شنبه , ۱۳ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
20150103124351cb-Aluminum-Ingot

الومینیم، کاربردهای الومینیم والیاژهای الومینیم

الومینیم.کاربردهای الومینیم والیاژهای الومینیم

ارسالی از : محمدباقردرودی

 

تاریخچه کشف آلومینیوم

فردریک وهلر” بطور کلی به آلومینیوم خالص اعتقاد داشت .(لاتین :alum alumen). اما این فلز دو سال پیشتر بوسیله “هانس کریستین ارستد” شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. در روم و یونان باستان این فلز را بعنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز بعنوان بند آورنده خون در زخمها بکار می‌بردند و هنوز هم بعنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده است. در سال ۱۷۶۱ ، “گویتون دموروو” پیشنهاد کرد تا alum را آلومین (alumin) بنامند.

پیدایش و منابع

اگر چه Al ، یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(۱۸%) ، این عنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر از طلا به حساب می‌آمد. بنابراین ، بعنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از ۱۰۰ سال است که مورد استفاده است. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود، مشکل‌ترین فلز از نظر تهیه به شمار می‌آمد.
آلومینیوم برای مدتی از طلا با ارزش‌تر بود، اما بعد از ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال ۱۸۸۹ ، قیمت آن رو به کاهش گذاشت و سقوط کرد. تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمی از صنعت آلومینیوم شد. بازیافت آلومینیوم موضوع تازه ای نیست، بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه ۶۰ این یک کار کم منفعتی بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافـت این فلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارتند از: اتومبیلها ، پنجره ها ، درها ، لوازم منزل ، کانتینرها و سایر محصولات … .

image001

 

معرفی

آلومینیوم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت Al و عدد اتمی ۱۳ می‌باشد. آلومینیوم که عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیداسیون دارد، همچنین وزن و قدرت آن ، قابل توجه است. آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف بکار می‌رود و در جهان اقتصاد ، عنصر بسیار مهمی است.

اجزای سازه‌هایی که از آلومینیوم ساخته می‌شوند، در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند. همچنین در سازه‌هایی که در آنها وزن پایداری و مقاومت لازم هستند، وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد.

ویژگی‌های قابل توجه

آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای – خاکستری مات و لایه نازک اکسیداسیون که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد یا مس است.ِ چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است.

استخراج آلومینیوم

آلومینیوم یک فلز واکنشگر است و نمی‌تواند از سنگ معدن خود بوکسیت (Al2O ) بوسیله کاهش با کربن جدا شود. در عوض روش جداسازی این فلز از طریق الکترولیز است. (این فلز در محلول اکسیده شده ، سپس بصورت فلز خالص جدا می‌شود.) لذا جهت این کار ، سنگ معدن باید درون یک مایع قرار بگیرد. اما بوکسیت دارای نقطه ذوب بالایی است (۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) که تامین این مقدار انرﮊی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

برای سالهای زیادی بوکسیت را در فلورید سدیم و آلومینیوم مذاب قرار می‌دادند و نقطه ذوب آن تا ۹۰۰درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یافت. اما امروزه مخلوط مصنوعی ازآلومینیوم ، سدیم و فلوئورید کلسیم ، جایگزین فلورید سدیم و آلومینیوم شده است. این فرایند هنوز مستلزم انرژی بسیار زیاد است و کارخانجات آلومینیوم دارای ایستگاههای برق مخصوص خود در اطراف این کارخانه‌ها هستند.
الکترودهایی که در الکترولیز بوکسیت بکار می‌روند، هر دو کربن هستند. وقتی سنگ معدن در حالت مذاب است، یونهای آن آزادانه حرکت می‌کنند. واکنش در کاتد منفی اینگونه است:

Al3+ + 3e —-> Al
در اینجا یون آلومینیوم در حالت کاهش است(الکترونها اضافه می‌شوند). سپس فلز آلومینیوم به سمت پایین فرو می‌رود و خارج می‌شود.
آند مثبت ، اکسیژن بوکسیت را اکسیده می‌کند که بعد از آن با الکترود کربنی واکنش کرده تا تولید دی‌اکسید کربن نماید.
این کاتد باید عوض شود، چون اغلب تبدیل به دی‌اکسید کربن می‌شود. بر خلاف هزینه الکترولیز ، آلومینیوم فلزی ، ارزان با کاربرد وسیع است. امروزه آلومینیوم را می‌توان از خاکه معدنی (clay) استخراج کرد، اما این فرایند ، اقتصادی نیست.

