هر آنچه که باید درباره آلومینیوم بدانید

آلومینیوم بعد از اکسیژن و سیلیسیم سومین فلز فراوان و پرکاربرد در پوسته زمین به‌حساب می‌آید که از آن در صنایع مختلف استفاده می‌شود. بیشتر آلومینیوم دنیا از سنگ بوکسیت حاصل می‌شود و آن را با عدد اتمی 13 و با نماد Al در جدول تناوبی می‌شناسند. ازجمله ویژگی‌هایی که باعث محبوبیت آلیاژهای آلومینیوم شده‌اند می‌توان به مقاومت بالا در برابر حرارت، مقاومت بالا در برابر زنگ‌زدگی، جوش‌پذیری عالی، شکل‌پذیری خوب، استحکام کافی در برابر وزن بالا، امکان بازیافت شدن، وزن سبک و... اشاره کرد. اگر می‌خواهید با ویژگی‌ها، چگونگی تولید، آلیاژها و به‌طورکلی با همه چیز درباره فلز آلومینیوم آشنا شوید، تا انتهای این مقاله همراه ما باشید. همچنین با کلیک بر روی قیمت آلومینیوم، لیست محصولات و جدول قیمت هر محصول را در صفحه مربوطه مشاهده کنید.

آلومینیوم چیست؟

آلومینیوم، فلزی سبک، چکش‌خوار، سبک، قابل بازیافت مقاوم و پرکاربرد در صنایع مختلف است. چگالی فلز آلومینیوم یک‌سوم چگالی فولاد است و به‌راحتی شکل‌ می‌گیرد و سازگاری خوبی با محیط‌زیست دارد.  بعد از آهن بیشترین نرخ تولید فلزات به آلومینیوم تعلق می‌گیرد که سالانه 4 میلیون تن از آن را در ایالات متحده تولید می‌کنند. لازم به ذکر است که بدانید آلومینیوم خالص به تنهایی نرم بوده و از فلزات سخت به‌حساب نمی‌آید، اما زمانی که آن را همراه با عناصر دیگری مانند مس، منگنز، سیلیکون، منیزیم و روی ذوب می‌کنند، آلیاژهایی با طیف وسیعی از خواص مفید حاصل می‌شود. ازجمله کاربردهای آلیاژهای آلومینیوم می‌توان به استفاده در هواپیماها، علائم بزرگراه‌ها، پل‌ها، مخزن‌های ذخیره‌سازی و ساختمان‌سازی اشاره کرد؛ البته که باید بیشترین کاربرد آلومینیوم را در صنعت خودروسازی در نظر گرفت، چراکه وزن آن‌ها یک‌سوم فولاد بوده و ازاین‌جهت مصرف سوخت را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. مشخصات فنی آلومینیوم به شرح زیر است:

• جرم اتمی: 26.9815 گرم
• چگالی: 2770 کیلوگرم بر مترمکعب
• نقطه ذوب: 933 درجه کلوین
• جرم حجمی در 20 درجه سانتی‌گراد 2.70 گرم بر سانتی‌متر مکعب
• نقطه‌جوش: 2792 درجه کلوین
• دمای پلاسما: 7850 درجه کلوین
• استحکام کششی: 9 کیلوگرم بر میلی‌مترمربع
• تنش تسلیم: 3 کیلوگرم بر میلی‌مترمربع
• میزان سختی: 16 برینل
• مدول کشسانی: 62.053 گیگاپاسکال در دمای صفر درجه سانتی‌گراد
• نسبت پوآسون: 0.35

