آلومینیوم فلزی است سفید متمایل به آبی (نقره ای) است. اگرچه فراوان ترین فلز در پوسته زمین است (حدود 8 درصد) اما به صورت خالص وجود ندارد و از اجزای سنگ های معدنی به دست میآید. موارد استفاده آلومینیوم در حمل ونقل، بسته بندی، ساخت و ساز، برق و… می باشد.
آلومینیوم چیست؟
ترکیب منحصر به فرد و خواص عالی آلومینیم باعث شده است این فلز یکی از مهمترین مواد مهندسی و ساخت مصالح به شمار آید. جرم سبک ،استحکام به وزن بالا و مقاومت بالا در مقابل خوردگی و زنگ زدگی آلومینیم را تبدیل به یک فلز عالی نموده است. آلومینیم قابل بازیافت است و با محیط زیست سازگار است.
آلومینیم با دوام است و سالها بدون پوسیدگی کار می کند. چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش آلومینیم کاربردی ترین فلز بعد از آهن به شمار می آید و تقریبا در تمامی بخش های صنعت دارای اهمیت می باشد. چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش، آلومینیوم کاربردی‌ترین فلز بعد از آهن است و تقریبأ در تمامی بخش‌های صنعت دارای اهمیت می‌باشد. آلومینیوم خالص، نرم و ضعیف است، اما می‌تواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس، منیزیوم، منگنز،سیلیکون و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگی‌های مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکتها را می‌سازند.وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند، پوششی تشکیل می‌دهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس می‌کند.
این پوششها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود می‌آورند که همانند پوششهای نقره خاصیت خود را از دست نمی‌دهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینه‌های تلسکوپ‌های نجومی است.
آلومینیوم خالص فاقد استحکام و بسیار انعطاف پذیر است. اما آلیاژ این عنصر با عناصر مس، منیزیم، سیلیسیوم و منگنز کاربرد زیادی در صنایع مختلف دارد.
مشخصات فنی آلومینیوم
- نام : آلومینیوم یا آلومینیم |Aluminum
- نشان شیمیایی : Al
- شکل ظاهری: یک فلز نرم، نقره‌ای
- عدد اتمی : 13
- جرم اتمی : 26/9815 گرم
- جرم حجمی در 20 درجه سانتیگراد 2.70 گرم بر سانتیمتر مکعب
- نقطه ذوب : 933 درجه کلوین
- نقطه جوش: 2792 درجه کلوین
- دمای پلاسما: 7850 درجه کلوین
- استحکام کششی: 9 کیلوگرم بر میلیمتر مربع
- تنش تسلیم : 3 کیلوگرم بر میلیمتر مربع
- افزایش طول تا پارگی 45 درصد
- سختی : 16 برینل
- مدول کشسانی : 62/053 گیگا پاسکال در دمای صفر درجه سانتیگراد
- نسبت پوآسون : 0.35
خواص اصلی آلومینیوم
جرم حجمی کوچک و مقاومت به خوردگی جوی خوب آلومینیوم خالص تجارتی (یعنی آلومینیومی که 0.5 درصد ناخالصی دارد) سبب می شود تا آلومینیوم خالص تجارتی در صنعت درب و پنجره سازی کاربرد زیادی پیدا نماید. کاربرد آلومینیوم به وسیله خواص فیزیکی به ویژه هدایت الکتریکی و حرارتی و همچنین مقاومت خوردگی خوب، توجیه می شود. زیرا چکشخواری و سیالیت آلومینیوم و آلیاژهای آن بسیار خوب است.
تعدادی از قطعات جدتر نازک آلومینیومی به روش ریخته گری تحت فشار (دایکست)، تولید میشوند. به علاوه این فلز برای تغییر شکل سرد، بسیار مناسب است.
پیکاتک | تامین کننده ابزاردقیق بازار ایران | جهت مشاوره و خرید تلفنی با شماره : 87700142-021 ( 30 خط ویژه ) تماس بگیرید
قابلیت هدایت الکتریکی
مقاومت الکتریکی آلومینیوم به طور قابل ملاحظه ای بالاتر از مقاومت الکتریکی مس است اما با در نظر گرفتن جرم حجمی کم آن در مقابل مس، مقاومت یک سیم آلومینیومی که جرم آن یک گرم و طول آن یک متر باشد نصف مثاومت الکتریکی سیم مشابه مسی است.