ایزوتوپها

آلومینیوم ، دارای ۹ ایزوتوپ است که عمده‌ترین آنها بین ۲۳ تا ۳۰ مرتب شده‌اند. تنها Al-27 ( ایزوتوپ پایدار ) و AL-26 (ایزوتوپ رادیو اکتیو) بطور طبیعی وجود دارند. AL-26 از پراشیدن ذرات اتم آرگون در اتمسفر که در نتیجه پروتونهای اشعه کیهانی رخ می‌دهد، تولید می‌شود. ایزوتوپهای آلومینیوم ، کاربردهای عملی در تعیین قدمت رسوبات دریایی ، خاستگاه منگنز ، یخهای دوران یخبندان ، کوارتز در صخره‌ها و شهاب سنگها دارد.
AL-26 اولین بار در مطالعات ماه و شهاب‌سنگها بکار رفت. اجزاء شهاب‌سنگها بعد از جدا شدن از پیکره مادر در مدت سفر خود در فضا در معرض شدید بمباران اشعه کیهانی هستند که باعث تولید آلومینیوم ۲۷ پایدار می‌شود. بعد از سقوط روی زمین ، حفاظ اتمسفر مانع از تولید AL-26 بیشتر از قطعات شهاب‌سنگها می‌شود و واپاشی آن در تعیین عمر زمینی آنها موثر است. تحقیقات روی شهاب‌سنگها ثابت کرده است که AL-26 در زمان شکل‌گیری سیاره ما نسبتا به مقدار فراوان وجود داشته است. احتمالا انرژی آزاد شده در نتیجه واپاشی AL-26 ، ذوب شدن مجدد و جدایی سیارکها بعد از شکل گیری آنها را ۲-۴ میلیارد سال پیش در پی داشته است.

الیاژهای الومینیوم

عناصر آلیاژی

اگرچه بسیاری از فلزات با آلومینیوم تشکیل آلیاژ می‌دهند ولی تعداد کمی از آنها در آلومینیوم حلالیت قابل توجهی دارند که به عنوان افزودنی آلیاژی اصلی بکارروند. در بین عناصر آلیاژی معمول تنها روی، منیزیوم، مس و سیلسیوم حلالیت بالایی دارند.

