الألومنيوم هو المعدن الأكثر وفرة في العالم وهو ثالث أكثر العناصر شيوعًا حيث يشكل 8٪ من القشرة الأرضية. إن تعدد استخدامات الألومنيوم يجعله المعدن الأكثر استخدامًا بعد الفولاذ.

إنتاج الألمنيوم

الألومنيوم مشتق من معدن البوكسيت. يتم تحويل البوكسيت إلى أكسيد الألومنيوم (الألومينا) عبر عملية باير. يتم بعد ذلك تحويل الألومينا إلى معدن الألومنيوم باستخدام الخلايا الإلكتروليتية وعملية هول-هيرولت.

الطلب السنوي على الألمنيوم

يبلغ الطلب العالمي على الألمنيوم حوالي 29 مليون طن سنويًا. حوالي 22 مليون طن من الألومنيوم الجديد و7 ملايين طن من خردة الألومنيوم المعاد تدويرها. يعد استخدام الألومنيوم المعاد تدويره أمرًا مقنعًا اقتصاديًا وبيئيًا. يستغرق إنتاج طن واحد من الألومنيوم الجديد 14000 كيلووات في الساعة. وعلى العكس من ذلك، يستغرق الأمر 5% فقط من هذا المبلغ لإعادة صهر وإعادة تدوير طن واحد من الألومنيوم. لا يوجد فرق في الجودة بين سبائك الألومنيوم الخام والمعاد تدويرها.

تطبيقات الألومنيوم

نقيالألومنيومأنها لينة، ليونة، مقاومة للتآكل ولها الموصلية الكهربائية العالية. يتم استخدامه على نطاق واسع للرقائق والكابلات الموصلة، ولكن صناعة السبائك مع عناصر أخرى ضرورية لتوفير القوة الأعلى اللازمة للتطبيقات الأخرى. يعد الألومنيوم أحد أخف المعادن الهندسية، حيث يتمتع بنسبة قوة إلى وزن أعلى من الفولاذ.

من خلال الاستفادة من مجموعات مختلفة من خصائصه المفيدة مثل القوة، والخفة، ومقاومة التآكل، وقابلية إعادة التدوير والتشكيل، يتم استخدام الألومنيوم في عدد متزايد باستمرار من التطبيقات. تتراوح هذه المجموعة من المنتجات من المواد الهيكلية إلى رقائق التغليف الرقيقة.

تسميات السبائك

يتم سبائك الألومنيوم بشكل شائع مع النحاس والزنك والمغنيسيوم والسيليكون والمنغنيز والليثيوم. يتم أيضًا إجراء إضافات صغيرة من الكروم والتيتانيوم والزركونيوم والرصاص والبزموت والنيكل ويوجد الحديد دائمًا بكميات صغيرة.

يوجد أكثر من 300 سبيكة مشغولة، منها 50 شائعة الاستخدام. يتم تحديدها عادةً من خلال نظام مكون من أربعة أرقام نشأ في الولايات المتحدة الأمريكية وهو الآن مقبول عالميًا. يصف الجدول 1 نظام السبائك المطاوع. تحتوي السبائك المصبوبة على تسميات مماثلة وتستخدم نظامًا مكونًا من خمسة أرقام.

الجدول 1.تسميات لسبائك الألومنيوم المطاوع.

بالنسبة لسبائك الألومنيوم غير المصقولة المعينة 1XXX، فإن الرقمين الأخيرين يمثلان نقاء المعدن. وهي تعادل آخر رقمين بعد العلامة العشرية عندما يتم التعبير عن نقاء الألومنيوم إلى أقرب 0.01 بالمائة. يشير الرقم الثاني إلى التعديلات في حدود الشوائب. إذا كان الرقم الثاني هو صفر، فهذا يشير إلى الألومنيوم غير المخلوط الذي له حدود شوائب طبيعية ومن 1 إلى 9، يشير إلى شوائب فردية أو عناصر صناعة السبائك.

بالنسبة للمجموعات من 2XXX إلى 8XXX، يحدد الرقمان الأخيران سبائك الألومنيوم المختلفة في المجموعة. يشير الرقم الثاني إلى تعديلات السبائك. يشير الرقم الثاني من الصفر إلى السبيكة الأصلية والأعداد الصحيحة من 1 إلى 9 تشير إلى تعديلات متتالية على السبيكة.

الخصائص الفيزيائية للألمنيوم

كثافة الألومنيوم

تبلغ كثافة الألومنيوم حوالي ثلث كثافة الفولاذ أو النحاس، مما يجعله أحد أخف المعادن المتوفرة تجاريًا. إن نسبة القوة العالية إلى الوزن الناتجة تجعلها مادة هيكلية مهمة تسمح بزيادة الحمولات أو توفير الوقود لصناعات النقل على وجه الخصوص.

قوة الألومنيوم

الألومنيوم النقي ليس لديه قوة شد عالية. ومع ذلك، فإن إضافة عناصر صناعة السبائك مثل المنغنيز والسيليكون والنحاس والمغنيسيوم يمكن أن تزيد من خصائص قوة الألومنيوم وتنتج سبيكة ذات خصائص مصممة خصيصًا لتطبيقات معينة.

الألومنيوممناسب تمامًا للبيئات الباردة. ويتميز عن الفولاذ بأن قوة الشد تزداد مع انخفاض درجة الحرارة مع الحفاظ على صلابته. من ناحية أخرى، يصبح الفولاذ هشًا عند درجات الحرارة المنخفضة.