به این علت است که آلومینیوم بیش از پیش به عنوان هادی الکتریسیته به کار میرود به ویژه برای خطوط فشار قوی که در این کاربرد، ضعف مقاومت مکانیکی توسط یک محور فولادی برطرف می گردد. قابلیت هدایت الکتریکی آلومینیوم مانند حالت مس خالص با تغییر شکل سرد، کمی کاهش و با حضور ناخالصی ها شدیدا کاهش می یابد.
قابلیت هدایت حرارتی
هدایت حرارتی زیاد در آلومینیوم و سبکی آن سبب می شود تا کاربردهای بسیاری پیدا نماید. دیگ و ظروف مشابه و ماهیتابه برای مصارف خانگی، مبدل های حرارتی، دستگاه های خنک کننده، سمبه ها و بستار برای موتورهای درون سوز سبک از آن جمله اند. متاسفانه ضریب انبساط زیاد آلومینیوم (در 20 درجه سانتیگراد ضریب خطی انبساط حرارتی آلومینیوم 23.8×10-6 بر درجه سانتیگراد است) و نقطه ذوب کم آلومینیوم، کاربرد آنرا به عنوان هادی حرارت محدود می کند. در اغلب اوقات درجه حرارت مورد استفاده از 200 درجه سانتیگراد تجاوز نمیکند.
مقاومت خوردگی
اگرچه آلومینیوم شدیدا اکسیده می شود ولی در برابر خوردگی جوی بسیار مقاوم است. زیرا توسط یک قشر نازک، متراکم و چسبنده به نام اکسید آلومینیوم، محافظت شده و آنرا در برابر نفوذ اکسیژن محافظت می کند. مقاومت خوردگی آلومینیوم با اضافه شدن عناصر آلیاژی کاهش می یابد. تا آنجا که بعضی از آلیاژهای آلومینیوم باید از طریق پوشش ورقه نازکی از آلومینیوم خالص تجارتی به روش نورد محافظت گردند. نام دیگر این محصولات Alclad است. در مجموعه های فلزی باید از تماس آلومینیوم با فلزات نجیب تر از آن جلوگیری کرد.
به عنوان مثال آلومینیوم با مس و آهن تولید کوپل گالوانیزه می نماید که قشر آلومینیوم محافظ را خراب کرده پ به این ترتیب موجب خوردگگی شدید آن می گردد. اما استفاده از آلومینیوم به عنوان روکش برای آهن، مقاومت به خوردگی آهن را زیاد می کند. با کمک پودر آلومینا به همراه فلاکس کلرید آمونیوم در دمای 900 درجه سانتیگراد در محیط هیدروژن (فرآیند کالرایزینگ) روکش پوشانده می شود.
ویژگی های آلومینیوم
- سبکی وزن
- وزن مخصوص کم
- غیر مغناطیسی بودن
- مقاومت در برابر خوردگی
- آلومینیوم خالص فاقد استحکام و بسیار انعطاف پذیر است
- نسبت بالای استحکام به وزن: تلفیقی از استحکام بالا و سبکی وزن، فقط در چند ماده در طبیعت وجود دارد. استحکام بالای برخی از آلیاژ های آلومینیوم قابل مقایسه با استحکام فولاد ها است.
- قابلیت شکل پذیری : آلومینیوم را می توان با روش های مختلف شکل دادن فلزات، تغییر فرم داد
- آلومینیوم همچنین قابلیت اتصال به روش های جوشکاری ، لحیم کاری، چسب کاری و پرچ کاری دارد.
- خاصیت ارتجاعی: برخی از آلیاژ های آلومینیومی چنانچه در یک محدوده خاص تحت تاثیر نیرو یا ضربه قرار گیرند، پس از برداشتن نیرو می توانند دوباره حالت اولیه خود را به دست آورند.
- هدایت حرارتی بالا : آلومینیوم بعد از نقره ، مس و طلا هادی ترین فلز است، به خاطر همین خاصیت در ساخت ظروف آشپزخانه، مبدل های حرارتی آبی و روغنی است.