خواص

آلیاژهای کارشده

  • مقاومت به خوردگی: بسیاری از آلیاژهای آلومینیوم به علت تشکیل طبیعی لایه‌ی اکسیدی چسبنده به سطح مقاومت به خوردگی اتمسفری و شیمیایی بالایی دارند. این مشخصه در آلیاژهای سری ۱xxx، ۳xxx، ۵xxx و ۶xxx بارزتر است.
  • رسانایی حرارتی: آلومینیوم و آلیاژهای آن رسانایی حرارتی بالایی دارند و با اینکه نسبت به فولاد در دمای پایین‌تری ذوب می‌شوند، اما در صورت مجاورت با آتش دمای آنها کندتر افزایش می‌یابد.
  • رسانایی الکتریکی: آلومینیوم و برخی از آلیاژهای آن رسانایی الکتریکی بسیار بالایی داشته و از این لحاظ در میان فلزات رسانای تجاری پس از مس در رده‌ی دوم قرار می‌گیرند.
  • نسبت استحکام/وزن: آلومینیوم با چگالی کم خود برای ساخت آلیاژهای مهندسی مناسب است. گر چه استحکام آلیاژهای پایه آلومینیوم به اندازه استحکام قابل حصول در فولادها نیست ولی نسبت استحکام به وزن این آلیاژها بالا بوده و به این دلیل آلیاژهای تجاری آلومینیوم تعداد زیادی دارند. استحکام اغلب این آلیاژ را می‌توان از طریق رسوب‌سختی و یا کار گرم افزایش داد.
  • چقرمگی شکست: بسیاری از آلیاژهای آلومینیوم چقرم بوده و در کاربردهایی که مقاومت به شکست ترد و رشد ترک موردنیاز باشد بکار گرفته می‌شوند.
  • کارپذیری: آلومینیوم و آلیاژهای آن را می‌توان در بسیاری از روش‌های فلزکاری که نیاز به کارپذیری دارند (مانند اکستروژن) بکار گرفت
  • سهولت اتصال: آلومینیوم و آلیاژهای آن را می‌توان با طیف گسترده‌ای از روش‌های تجاری معمول از قبیل جوشکاری، لحیم‌کاری، پیچ‌کاری، پرچ‌کاری و حتی میخ‌زنی به یکدیگر اتصال داد.
  • قابلیت بازیافت: بازیافت آلومینیوم و آلیاژهای آن در میان مواد سازه‌ای بسیار ساده است و می‌توان پس از بازیافت آنها را مستقیماً به صورت محصولات کیفیت بالا بکار برد.

آلیاژهای ریخته‌گی

بطور کلی خواص آلیاژهای کارشده در آلیاژهای ریخته‌گی نیز وجود دارد ولی در انتخاب آلیاژهای ریخته‌گی خواص زیر اهمیت دارند:

  • سهولت ریخته‌گری: این خصوصیت در سری سیلسیم بالای ۳x بارز است. میزان بالای سیلسیم باعث جریان‌پذیری خوب و پرشدن قالب می‌شود.
  • استحکام: آلیاژهای سری ۲x استحکام بسیار بالایی دارند ولی ریخته‌گری آنها سخت‌تر بوده و قابلیت پرداخت خوبی ندارند.
  • پرداخت کار: سری ۵x و ۷xx.x به علت قابلیت پرداخت خوب مورد توجه‌اند اما ریخته‌گری آنها از گروه ۳xx.x سخت‌تر است.

نامگذاری

آلیاژهای آلومینیوم ریختگی و کارشده توسط شماره‌های معینی مشخص می‌گردند. این شماره‌ها نشان می‌دهند که در فرآیند ساخت چه عناصری به آلیاژهای فوق اضافه‌شده و گروه ویژه‌ای از این فلزات را ساخته‌اند.

ANSI و AA

در سیستم نام‌گذاری ANSI و (AA (Aluminum Association برای آلیاژهای کارشده از یک مکانیزم شماره‌دهی چهاررقمی و برای آلیاژهای ریختگی از سیستم شماره‌دهی سه‌رقمی استفاده می‌شود که اولین عدد، معرف گروه‌بندی فلز و مهم‌ترین عنصر آلیاژی اضافه‌شده به آلیاژ است.

 

آلیاژهای ریخته‌گی

آلیاژهای کارشده[
سری ترکیب
۱XXX آلومینیوم تقریباً خالص
۲XXX آلیاژ آلومینیوم و مس
۳XXX آلومینیوم منگنزدار
۴XXX آلومینیوم سیلیسیم‌دار
۵XXX آلیاژ آلومینیم و منیزیم
۶XXX آلیاژهایی با ترکیب منیزیم، سیلیسیم و آلومینیوم
۷XXX آلیاژهایی با ترکیب روی و آلومینیوم و منیزیم
۸XXX آلیاژ آلومینیوم با عناصر کمتر متعارف همچون لیتیم

 

 

سری ترکیب
۱xx.x آلومینیوم تقریباً خالص
۲xx.x آلیاژ آلومینیوم و مس
۳xx.x آلومینیوم داری مس، سیلسیم و اندکی منیزیم
۴xx.x آلومینیوم سیلیسیم‌دار
۵xx.x آلیاژ آلومینیم و منیزیم
۶xx.x آلیاژهایی با ترکیب منیزیم، سیلیسیم و آلومینیوم
۷xx.x آلیاژهایی با ترکیب روی و آلومینیوم و منیزیم
۸xx.x آلیاژ آلومینیوم با عناصر کمتر متعارف همچون قلع و لیتیم