آلومینیوم چه ویژگی‌هایی دارد؟

فلز آلومینیوم دارای ویژگی‌هایی بسیار زیادی است؛ یکی از جذاب‌ترین این ویژگی‌ها قابلیت چکش‌خواری و شکل‌پذیری خوب آن است به همین خاطر این فلز را بوم طراحان می‌دانند. از دیگر ویژگی‌های آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. از آلومینیوم به‌عنوان هادی الکتریکی استفاده می‌شود و این قابلیت را دارد تا جریانی در حدود 62 درصد الکتریسیته را از خود عبور دهد، آلومینیوم بعد از نقزه، مس و طلا بیشترین میزان هدایت الکتریکی را دارد.
2. از این فلز به‌عنوان هادی گرما استفاده می‌شود و از این جهت در ساخت دیگ، قابلمه، ماهیتابه و دیگر مبدل‌های حرارتی آبی و روغنی کاربرد دارد.
3. ازآنجایی‌که این فلز با یک لایه نازک، متراکم و چسبنده به نام اکسید آلومینیوم پوشانده شده، بنابراین از نفوذ اکسیژن جلوگیری کرده و در برابر خوردگی مقاومت بالایی ایجاد می‌کند.
4. وزن کم، غیرمغناطیسی بودن و منعطف بودن از دیگر ویژگی‌های آلومینیوم خالص است.
5. استحکام بسیار بالا در برابر وزن بسیار کم دارد
6. با قابلیت شکل‌پذیری امکان فرم‌دادن فلز به هر شکلی وجود دارد.
7. قابلیت ماشین کاری، جوشکاری، لحیم‌کاری، چسب‌کاری و پرچ‌کاری برای این فلز فراهم است.
8. این فلز درصورتی‌که تحت‌تأثیر نیرو یا ضربه باشد، بعد از برداشته‌شدن نیرو باخاصیت ارتجاعی خود به حالت اولیه برمی‌گردد.
9. یکی دیگر از ویژگی‌های خاص این فلز غیرسمی بودن است.
10. این فلز توانایی بازتاب کردن بیش از 80 درصد اشعه نور مرئی در دو انتهای طیف نور و اشعه‌های نامرئی را دارد.
11. از دیگر ویژگی‌ها معرکه این فلز می‌توان به عدم جرقه‌زایی اشاره کرد؛ با اینکه هدایت الکتریکی زیادی دارد، اما هیچ جرقه‌ای تولید نمی‌کند.

روش‌های تولید قطعات آلومینیومی

امروزه امروزه با پیشرفت تکنولوژی از روش‌های مختلفی برای تولید قطعات آلومینیومی استفاده می‌کنند؛ ازجمله این روش‌ها می‌توان به ریخته‌گری ماسه‌ای، ریخته‌گری تحت‌فشار، کار سرد (cold working)، کار گرم (hot working) و اکستروژن اشاره کرد. در ادامه درباره برخی از این موارد به‌شکل مختصر برای شما صحبت خواهیم کرد:

ریخته گری ماسه ای

روش ریخته‌گری ماسه‌ای یک روش قدیمی و پرکاربرد است که در آن از ماسه برای ساخت قالب و حفره‌ای درست به شکل قطعه آلومینیومی استفاده می‌شود؛ بعد از ساخت قالب آلومینیوم ذوب شده را داخل حفره تشکیل شده ریخته و بعد از خنک‌شدن از آن جدا می‌کنند.

ریخته گری تحت فشار

ریخته‌گری تحت فشار را با نام ریخته‌گری دایکاست نیز می‌شناسند و در این روش آلومینیوم مذاب را درون قالب ریخته و تحت فشار قرار می‌دهند، اعمال فشار باعث کاهش مک‌ها و تخلل‌ها شده و این موضوع استحکام قطعه را تا حد زیادی افزایش می‌دهد.

اکستروژن

در روش اکستروژن برای تولید قطعات آلومینیوم مواد با فشار زیاد به داخل قالب عبور داده می‌شود تا پروفیل موردنظر با سطح مقطع مشخص شده تولید شود. بیلت آلومینیوم با کمک دستگاهی قدرتمند به نام رام به داخل قالب فشار داده می‌شود و بعد از طرف دیگر آن بیرون می‌آید.

آلومینیوم چگونه استخراج، تولید و خالص‌سازی می‌شود؟

تولید آلومینیوم به دو روش اولیه و ثانویه انجام می‌گیرد؛ در ادامه ابتدا به توضیح مراحل تولید اولیه این فلز می‌پردازیم و سپس تولید ثانویه را برای شما مورد بررسی قرار می‌دهیم.

استخراج کردن سنگ معدن

استخراج آلومینیوم از سنگی به نام بوکسیت صورت می‌گیرد که زحمت بسیار زیادی داشته و فرایند استخراج از آن با آلودگی‌هایی همراه است؛ این سنگ از هوازدگی سنگ‌های دیگری مانند گرانیت و بازالت به‌وجود می‌آید که مقدار زیادی آلومینیوم دارند.  سنگ بوکسیت در آمریکای جنوبی، جنگل‌های آمازون، جنوب هند و... یافت می‌شود و از اجزای مختلفی مانند اکسید آلومینیوم، هیدروکسید آلومینیوم و بسیاری ناخالصی‌های دیگر تشکیل شده است.

