود دارند و ترکیبات و ویژگی های خاص آنها را برای اهداف منحصر به فردی متناسب می کند. این مقاله به تعریف، ویژگی ها، دسته بندی ها، مشخصات و کاربردهای آلیاژهای آلومینیوم می پردازد.

آلیاژ آلومینیوم چیست؟

آلومینیوم فلزی است که می توان آن را با سایر عناصر از جمله مس، منیزیم، سیلیکون، روی و منگنز ترکیب کرد تا خواص مکانیکی و فیزیکی آن را تغییر دهد. این فلزات به نسبت های خاصی برای دستیابی به خواص مورد نظر برای یک کاربرد خاص اضافه می شوند. به عنوان مثال، ترکیب منیزیم با آلومینیوم می تواند منجر به یک آلیاژ سبک و محکم شود که برای استفاده در صنایع هوافضا و خودروسازی ایده آل است. آلیاژهای آلومینیوم به دلیل چگالی کم، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت حرارتی بالا در بسیاری از صنایع مختلف کاربرد گسترده ای دارند. بسیاری از اقلام مختلف، از جمله لوازم الکترونیکی مصرفی، خودروها و هواپیماها، از آلیاژهای آلومینیوم ساخته می شوند. برای اطلاعات بیشتر، راهنمای ما در مورد آلومینیوم را ببینید.

تاریخچه آلیاژ آلومینیوم چیست؟

ترکیبات طبیعی حاوی آلومینیوم از دوران باستان شناخته شده بودند، اما ماهیت عنصری آلومینیوم به عنوان یک فلز تا سال 1825 تأیید نشد. این به لطف تلاش های شیمی دان آلمانی فریدریش وولر و فیزیکدان دانمارکی هانس کریستین اورستد به دست آمد. پس از کشف، پردازش آلومینیوم دشوار بود و هزینه آن بیشتر از طلا بود. قیمت آن تا زمانی که هانری اتیین سنت کلر دویل، یک شیمی دان فرانسوی، اولین تولید صنعتی را در سال 1856 آغاز کرد، شروع به کاهش نکرد. 50 سال دیگر طول می کشید تا دورالومین، اولین آلیاژ آلومینیوم ساختاری با استحکام قابل توجه، ساخته شود. این آلیاژ با اهداف نظامی و صنعتی توسعه یافت.

آلیاژ آلومینیوم از چه ساخته شده است؟

در زیر برخی از عناصر معمولی موجود در آلیاژهای آلومینیوم آمده است:

• مس (Cu): افزودن مس به آلومینیوم استحکام و سختی آن را افزایش می دهد. نمونه ای از آلیاژ آلومینیوم-مس 2024 است.
• روی (Zn): آلیاژهای آلومینیوم-روی به دلیل استحکام و مقاومت در برابر خوردگی شناخته شده هستند، یک نمونه رایج 7075 است.
• منیزیم (Mg): آلیاژهای آلومینیوم-منیزیم سبک هستند و مقاومت عالی در برابر خوردگی دارند، نمونه ای از چنین آلیاژی 5083 است.
• سیلیکون (Si): افزودن سیلیکون به آلومینیوم خواص ریخته گری آن را بهبود می بخشد و انقباض را در حین انجماد کاهش می دهد. آلیاژ آلومینیوم 4043 از جمله آلیاژهایی است که چنین خواص استثنایی را ارائه می دهد.

مهم است به یاد داشته باشید که عناصر فلزی و غیرفلزی زیادی می توانند به آلیاژهای آلومینیوم اضافه شوند تا خواص آنها را بیشتر بهبود بخشند. به عنوان مثال، از کروم برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و از منیزیم برای افزایش استحکام و سختی استفاده می شود. به همین دلیل، تعداد زیادی آلیاژ آلومینیوم با مجموعه ای متمایز از خواص و کاربردهای بالقوه در دسترس هستند.

ویژگی های آلیاژ آلومینیوم چیست؟

در اینجا ویژگی های آلیاژهای آلومینیوم آورده شده است:

• سبک وزن: آلیاژهای آلومینیوم چگالی کمی دارند و آنها را برای کاربردهایی که وزن یک عامل حیاتی است، سبک و ایده آل می کند. مقاومت در برابر خوردگی: سطوح آلیاژهای آلومینیوم یک لایه اکسید طبیعی تشکیل می دهند که در برابر خوردگی در بسیاری از محیط ها محافظت می کند.
• نسبت استحکام به وزن بالا: آلیاژهای آلومینیوم با وجود جرم کم، استحکام و دوام بالایی دارند و آنها را در کاربردهای مختلفی که استحکام و وزن باید با دقت متعادل شوند، مفید می کند.
• قابلیت شکل دهی: آلیاژهای آلومینیوم را می توان به راحتی شکل داد و شکل داد و آنها را در فرآیندهای ساخت متنوع کرد. با این حال، از آنجایی که این ویژگی ها بسته به آلیاژ خاص مورد نظر می توانند به طور قابل توجهی متفاوت باشند، مراجعه به برگه اطلاعات مربوط به مواد برای درک دقیق ویژگی های یک آلیاژ معین ضروری است.