 

پسوندها نام گذاری

علاوه بر شماره گذاری آلیاژها، برای مشخص کردن یک الیاژ نوع فرایند عملیات حرارتی یا فرایند ساخت آلیاژنیز مبنای شماره گذاری است. برای این نامگذاری از حروف انگلیسی در انتهای نام آلیاژ استفاده می شود، مثلا AA 2024-T4.این نام گذاری تحت استاندارد ملی آمریکا با شماره ANSI H35.1 و با عنوان سیستم تعریف شده تمپر نامیده می شود و برای تمامی روشهای تولید کاربرد دارد. بسته به نوع فرآیند تولید یکی از حروف F برای بدون تغییر و حالت از تولید، O برای آنیل، H برای سخت کردن کرنشی، W برای عملیات حرارتی محلول سازی و T برای عملیات حرارتی دیگر از جمله رسوب سختی برای نامیدن آلیاژها بکار می رود.
بصورت کامل تر :

  • F برای حالت بدون تغییر و از تولید
  • O برای حالت آنیل شده
  • H برای حالت کرنش سخت شده (کار سرد شده):

برای عدد اول در رده HXX

H1 کرنش سخت شده بدون عملیات حرارتی

H2 کرنش سخت شده و جزیی آنیل شده

H3 کرنش سخت شده و پایداره شده از طریق عملیات حرارتی دمای پایین

عدد دوم در رده HXX ( در صورت وجود) بیانگر مقدار سختی به دست آمده نسبت به حالت سختی حداکثر در آن عملیات سخت کاری است.

HX2 بیانگر سختی به میزان ۱/۴ سختی حداکثر است.

HX4 بیانگر سختی به میزان ۱/۲ سختی حداکثر است.

HX6 بیانگر سختی به میزان ۳/۴ سختی حداکثر است.

HX8 بیانگر سختی به میزان حداکثر است.

HX9 بیانگر سختی بیشتر از سختی حداکثر است.

  • T برای حالتی است که آلیاژها تحت عملیات حرارتی قرار گرفته باشند.این حالت بیانگر تمپر هایی است که پایدار هستند ( البته به غیر از حالات Fو O یا H)، بر خلاف حالت نام گذاری W.

T1 سرد شده از یک فرایتد شکل دهی، با درجه حرارت بالا و پیر شده به صورت طبیعی

T2 سرد شده از یک فرایتد شکل دهی، با درجه حرارت بالا، کار سرد شده و پیر شده به صورت طبیعی

T3 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده، کار سرد شده و پیر شده به صورت طبیعی

T4 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده و پیر شده به صورت طبیعی

T5 سرد شده از یک فرایتد شکل دهی با دمای بالا و پیر شده به صورت مصنوعی

T6 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده و پیر شده به صورت مصنوعی

T7 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده و پایدار شده

T8 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده، کار سرد و پیر شده به صورت مصنوعی

T9 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده، پیر شده به صورت مصنوعی و سپس کار سرد شده

T10 سرد شده از یک فرایتد شکل دهی با درجه حرارت بالا، کار سرد شده و پیر شده به صورت مصنوعی

در بعضی موارد پسوندهای رده T دارای اعدادی بیش از یک رقم هستند مانند AA 224-T351 یا AA 6061-T651 که در این صورت باید موارد زیر را در نظر داشت

TX51 بیانگر تنش زدایی بوسیله کشش بعد از عملیات حرارتی عدد اول(عدد x)است.

TX52 بیانگر تنش زدایی بوسیله تنش فشاری بعد از عملیات حرارتی عدد اول(عدد x)است.

TX54 بیانگر تنش زدایی بوسیله ترکیبیاز کشش و فشاربعد از عملیات حرارتی عدد اول(عدد x)است.