مقاومة التآكل للألمنيوم

عند تعرضه للهواء، تتشكل طبقة من أكسيد الألومنيوم بشكل فوري تقريبًا على سطح الألومنيوم. تتمتع هذه الطبقة بمقاومة ممتازة للتآكل. إنه مقاوم إلى حد ما لمعظم الأحماض ولكنه أقل مقاومة للقلويات.

الموصلية الحرارية للألمنيوم

الموصلية الحرارية للألمنيوم أكبر بحوالي ثلاث مرات من الفولاذ. وهذا يجعل الألومنيوم مادة مهمة لكل من تطبيقات التبريد والتدفئة مثل المبادلات الحرارية. إلى جانب كونه غير سام، فإن هذه الخاصية تعني أن الألومنيوم يستخدم على نطاق واسع في أواني الطبخ وأدوات المطبخ.

الموصلية الكهربائية للألمنيوم

إلى جانب النحاس، يتمتع الألومنيوم بموصلية كهربائية عالية بما يكفي لاستخدامه كموصل للكهرباء. على الرغم من أن موصلية السبيكة الموصلة شائعة الاستخدام (1350) تبلغ حوالي 62% فقط من النحاس الملدن، إلا أنها لا تمثل سوى ثلث الوزن، وبالتالي يمكنها توصيل ضعف الكهرباء بالمقارنة مع النحاس من نفس الوزن.

انعكاسية الألومنيوم

من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء، يعد الألومنيوم عاكسًا ممتازًا للطاقة الإشعاعية. إن انعكاس الضوء المرئي بحوالي 80% يعني أنه يستخدم على نطاق واسع في تركيبات الإضاءة. نفس خصائص الانعكاسية تجعلالألومنيوممثالية كمادة عازلة للحماية من أشعة الشمس في الصيف، بينما عازلة ضد فقدان الحرارة في الشتاء.

الجدول 2.خصائص الألومنيوم.

الخواص الميكانيكية للألمنيوم

يمكن أن يتشوه الألومنيوم بشدة دون فشل. وهذا يسمح بتشكيل الألومنيوم عن طريق الدرفلة والبثق والرسم والتصنيع والعمليات الميكانيكية الأخرى. ويمكن أيضًا أن يتم صبها بدرجة تحمل عالية.

يمكن استخدام صناعة السبائك والعمل البارد والمعالجة الحرارية لتخصيص خصائص الألومنيوم.

تبلغ قوة الشد للألمنيوم النقي حوالي 90 ميجا باسكال ولكن يمكن زيادتها إلى أكثر من 690 ميجا باسكال لبعض السبائك القابلة للمعالجة بالحرارة.

معايير الألومنيوم

تم استبدال معيار BS1470 القديم بتسعة معايير EN. وترد معايير EN في الجدول 4.

الجدول 4.معايير EN للألمنيوم

تختلف معايير EN عن المعيار القديم BS1470 في المجالات التالية:

• التركيبات الكيميائية – دون تغيير.
• نظام ترقيم السبائك – دون تغيير.
• إن تسميات المزاج للسبائك القابلة للمعالجة بالحرارة تغطي الآن نطاقًا أوسع من المزاجات الخاصة. تم تقديم ما يصل إلى أربعة أرقام بعد حرف T للتطبيقات غير القياسية (مثل T6151).
• تسميات المزاج للسبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة - لم تتغير المزاجات الحالية ولكن تم تعريف المزاجات الآن بشكل أكثر شمولاً من حيث كيفية إنشائها. أصبح المزاج الناعم (O) الآن هو H111 وتم تقديم المزاج المتوسط ​​H112. بالنسبة للسبائك 5251، تظهر درجات الحرارة الآن على أنها H32/H34/H36/H38 (أي ما يعادل H22/H24، إلخ). يتم الآن عرض H19/H22 وH24 بشكل منفصل.
• الخواص الميكانيكية – تظل مماثلة للأرقام السابقة. يجب الآن ذكر نسبة 0.2% من الإجهاد الإثباتي في شهادات الاختبار.
• وقد تم تشديد التسامح بدرجات مختلفة.
  

  المعالجة الحرارية للألمنيوم

  يمكن تطبيق مجموعة من المعالجات الحرارية على سبائك الألومنيوم:

  • التجانس – إزالة العزل بالتسخين بعد الصب.
  • التلدين - يستخدم بعد العمل على البارد لتليين السبائك المقوية للعمل (1XXX، 3XXX، و5XXX).
  • هطول الأمطار أو تصلب العمر (سبائك 2XXX، 6XXX و 7XXX).
  • المعالجة الحرارية للمحلول قبل شيخوخة السبائك المتصلبة بالترسيب.
  • موقد لعلاج الطلاء
  • بعد المعالجة الحرارية تتم إضافة لاحقة إلى أرقام التعيين.
  • اللاحقة F تعني "كما هو ملفق".
  • O يعني "المنتجات المطاوع الملدنة".
  • T يعني أنه تم "المعالجة بالحرارة".
  • W يعني أن المادة تمت معالجتها بالحرارة.
  • يشير H إلى السبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة والتي يتم "معالجتها على البارد" أو "تصلبها بالإجهاد".
  • السبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة هي تلك الموجودة في المجموعات 3XXX و4XXX و5XXX.