رنگ آلیاژ آلومینیوم چیست؟

اکثر آلیاژهای آلومینیوم دارای رنگ نقره ای- خاکستری فلزی هستند. این به دلیل اکسیداسیون سطح مواد است که به طور طبیعی یک لایه نازک از اکسید آلومینیوم تشکیل می دهد. با این حال، تکنیک های تکمیلی مختلفی مانند آندایزینگ، رنگ آمیزی یا پوشش پودری می توانند ظاهر آنها را تغییر دهند.

آلیاژ آلومینیوم چگونه به نظر می رسد؟ شکل 1 نمونه ای از آلیاژ آلومینیوم است:

• سری 1000 (خالص) آلومینیوم حداقل 99٪ از ترکیب آلیاژهای سری 1000 را تشکیل می دهد و فقط مقداری جزیی از عناصر دیگر وجود دارد. آنها بسیار رسانا، بسیار چکش خوار و مقاوم در برابر خوردگی هستند. از آلومینیوم خالص در محصولاتی مانند مخازن شیمیایی، راد آلومینیومی و پرچ استفاده می شود. ترکیب دقیق و میزان ناخالصی آلیاژهای مختلف در سری 1000 آنها را از یکدیگر متمایز می کند.
• سری 2000 (مس) مس به عنوان عنصر اصلی آلیاژ در سری 2000 آلیاژهای آلومینیوم عمل می کند و به آنها استحکام بیشتری می بخشد. این آلیاژها قابل ماشینکاری هستند، می توانند در برابر دمای بالا مقاومت کنند و قابل عملیات حرارتی هستند. صنایع نظامی، هوافضا و سایر کاربردهای با کارایی بالا همگی آنها را ارزشمند می دانند. محتوای مس و سایر عناصر کمیاب بین آلیاژهای مختلف سری 2000 متفاوت است.
• سری 3000 (منگنز) منگنز عنصر اصلی آلیاژ در آلیاژهای آلومینیوم از سری 3000 است و مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری فلز را بهبود می بخشد. این آلیاژها قابل عملیات حرارتی نیستند و استحکام متوسطی دارند. آنها در ظروف پخت، قطعات خودرو و مصالح ساختمانی به کار می روند. آنها همچنین در هنگام جوشکاری و آندایزینگ به خوبی کار می کنند.
• سری 4000 (سیلیکون) سیلیکون که جزء اصلی آلیاژ در این سری است، به آلومینیوم سیالیت مذاب عالی و انقباض کم در هنگام انجماد می دهد. دارای قابلیت ماشینکاری خوب، استحکام متوسط و مقاومت در برابر خوردگی خوبی است. در صنعت خودرو، معمولاً برای بلوک های موتور و سایر قطعاتی که نیاز به دفع کارآمد گرما دارند، استفاده می شود.
• سری 5000 (منیزیم) عنصر اصلی آلیاژ در سری 5000 منیزیم است. این نسخه‌های آلومینیوم در وسایل نقلیه، مخازن تحت فشار و پل‌ها اهمیت پیدا می‌کنند.
• سری 6000 (منیزیوم و سیلیکون) آلیاژهای سری 6000 حاوی منیزیم و سیلیکون به عنوان عناصر اصلی آلیاژ هستند. آنها استحکام خوبی، مقاومت قابل توجه در برابر خوردگی جوی دارند و قابل ماشینکاری هستند. آنها به طور معمول در اجزای سازه ای در صنایع هوافضا، خودرو و ساخت و ساز استفاده می شوند.
• سری 7000 (روی) دسته دیگری از آلیاژ آلومینیوم سری 7000 است. این یک آلیاژ قابل عملیات حرارتی است که شامل روی با مقادیر کمتری مس، منیزیم و سایر عناصر است. استحکام بالا، چقرمگی خوب و مقاومت عالی در برابر خستگی دارد. این آلیاژها در کاربردهای هوافضا و هوافضا، و همچنین در کالاهای ورزشی با کارایی بالا استفاده می شوند. این نوع همچنین در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و می توان آن را جوش داد، اگرچه باید مراقب ترک خوردگی بود.