TX6 بیانگر کار سرد به وسیله نورد تا کاهش ۶ درصد از سطح مقطع، بعد از محلول سازی و سرد کردن است.

 

UNS

در سیستم نامگذاری UNS یا سیستم یکپارچه نام گذاری، آلیاژها با یک عدد پنچ رقمی مشخص می گردد. برای تمامی آلیاژهای آلومینیوم اولین رقم ۹ است و چهار رقم بعدی مانند سیستم نام گذاری AA است. مثلا UNS 92XXX به آلیاژی از آلومینیوم و مس اشاره دارد.

کاربرد الومینیوم در صنعت هوافضا

دیر زمانی است که از آلیاژهای آلومینیوم در ساخت اجسام پرنده استفاده می شود، اما همچنان فضا برای توسعه و تولید انواع محصولات سبک تر و مقاوم تر در برابر خوردگی با به کارگیری فنون جدید فراوری وجود دارد. براساس اظهارات شرکت آلکن گلوبال فرانسه، آلیاژهای آلومینیومی منطبق با اقتصاد هوا و فضا طی ۱۰ سال اخیر، بیش از سه دهه گذشته توسعه یافته است. تلاش های اخیر آلکن به منظور تولید آلیاژهای آلومینیومی کم دانسیته برای مقاصد دفاعی و هواپیماهای تجاری به تولید موادی انجامیده است که مقاومت بیشتر در مقابل خوردگی و خواص مکانیکی بهتری دارند. مرکز تحقیق و توسعه آلکن در فرانسه، برنامه توسعه ای برای آلیاژهای آلومینیوم، مس، لیتیوم و نقره به اجرا درآورده است که قصد دارد ضمن فراهم کردن امکان دستیابی بهتر، اثرات نامطلوب ناشی از هزینه بر بودن تولید آنها را کاهش دهد

image002

آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای – خاکستری مات و لایه نازک اکسیداسیون که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد یا مس است.ِ چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است

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 .

برای ساختمان اسکلت بال و بدنه هواپیما که از تیرک های بسیار قوی و محکم و بزرگ و کوچک تشکیل گردیده از مقاوم ترین و سبک ترین و پرقدرت ترین فلزات استفاده شده است.
فلزاتی چون تیتانیوم و آلومینیوم و منیزیم و تنگستن و در بعضی قسمت ها هم از آلیاژهای ترکیبی و مصنوعی کمک گرفته شده است.

پوسته بدنه هواپیما ممکن است از آلیاژهای گوناگون آلومینیومی ساخته شود که متداولترین آنها نوع ۲۱۱۷ میباشد و قابلیت استفاده در هر نوع ساختمان و روشی را دارد. اما در برخی از هواپیماها نمونه های نوع ۲۰۲۴ و ۷۰۷۵ استفاده میشود که قابلیت عملیات حرارتی را داشته و مقاومترین آلیاژ آلومینیوم به حساب می آیند.

کمپانی ها مختلف مانند: Boeing و Douglas از نمونه تقویت شده ۷۰۷۵ برای ساختمان تولیدات سنگین خود استفاده میکنند که از استحکام بسیار بالایی برخوردار هستند و اصطلاحا”” Anti Fatigue Life(خستگی ناپذیر) میباشند.

عرضه آلیاژهای جدید آلومینیوم-لیتیومی به بازار، صنعت هوا-فضا را متحول ساخته است. نسل سوم آلیاژهای آلومینیوم-لیتیومی عرضه‌شده توسط شرکت آلکوا به‌همراه تکنولوژی پیشرفته در این شرکت، ساخت بدنه‌های منحصربه‌فرد برای صنعت هواپیما‌سازی را ممکن کرده که این هواپیماها سبک‌تر و با صرف هزینه کمتر به مرحله تولید می‌رسند.