- غیر سمی بودن: آلیاژهای جامد آلومینیوم که دارای لایه اکسیدی سطحی هستند غیر سمی اند
- هدایت الکتریکی: در یک حجم مساوی، آلومینیوم مانند مس حدود ۶۲ درصد الکتریسته را از خود عبور می دهد.بعد از نقره مس و طلا بالاترین هدایت الکتریکی را دارا می باشد.
- قابلیت بازتاب نور، آلومینیوم قابلیت بازتاب بیش از ۸۰ درصد اشعه نور مریی و اشعه های نامریی که طول موج مریی در دو انتهای طیف نور را دارد.
- عدم جرقه زایی، با اینکه آلومینیوم قابلیت هدایت الکتریکی بسیار بالایی دارد ، ولی جرقه تولید نمی کند.
کاربردهای آلومینیوم چیست
همه ویژگی های ذکر شده ، آلومینیوم را به یک گزینه مناسب جهت کاربرد در شرایط خاص تبدیل نموده است.
قوطی ها وبسته بندیها
- استفاده از آلومینیوم در بدنه و سر و ته قوطی های کنسرو، و بسته بندی لوازم آرایشی مهمترین استعمال آلومینیوم در این بخش از صنعت است که۹۰درصد آن را تشکیل می دهد.
صنایع حمل و نقل
- مقاومت بالا به نسبت وزن کم آلومینیوم سبب می شود که از آن در ساخت قسمت های چرخشی قطارها استفاده شود که به قطار اجازه می دهد تا سوخت و بار بیشتری را حمل نماید
- ریل هایی از جنس آلومینیوم می توانند در انواع سیستم ریل مغناطیسی گسترش یابند.
- ساخت واگن های حمل بار و مسافر، لکوموتیوها و مترو اشاره کرد.
- آلومینیم یک عامل اساسی برای کاهش وزن است .این کاهش وزن باعث افزایش بهره وری و مصرف کمتر سوخت در خودرو شده است
متالوژی
- آلومینیوم به همراه درصد کمی سیلیس، روی منگنز، منیزیم، مس و یا لیتیوم، آلیاژهای مقاومی در برابر فرسودگی، و زنگ زدن را تشکیل می دهد که برای بسته بندی، ظروف، کالاهای الکتریکی، مصالح ساختمانی، هوا فضا و اتومبیل سازی به کار می رود.
صنعت ساختمان
- مهمترین فاکتورهادر این قسمت عبارتند از ، وزن کم، شکل پذیری بالا، مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی، هزینه کم برای نگهداری، عمرطولانی و عدم نیاز به رنگ کردن است.
- وزن کم آلومینیوم باعث می شود که هزینه احداث بنا پایین آمده، زمان ساخت نیز کاهش یابد.
- چین و آمریکا بزرگترین مصرف کننده گان آلومینیوم در ساختمان سازی هستند.
صنایع برق
- از دهه ۱۹۲۰ تاکنون آلومینیوم برای قسمت بالای دکل های انتقال برق فشار قوی به کار می رود.
- استحکام بالا به نسبت وزن کم، باعث می شود که بتوان با آن دکل های بلند و مستحکمی ساخت که باعث کاهش قیمت در سیستم انتقال نیرو می شود.
ماشین ها و تجهیزات
- این بخش شامل صنایع کشاورزی، ساختمان سازی و تجهیزات کارخانه هاست.
- این موارد شامل لوله های آبیاری، نردبان ها، داربست ها، وسایل اتصاالت و سخت افزارهای دیگر است
کاربردهای دیگر
- کولرها، یخچال ها و فریزرها و ماشین لباسشویی، بخش عمدهای از کل تقاضای آلومینیوم را تشکیل می دهند.
- تصفیه وگالوانیزه کردن فولاد
- آلومینیوم برای تهیه انواع عایق و به عنوان یک رسانای خوب گرمایی، در تهیه وسایل آشپزخانه به کار می رود.
- آلومینیوم بعد از مس، دومین عنصر رسانای جریان الکتریکی است و به علت ایجاد خطوط بسیار قوی الکتریکی، از آن برای تهیه سیم های انتقال ولتاژ بالای جریان استفاده می شود.
- بوکسیت ها در تهیه سیمان و ماده ثابت رنگ کاری به کار می روند
- از پودر اکسید آلومینیوم به صورت کانی بوکسیت، برای تهیه سولفات آلومینیوم و آلومینات سدیم در تصفیه آب استفاده می شود
- از سولفات آلومین نیز در صنایع کاغذسازی و پارچه بافی استفاده می شود.