چه نوع فلزی آلیاژ آلومینیوم است؟ آلیاژ آلومینیوم نوعی ماده فلزی است که عمدتاً از فلز آلومینیوم تشکیل شده است و ممکن است حاوی عناصر دیگری مانند مس، منیزیم، منگنز، سیلیکون یا روی نیز باشد. ترکیب خاص و نسبت های نسبی این عناصر نوع خاصی از آلیاژ را تعیین می کند. آلیاژهای آلومینیوم در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می شوند و به طور خاص در صنایع ساخت و ساز، خودرو و هوافضا رایج هستند. آنها به دلیل استحکام، وزن سبک و مقاومت در برابر خوردگی شناخته شده اند.

خواص آلیاژ آلومینیوم چیست؟

خواص فیزیکی آلیاژ آلومینیوم چیست؟ جدول 1 زیر خواص فیزیکی آلیاژهای خاص آلومینیوم را فهرست می کند:

آلیاژهای آلومینیوم بسته به عنصر آلیاژ و ترکیب خاص دارای خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی هستند. جداول 1 و 2 زیر برخی از خواص رایج را خلاصه می کنند:

خواص شیمیایی آلیاژ آلومینیوم چیست؟ جدول 2 خواص شیمیایی برخی آلیاژهای آلومینیوم را مقایسه می کند:

کاربردهای آلیاژ آلومینیوم چیست؟

ویژگی های عالی آلیاژهای آلومینیوم، از جمله چگالی کم، استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری خوب، آنها را در صنایع متعددی مفید می کند. چند مورد از محبوب ترین کاربردهای آلیاژهای آلومینیوم به شرح زیر است:

حمل و نقل : آلیاژهای آلومینیوم به دلیل وزن سبک و مقاومت در برابر خوردگی ارزشمند هستند. آنها در قایق ها و کشتی ها و همچنین بلوک های موتور، پانل های بدنه و اجزای سازه ای در صنایع راه آهن، خودرو و دریایی استفاده می شوند.

هادی الکتریکی :آلیاژهای آلومینیوم به عنوان هادی در خطوط انتقال برق، سیم‌های برق و اجزای الکترونیکی عمل می‌کنند. چگالی کم در خطوط انتقال برق مفید است زیرا وزن کابل می تواند یک عامل محدود کننده باشد. آلیاژهای آلومینیوم همچنین به دلیل قابلیت های عالی اتلاف حرارت و مدیریت حرارتی در دستگاه های الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی، آلیاژهای آلومینیوم می توانند اجزای الکتریکی مقرون به صرفه، بادوام و توانمند را بسازند.

کالاهای مصرفی: آلیاژهای آلومینیوم بیشتر به دلیل وزن کم و مقاومت در برابر خوردگی، راه خود را به کالاهای مصرفی باز می کنند. قطعات خودرو، ظروف پخت، لوازم الکترونیکی و قوطی های نوشابه تنها برخی از محصولاتی هستند که معمولاً از آلومینیوم ساخته می شوند. دوام، استحکام و قابلیت بازیافت از مزایای استفاده از آلیاژ آلومینیوم در کالاهای مصرفی است.

تجهیزات پزشکی :آلیاژ آلومینیوم به دلیل چگالی کم، استحکام نسبی و مقاومت در برابر خوردگی در انواع تجهیزات پزشکی مانند ویلچرها، تخت های بیمارستان و ابزارهای جراحی استفاده می شود. همچنین به دلیل سازگاری زیستی در ایمپلنت های پزشکی مانند صفحات استخوانی و پیچ استفاده می شود. برای یک وسیله پزشکی بسیار مهم است که هم بادوام باشد و هم در برابر زنگ زدگی و سایر انواع خوردگی مقاوم باشد.

ساخت و ساز: ویژگی های ذاتی آلیاژهای آلومینیوم آنها را به اجزای مفیدی در پنجره ها، درها، سقف ها، دیوارپوش ها و قاب ها تبدیل می کند. این آلیاژها برای محیط های خشن در فضای باز ایده آل هستند زیرا استحکام، وزن سبک و مقاوم در برابر خوردگی هستند. آلیاژهای آلومینیوم همچنین می توانند به راحتی در طیف وسیعی از اشکال و اندازه ها شکل بگیرند و انعطاف پذیری را در طراحی و ساخت فراهم کنند.