image003

طی چند سال اخیر، توجهات ویژه‌ای به استفاده از آلومینیوم در بدنه هواپیماها شده است، به‌عنوان مثال در برخی از هواپیماها نظیر بوئینگ ۷۸۷ و ایرباس ۳۵۰A برنامه‌ریزی برای استفاده بیش از پیش فیبرهای کربنی در بدنه هواپیما وجود داشته است. برتری آلومینیوم به فیبرهای کربنی از دهه گذشته تاکنون به‌طور جدی مطرح بوده است. امروزه شرکت‌های مختلف ازجمله آلکوا موفق به تولید آلیاژهای آلومینیوم-لیتیومی جدیدی شده‌اند که نسبت به کامپوزیت‌های کربنی، ۱۰ درصد وزن کمتری دارند و لذا می‌توان بدنه هواپیما را سبک‌تر ساخت. هزینه تولید این آلیاژها نیز ۳۰ درصد کمتر از کامپوزیت‌های کربنی است و به‌همراه آن سلامتی و آرامش سرنشینان تأمین می‌گردد.

سخنگوی کانستلیوم (Constellium) اظهار داشته که نسل جدید آلیاژهای آلومینیوم-لیتیومی ساخت این شرکت، وزن هواپیما را ۲۵ درصد کاهش می‌دهد. این آلیاژها دارای چگالی کمتر،‌ چقرمگی بالا و مقاومت دربرابر تخریب بیشتری نسبت به مواد به‌کار رفته قبلی در صنعت هوا-فضاست.

نخستین نسل آلیاژهای آلومینیوم-لیتیومی در صنایع هوا-فضا و صنایع دفاع به‌کار رفته‌اند. این آلیاژها اولین‌بار در ایرباس ۳۸۰A مورد استفاده قرار گرفتند. پس از آن بوئینگ ۷۸۷ مورد تحول قرار گرفت و از این آلیاژ در تولید محصولات خود بهره برد.

به‌گفته یکی از کارشناسان ساخت هواپیما، استفاده از آلیاژهای آلومینیوم-لیتیومی در هواپیماسازی نسبت به مصرف کامپوزیت‌ها، مصرف سوخت را ۲۷-۲۲ درصد و وزن هواپیما را ۱۰-۶ درصد کاهش می‌دهد. درعین‌حال مقاومت به خوردگی و ساختار بدنه هواپیما ۱۰۰ درصد بهبود می‌یابد.

به‌نظر می‌رسد با ورود نسل جدید آلیاژهای آلومینیوم-لیتیومی به بازار آینده مثبتی در انتظار صنایع هواپیماسازی باشد.

 

کشورهای دارای تکنولوژی تولید این آلیاژها (برای بدنه ی هواپیماها) عبارتند از آلمان،فرانسه،روسیه و آمریکا.

جالب توجه آنکه آلیاژی که آمریکا برای هواپیماهای جاسوسی استفاده کرده قابلیت تحمل حرارت تا دمای خورشید را داراست.

 

کاربرد الومینیوم

نرخ استفاده از آلومینیوم فراتر از تمامی فلزات به جز آهن می باشد. در واقع فلز آلومینیوم در تمامی بخش های اقتصاد جهانی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. آلومینیوم بر اثر تبخیر در خلاء، پوششی ایجاد می کند که نور مرئی و گرمای شعاعی را منعکس می کند. در گذشته آلونیت برای تهیه سولفات آلومین و سولفات پتاسیم استفاده می شده است ولیکن امروزه از آلونیت در تهیه آلومینیوم و نیز سولفات پتاسیم و اسید سولفوریک استفاده می شود.
افزایش سریع تولید آلومینیوم به سبب افزایش سریع در مصرف آن، توسعه و کاهش هزینه های معدنکاری بوکسیت، حمل و نقل و … بوده است. نزدیک به ۹۲% فلز آلومینیوم از بوکسیت پرعیار بدست آمده و بقیه از بوکسیت های کم عیار (نزدیک به ۵%) و مواد خام غیر بوکسیت (نفلین، آلونیت، آنورتوزیت و … ) تهیه می شود. افزون بر این تولید اولیه فلز آلومینیوم (آلومینا) برای تولید نمکهای فلوریت – آلومینیوم و فلوریت – کریولیت استفاده می شود. تولید سرامیک های الکتریکی، نسوزها و مواد ساینده (حاوی Al2O3) نیز افزایش یافته و مصرف فلز آلومینیوم در صنایع شیمیایی نیز توسعه یافته است. بوکسیت کانه غالب منشأ تجاری آلومینا، (Al2O3) برای تولید فلز ۸۵% بازار، نسوزها ۵%، ساینده ۴%، سیمان ۳%، مواد شیمیایی و استیل ۲% و جوشکاری است.

