تتناول هذه المقالة دراسة درجة انصهار الألومنيوم وأهميتها.

درجة انصهار الألومنيوم النقي وسبائكه

في حالته النقية، ينصهر الألومنيوم عند درجة حرارة 1220.58 درجة فهرنهايت (660.32 درجة مئوية). ومع ذلك، في معظم التطبيقات يُستخدَم الألومنيوم على شكل سبائك. وبحسب تركيب السبيكة المعنيّة، يمكن أن تنخفض درجة انصهارها بشكل ملحوظ مقارنةً بالألومنيوم النقي.

إضافة عناصر السَّبك إلى الألومنيوم النقي تُخفِّض من نقطة انصهاره، وتُعرَف هذه الظاهرة باسم “خفض نقطة الانصهار”. بخلاف الألومنيوم النقي الذي يمتلك درجة انصهار محددة وواضحة، تمتلك الغالبية العظمى من السبائك «مجالاً للانصهار» بدلاً من نقطة واحدة ثابتة.

ضمن مجال الانصهار هذا، يمكن أن تكون السبيكة في حالة سائلة وجامدة في آن واحد. فإذا ارتفعت درجة الحرارة فوق مجال الانصهار تصبح السبيكة منصهرة بالكامل، وإذا انخفضت تحته تصبح صلبة بالكامل.

يمكن لعناصر السَّبك وتركيزها أن تؤثّر بشكل كبير في درجة الحرارة التي تبدأ عندها السبيكة بالانصهار، بل وحتى في درجة الحرارة التي تنصهر عندها بالكامل. كما أن الألومنيوم المعاد تدويره قد يحمل معه شوائب من المراحل الأولى لدورة حياة المنتج، ما يؤثّر في مجال الانصهار وغيره من خواصه بطرق غير متوقَّعة.

أداء الألومنيوم في التطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة

يُستخدَم الألومنيوم في كل مكان: من أجزاء السيارات إلى الحواسيب المحمولة والهواتف المحمولة، وصولاً إلى أواني الطهي. ورغم أن العديد من تطبيقاتنا اليومية لمنتجات الألومنيوم لا تتضمن تعرّضًا لحرارة شديدة، فإن الألومنيوم يتعرض في بعض الاستخدامات لدرجات حرارة عالية، مثل: مكوّنات معدات المعالجة الصناعية، والتجميعات في مجال الطيران والفضاء، وأجزاء السيارات.

مثال ملموس على ذلك هو أواني الطهي المنزلية. فعلى الرغم من أن القِدور والمقالي والطنجرة الضغط وصواني الخَبز المصنوعة من الألومنيوم أقل شيوعًا من تلك المصنوعة من الفولاذ غير القابل للصدأ، فإنها تُسخن بسرعة وتوزّع الحرارة بشكل متساوٍ. ومع ذلك، يمكن للأفران وأجهزة الطبخ الحديثة الغازية والكهربائية أن تصل إلى درجات حرارة تعادل أو تتجاوز نقطة انصهار الألومنيوم!

فهل يعني ذلك أنه لا يمكن استخدام أواني الطهي الألومنيومية إلا على إعدادات حرارة “منخفضة” أو “متوسطة”؟
بشكل عام، لا؛ إذ يمكنك عادةً استخدام أواني الطهي المصنوعة من الألومنيوم بأمان على حرارة عالية مثلها مثل غيرها من الأواني. ويرجع ذلك إلى موصليتها الحرارية العالية، وإلى المساحة السطحية الكبيرة للقدر أو المقلاة التي تمكّنها من نقل الحرارة بكفاءة من الموقد إلى الطعام والهواء المحيط.

ومع هذا، إذا تُركت أواني طهي ألومنيومية على حرارة عالية دون وجود طعام أو ماء بداخلها، فقد تنصهر في النهاية على بعض المواقد. باختصار، طالما استُخدمت أواني الطهي الألومنيومية بالشكل الصحيح، فإنها تُعدّ إضافة ممتازة وطويلة الأمد إلى المطبخ.

نقطة أخرى يجب على مصمّمي المنتجات أخذها في الاعتبار، وهي أن منتجًا مصنوعًا من الألومنيوم ويتعرّض لحرارة شديدة قد يتلف قبل وقت طويل من وصول أي جزء من السبيكة إلى الطور السائل. ففي الواقع، يمكن للأجزاء الألومنيومية التي تتعرّض بانتظام لدرجات حرارة في حدود 150 إلى 200 درجة مئوية أن تعاني انخفاضًا ملحوظًا في مقاومتها. وهذا يجعل الألومنيوم أكثر عرضة لآليات فشل أخرى مثل الإجهاد الزائد أو الزحف (Creep).

التسخين والانصهار في عملية تصنيع الألومنيوم

يمكن لتسخين الألومنيوم أن يؤثّر في خواصه المادية بعدّة طرق. فعمليات التسخين والتبريد قادرة على زيادة أو تقليل صلابة الألومنيوم، ومتانته، وقوته، ومقاومته للتآكل، وغيرها من الخواص، حتى بعد عودة درجة الحرارة إلى حالتها الطبيعية.

ورغم أن عمليات المعالجة الحرارية القياسية تُجرى عادةً بأفضل صورة داخل الأفران، فإن عمليات تصنيع ومعالجة الألومنيوم نفسها قد تؤدي – بشكل عَرَضي – إلى تسخين أجزاء من الألومنيوم أو حتى صهرها، مما يغيّر خواصها.

يمكن لهذه التغيرات الحادة في درجات الحرارة أن تُحدِث تأثيرًا كبيرًا في أداء الألومنيوم. إن فهم سلوك الألومنيوم عند التسخين والانصهار، إلى جانب إدراك أعمق لكيفية تصنيعه، يمكن أن يساعدك على ضبط أداء المادة والحصول على أقصى كفاءة من الأجزاء الألومنيومية التي تستخدمها.

المصدر + الترجمة: الکامهر کیمیا