فرایند پالایش

بعد از اینکه استخراج از سنگ بوکسیت انجام شد، آلومینا را به پالایشگاه منتقل می‌کند؛ آلومینا درواقع همان اکسید آلومینیوم است و تفاوت آن با آلومینا در میزان خالص‌تر بودن آن است. ازجمله ناخالصی‌های موجود در آن می‌توان به اکسید تیتانیوم، سیلیس و 3 تا 25 درصد آهن اشاره کرد.

فرایند خالص سازی

این مرحله با کمک سود سوزآور NaOH انجام می‌شود؛ یعنی پودر بوکسیت به‌دست‌آمده از مرحله قبل را به محلول سود سوزآور در دمای بالا اضافه می‌کنند و بعد از گذشت مدت‌زمان کوتاهی بین آن‌ها واکنشی صورت می‌گیرد. در این واکنش رخ‌داده مقداری از بوکسیت به آلومینیوم تبدیل شده و سپس دمای محلول به‌وسیله مخزن‌های بزرگ پایین آمده و آلومینیوم روی سطح باقی‌مانده و باقی مواد ته‌نشین می‌شوند؛ سپس ناخالصی‌ها را از مخزن خارج کرده و با یک واکنش معکوس یعنی فشار پایین به همراه دمای کم پودری مرطوب به اسم اکسید آلومینیوم را تشکیل می‌دهد. پودر حاصل شده را به کوره‌های بلند افقی می‌فرستند و هم‌زمان با شیب ملایم کوره و حرارت دادن پودر خالص و خشک اکسید آلومینیوم حاصل می‌شود که از آن به‌عنوان ماده اولیه برای ساخت فلز آلومینیوم استفاده می‌کنند.

اضافه‌کردن کریولیت

در این مرحله مقداری کریولیت را به پودر مرطوب اضافه می‌کنند تا نقطه ذوب آلومینا کمتر شود. در این مرحله از آلیاژهای زیادی جهت بهبود کیفیت آلومینیوم استفاده می‌کنند؛ استفاده از آلیاژهای باکیفیت نقش مؤثری در کیفیت بالای آلومینیوم تولید شده دارد.

تولید ثانویه آلومینیوم

فرایند استخراج آلومینیوم به انرژی و زحمت زیادی نیاز دارد، به همین خاطر کارخانجات آلومینیوم دارای ایستگاه‌های برق مخصوص در نزدیکی خود هستند. در روش ثانویه که روشی مقرون‌به‌صرفه است، برای تولید آلومینیوم از قطعات و ضایعات آلومینیوم و همچنین بازیافت‌کردن آن‌ها استفاده می‌شود و دیگر نیازی به سنگ بوکسیت و استخراج سخت آن ندارد. این روش نسبت به روش اول به انرژی کمتری نیاز داشته و تنها با 5 درصد انرژی روش اول توانسته طرف‌داران زیادی را به سمت خود جلب کند. ازجمله مراحل تولید در این روش آسان می‌توان به جمع‌آوری آلومینیوم، مرتب‌سازی، بازفرآوری، نورد کردن و تبدیل اشاره کرد.

آلومینیوم چه آلیاژهایی دارد؟

همان‌طور که گفتیم یکی از فراوان‌ترین فلزهای موجود در زندگی ما که نقش بسیار پررنگی هم در مصارف گوناگون دارد، فلز آلومینیوم و آلیاژهای آن هستند؛ این فلز به‌خاطر تنوع بالایی که در آلیاژهایش دارد، برای ما از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در ادامه درباره انواع آلیاژهای آلومینیوم برای شما صحبت خواهیم کرد:

آلیاژهای سری 1 xxx آلومینیوم (آلومینیوم خالص تجاری)

این دسته از آلیاژها بسیار خالص هستند و تقریباً 99 درصد آن‌ها را آلومینیوم تشکیل می‌دهد. ازجمله ویژگی‌های آن می‌توان به هادی الکتریسیته، منعکس‌کننده نور، شکل‌پذیری خوب و چکش‌خواری بالا اشاره کرد. کاربرد این نوع آلیاژها بیشتر در ساخت لوله‌های ظریف آلومینیومی یا قطعات الکتریکی مانند صفحه خازن‌ها به چشم می‌خورد.