متالورژی:
میزان اکسید آلومینیوم (۵۵-۵۰) درصد – میزان اکسید سیلیسیم (۵-۰) درصد – میزان اکسید آهن (۳۰-۵) درصد.
آلومینیوم به همراه درصد کمی سیلیس، روی منگنز، منیزیم، مس و یا لیتیوم آلیاژهای مقاوم در برابر فرسودگی، زنگ‌ زدن و سخت را تشکیل می‌دهد که برای بسته‌بندی، ظروف، کالاهای الکتریکی، مصالح ساختمانی، هوا فضا و اتومبیل سازی بکار می‌رود. آلیاژهای سری ۵۰۰۰ (دریایی)، سری ۷۰۰۰ هوافضا و ۳۰۰۴ ورقه بدنه. مقدار کمی آلومینیوم نیز در آلیاژهای دیگر بکار می‌رود. آلومینیوم خالص نرم و ضعیف است اما می تواند با مقادیر کمی مس، منیزیم، منگنز، سیلیس و عناصر دیگر تشکیل آلیاژ را بدهد و این آلیاژها می توانند در صنایع حمل و نقل به عنوان اجزاء سازنده هواپیما، اتومبیل، کامیون، کشتی و … استفاده گردند. آلومینیوم به عنوان یک فلز سبک در صنعت ساختمانی (ساخت انواع درب، پنجره و… ) بکار می رود.

مواد ساینده:
اکسید Al (آلومینا) به صورت کروندوم به عنوان ساینده کاربرد دارد. میزان اکسید آلومینیوم (۵۵) درصد – میزان اکسید سیلسیم حداکثر (۵) درصد – میزان اکسید آهن حداکثر ۶ درصد- میزان اکسید تیتان حداقل (۵/۲ درصد).

شیمیایی:
میزان اکسید آلومینیوم حداقل (۵۸ – ۵۵) درصد – میزان اکسید سیلسیم حداکثر (۱۲- ۵) درصد – میزان اکسید آهن حداکثر (۲) درصد. آلومینیوم برای تهیه انواع عایق و 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 (ولت ۷۰۰۰۰۰ <) استفاده می شود. بوکسیت ها در تهیه سیمان و ماده ثابت رنگ کاری به کار می روند و همچنین از پودر اکسید آلومینیوم به صورت کانی بوکسیت برای تهیه سولفات آلومینیوم و آلومینات سدیم در تصفیه آب استفاده می شود. از سولفات آلومین در صنایع کاغذسازی و پارچه بافی استفاده می شود.

جواهر سازی:
اکسید Al (آلومینا) بصورت یاقوت و سافیر در جواهر سازی به عنوان سنگ های قیمتی و زینتی استفاده می شود.

مواد نسوز:
میزان اکسید آلومینیوم حداقل (۶۱-۵۹) درصد – میزان اکسید سیلسیم حداکثر (۵/۵ – ۱) درصد – میزان اکسید آهن حداکثر (۲) درصد – میزان اکسید تیتان حداکثر ۵/۲ درصد (جدول ۳-۳).
بوکسیت ها به عنوان دیرگداز کاربرد دارند و بوکسیت خام ۵ تا ۳۰% رطوبت دارد که بعد از خشک کردن به ۱% می‌رسد. مشخصات شیمیایی بسته به کاربردهای نهایی متغیر است.