مزایای آلیاژ آلومینیوم چیست؟

برخی از مزایای آلیاژهای آلومینیوم عبارتند از:

وزن سبک: آلیاژهای آلومینیوم برای کاربردهایی که کاهش وزن ضروری است، عالی هستند. وسایل آلومینیومی بسیار سبک تر از وسایلی هستند که از سایر فلزات ساخته شده اند.

نسبت استحکام به وزن بالا: آلیاژهای آلومینیوم از بسیاری از مواد دیگر با چگالی مشابه قوی تر هستند.

مقاومت در برابر خوردگی: آلیاژهای آلومینیوم برای استفاده در محیط های سخت مانند محیط های دریایی یا صنعتی عالی هستند زیرا مقاومت عالی در برابر خوردگی دارند.

چکش خواری: اکثر آلیاژهای آلومینیوم بسیار چکش خوار هستند که امکان شکل دهی آسان بدون شکستن یا ترک خوردن را فراهم می کند.

هدایت حرارتی: آلیاژهای آلومینیوم رساناهای حرارتی خوبی هستند در هر جایی که نیاز به انتقال کارآمد گرما باشد.

محدودیت های آلیاژ آلومینیوم چیست؟

برخی از محدودیت های آلیاژهای آلومینیوم عبارتند از: نقطه ذوب پایین تر: نقطه ذوب آلیاژهای آلومینیوم از اکثر فلزات سازه ای دیگر پایین تر است و باعث می شود آنها برای کاربردهای با دمای بالا نامناسب باشند

معایب آلیاژ آلومینیوم:

• نقطه ذوب پایین تر: در مقایسه با سایر فلزات سازه ای، آلیاژهای آلومینیوم نقطه ذوب پایین تری دارند. این امر آنها را برای کاربردهایی که در معرض گرمای شدید قرار می گیرند، نامناسب می کند.
• هزینه: در مقایسه با برخی از فلزات دیگر مانند فولاد، آلیاژهای آلومینیوم می توانند گران تر باشند.
• ضعف در برابر برخی مواد شیمیایی: آلیاژهای آلومینیوم می توانند در معرض برخی مواد شیمیایی قوی مانند اسیدها و بازها خورده شوند.

فرآیند تولید آلیاژ آلومینیوم:

آلیاژهای آلومینیوم را می توان از طریق فرآیندهای مختلفی از جمله ریخته گری، نورد، فورجینگ و اکستروژن تولید کرد.

• ریخته گری: در فرآیند ریخته گری، آلومینیوم مذاب را در قالب می ریزند و می گذارند تا خنک شود و جامد شود. این یک روش رایج برای تولید قطعات آلومینیومی پیچیده است.
• نورد: در فرآیند نورد، شمش های آلومینیوم را از طریق غلتک هایی عبور می دهند تا به ورق ها، نوارها یا سایر اشکال تبدیل شوند.
• فورجینگ: در فرآیند فورجینگ، قطعات آلومینیوم را با فشار و گرما شکل می دهند. این فرآیند می تواند قطعات آلومینیومی با استحکام بالا تولید کند.
• اکستروژن: در فرآیند اکستروژن، آلومینیوم گرم را از طریق یک قالب تحت فشار مجبور به عبور می کنند تا به شکل دلخواه درآید. این فرآیند برای تولید قطعات آلومینیومی با طول بلند مانند رادها ایده آل است.

آلیاژهای آلومینیوم بازیافتی:

آلیاژهای آلومینیوم را می توان به طور کامل بازیافت کرد و این امر آنها را به یک انتخاب پایدار برای بسیاری از کاربردها تبدیل می کند. در واقع، آلومینیوم یکی از بازیافتی ترین فلزات در جهان است. بازیافت آلومینیوم مزایای زیست محیطی زیادی از جمله صرفه جویی در انرژی، کاهش آلودگی و حفظ منابع طبیعی دارد.

نتیجه:

آلیاژهای آلومینیوم به دلیل ترکیبی منحصر به فرد از خواص از جمله وزن سبک، استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری خوب، مواد بسیار متنوعی هستند. آنها در طیف گسترده ای از کاربردها در صنایع مختلف از جمله حمل و نقل، ساخت و ساز، کالاهای مصرفی و تجهیزات پزشکی استفاده می شوند. با مزایای زیست محیطی بازیافت، آلیاژهای آلومینیوم همچنان نقش مهمی در دنیای مدرن ایفا می کنند.

منبع+ ترجمه : الکامهرکیمیا