آلیاژهای سری 2 xxx/ سری 6 xxx/ سری 7 xxx (قابل عملیات حرارتی)

آلیاژهای سری 2 از ترکیب آلومینیوم با مس به‌وجود آمده و با قابلیت حرارتی که دارد می‌توان در یک ترکیب شیمیایی ثابت رنج گسترده‌ای از خواص مکانیکی مورد نظر را طبق کاربرد مورد نیاز به‌دست آورد. آلیاژهای سری 6 جزو معروف‌ترین آلیاژهای آلومینیوم به‌حساب می‌آیند و از آنجایی که شکل‌پذیری و استحکام مناسبی دارند، برای تولید قطعات آلومینیومی به روش اکستروژن بسیار مناسب هستند. آلیاژهای سری 7 دارای دو گروه آلومینیوم – روی – منیزنیم و آلومینیوم – روی – منیزیم – مس هستند. ازجمله اصلی‌ترین کاربردهای این آلیاژها می‌توان به ساخت قطعات استراتژیک برای هواپیما، بالگرد و پهباد اشاره کرد.

آلیاژهای سری 3 xxx/ سری 4 xxx/ سری 5  xxx (غیر قابل عملیات حرارتی)

آلیاژهای سری 3 را به آلیاژهای آلومینیوم – منگنز نیز می‌شناسند که بیشتر برای کارهای عمومی کاربرد دارند؛ کارهایی که به استحکام متوسط و کارپذیری خوب نیاز دارند. آلیاژهای سری 4 از اضافه کردن مقداری سیلیسیم به آلومینیوم حاصل می‌شود و در بین دیگر انواع آلیاژهای آلومینیوم کمترین کاربرد را دارد. در ترکیبات آلیاژ سری 5 منیزیم و آلومینیوم وجود دارد؛ منیزیم در این ترکیب ازطریق تشکیل محلول جامد استحکام آلومینیوم را به‌طرز چشمگیری افزایش می‌دهد.

آلومینیوم چه کاربردهایی دارد؟

دامنه کاربرد آلومینیوم در زندگی امروزی ما بسیار وسیع است؛ در ادامه تمامی آن‌ها را به‌صورت موردی برای شما نام می‌بریم:

• در تولید لوازم‌خانگی نقش دارد.
•  به‌خاطر چگالی پایین از آن در حمل‌ونقل و ساخت هواپیما، کشتی، ماشین‌های سواری و باری، راه‌آهن و... استفاده می‌شود.
• به‌خاطر تراشه تراشه نشدن، جاذب نبودن و غیرسمی بودن از آن در بسته‌بندی قوطی و انواع فویل‌ها با ضخامت‌های متفاوت استفاده می‌شود.
• معروف‌ترین هادی آلومینیومی در خطوط انتقال برق ACSR است.
• به‌خاطر سبک بودن و ضدزنگ بودن از آن در ساختمان‌سازی و عوامل مهندسی و همچنین ساخت درب، پنجره‌ها، پوشش‌های دیواری و... استفاده می‌شود.
• در ماشین‌آلات اکسید آلومینیوم (آلومینا) کاربرد دارد.
• در سوخت موشک‌های با سوخت و دمازاها کاربرد دارد.
• در ساخت انواع عایق رطوبتی کاربرد دارد.
• در ساخت مصالح ساختمانی پیش‌ساخته مانند پنل ساندویچی، سوله و کانکس کاربرد دارد.
• در تصفیه و گالوانیزه کرد فولاد کاربرد دارد.

استفاده از آلومینیوم در صنعت خودرو چه مزایایی دارد؟

از آنجایی آلومینیوم وزن سبکی دارد، بنابراین این امکان را برای خودروسازان فراهم می‌کند تا پانل‌های بدنه خودرو را ضخیم‌تر کننده و وزن زیادی اضافه نشود؛ به‌این‌ترتیب مقاومت بدنه خودرو در برابر ضربات افزایش پیدا می‌کند. یک وسیله نقلیه با وزن کم شتاب بهتر، ترمزگیری بهتر، هندلینگ بهتر و همچنین تحمل وزن اضافی بیشتری را دارد. از دیگر مزایای استفاده از آلومینیوم در صنعت خودرو می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• خودروی ساخته شده از آلومینیوم ایمنی بیشتری داشته و در هنگام سقوط دو برابر بیشتر از وزن فولاد انرژی جذب می‌کند.
• استفاده از آلومینیوم در صنعت خودرو مزایای زیست‌محیطی به همراه دارد.
• با آلومینیوم در صنعت خودرو راندمان سوخت بهتر خواهد شد.
• ماندگاری و طول عمر خوب از دیگر مزایای آلومینیوم در ساختار خودرو است.
• در مقابل وزن کمی که دارد استحکام بالایی را فراهم می‌کند.
• در برابر عوامل خوردگی مقاومت بالایی را ارائه می‌دهد.
• آلومینیوم در صنعت خودروسازی میزان مقاومت در برابر دمای بالا و آتش‌سوزی را افزایش می‌دهد.