- آلیاژهای آلومینیوم به سبب مقاومت بالا در برابر کشش به نسبت وزن کم آن، استفاده زیادی در ساخت هواپیماهای تجاری و نظامی دارند.
- آلومینیوم اغلب در برابر زنگ زدن مقاوم است و میتوان از آن در مصارف طولانی مدت استفاده نمود.
- اگرچه رسانایی الکتریکی این عنصر 60درصد مس است اما در صنایع انتقال خطوط الکتریکی به علت سبکی وزن کاربرد دارد.
استخراج آلومینیوم
آلومینیوم به صورت تجاری از طریق پروسه Hall-Heroult تهیه می شود. ابتدا با کمک فرآیندهای شیمیایی،آلومین (اکسید آلومینیوم) از بوکسیت استخراج میگردد. سپس محصول در یک الکترولیت مذاب حل شده و با عبور جریان برق، آلومینیوم خالص بر روی کاتد رسوب می نماید.
سنگ کریولیت یا فلورید سدیم و آلومینیوم طبیعی در گرینلند یافت می شود که کاربرد زیادی ندارد اما در عوض به جای کریولیت، مخلوط مصنوعی را از سدیم و آلومینیوم و فلورید کلسیم درست می کنند که در تجارت کاربرددارد. آلومینیوم همچنین در گرانیت و خیلی از کانی های دیگر پیدا می شود. اکسید آلومینیوم در یاقوت سرخ و یاقوت کبود و کراندوم و سنگ سمباده یاقت می شود که این اکسید برای ساخت شیشه استفاده می شود. یاقوت سرخ و کبود مصنوعی برای اشعه لیزر نور همدوس کاربرد دارد.
تاثیر عناصر آلیاژی بر آلومینیوم
با افزایش عناصر آلیاژی خواص مکانیکی آلومینیوم مانند استحکام تسلیم، استحکام کششی و سختی به طور قابل ملاحظه ای بهبود می یابد. باید توجه نمودکه بهبود فوق به صورت غیر قابل اجتناب به ضرر خواص دیگر مانند مقاومت خوردگی و هدایت الکتریکی است. عناصر آلیاژی عبارتند از مس، منیزیوم، سیلیسیوم، منگنز، نیکل، آهن،کروم و روی. تمامی این عناصر استحکام کششی و سختی را زیاد می کنند و هدایت حرارتی و الکتریکی را کاهش می دهند . در ادامه چند آلیاژ معروف آلومینیوم شامل دورآلومین، آلپاکس و آلوماگ شرح داده می شود.
اثرات آلومینیوم بر سلامتی
زمانیکه غلظت آلومینیوم در محیط افزایش می یابد، اثرات شدیدی بر سلامت انسان میگذارد. آلومینیوم محلول در آب خطرناک است، به ذراتی از آلومینیوم که در آب حل شده اند، ذرات یونی گفته می شود به عنوان مثال، کلرید آلومینیوم. راه های دیگری که سبب افزایش مقدار آلومینیوم در بدن می شود تنفس کردن و تماس پوستی آلومینیوم است. تماس طولانی مدت با آلومینیوم به سیستم عصبی مرکزی آسیب می رساند، سبب جنون می شود، فرد حافظه خود را از دست می دهد، باعث بی حالی شده و سبب لرز شدید و تشنج می گردد. تنفس آلومینیوم یا پودر اکسید آلومینیوم نیز بیماری زا می باشد.
همچنین آلومینیوم در گیاهان و جانورانی که از آن گیاهان تغذیه میکنند انباشته می شود. اثر تنفس آلومینیوم بر جانوران مشکلات تنفسی، کمبود وزن و کاهش فعالیت می باشد. یون های آلومینیوم با فسفات واکنش می دهد. واکنش یون ها با فسفات باعث کمبود فسفات در ارگانیسم های آبی می شود. آبهای زیرزمینی که دارای مقدار زیادی آلومینیوم هستند به ریشه درختان آسیب می رساند.
نتیجه‌گیری
در این آموزش درباره ” آلومینیوم چیست ” بحث شد و مشخصات فنی و خواص آن مورد بررسی قرار گرفت.
لینک های مرتبط :