image004

جدول ۳-۳- مشخصات شیمیایی کاربردهای مختلف بوکسیت

پزشکی و داروسازی:
یونانی ها و رومی های قدیم عنصر آلومینیوم را به عنوان بند آورنده خون (منقبض کننده) در هنگام خونریزی استفاده می کردند که هنوز هم برخی از Alum (زاج سفید) به عنوان بند آورنده خون استفاده می کنند. درباره خواص دارویی یاقوت، در کتاب الجماهیر ابوریحان بیرونی آورده شده است که یاقوت نشاط را بیفزاید ویاقوت سفید را ضد بیماری های وبا و طاعون می دانسته اند. از پودر اکسید آلومینیوم مصنوعی و پودر پومیس برای برداشتن پوست های سخت استفاده می شود. به علاوه از این مواد برای تمیز کردن دندان به عنوان پودرهای دندانی نیز استفاده می شود.
برمید آلومینیوم: بعنوان کاتالیزور.
فورم استات آلومینیوم: پارچه‌های مقاوم ضدآب.
ایزپروپیلات آلومینیوم: آب گیر، پارچه‌ ضدآب، کاتالیزور.
نیترات آلومینیوم: به‌عنوان کاتالیزور در تصفیه نفت، فیلانن، تثبیت کننده چاپ.
آلومینای تکلیس‌شده: مقاوم دربرابر خوردگی، هدایت گرمایی بالا و عایق الکتریکی برای تمیز کردن وسایل چوبی و فلزی و کامپیوتر، عدسی، کاتالیزور و … .
آلومینای ورقه‌ای شکل (Tabular Alumina): چگالی بالا، درجه خلوص، دمای ذوب بالا، تخلخل کم، مقاومت الکتریکی زیاد، مقاوم دربرابر شک حرارتی، سایش و مواد شیمیایی، مستورهای غیر پایه مانند آجر، سیمان و … .
تری هیدرات آلومینیوم: ماده‌ای سفید، سبک، دانه‌ریز و ورقه‌ای به عنوان رنگدانه پرکننده در چسب، وسایل آرایشی، کاغذ، لاستیک و بتونه‌کاری، ماده خام برای کاتالیزور، سرامیک، شیشه، زیوست سنتزشده، پودر ساینده ملایم (دندان پزشکی) و … .
کلرید آلومینیوم بدون آب: کاتالیزور در شیمی آلی.
بوکسیت تکلیس‌شده با درجه بندی سایندگی: آلومینای بالا حداقل ۸۲%، سیلیس کم کمتر از ۶%، آهن نسبتاً کم، حداقل ۲ وحداکثر ۴% TiO2، مواد قلیایی حداکثر (۱/۰% CaO (5-3% Fe2O3، کاهش در اثر سوختن کمتر از ۱%، محصولات تکلیس شده باید کمترین مقدار ذرات ریز و رطوبت آزاد پایین را داشته باشند ولی می‌توانند مقدار کمی آهن نسبت به نسوزها بیشتر داشته باشند (در واقع آهن برای ایجاد سرباره اضافه می‌شود).
آلومینای گداخته قهوه‌ای معمولی: متوسط ۹۶% Al2O3 و ۷/۲% Tio2، حالت نیمه سوخته ۹۸% Al2O3 و ۴/۱% Tio2 دارد.
پودر اکسید آلومینیوم: ۲۳/۹۵% Al2O3، ۴۴/۱% SiO2، ۶۴/۲% Tio2، ۲۲/۰% Fe2O3، ۰۷/۰% Na2O، ۲۶/۰% MgO، ۰۲/۰% Cr2O3، ۱۲-۰% CaO.
بوکسیت با درجه‌بندی سیمان: نسبتاً آلومینای بالا (یا بوهمیت و دیاسپور)، سیلیس کم (۶-۴%)، آلکالی و کلرید کم، نسبت سیلیکات/آلومین ۱۹: ۱، آهن بستگی به درجه دارد، ۱۸-۱۰% Fe2O3 برای اغلب موارد، ولی ۳-۵/۲% برای انواع کم آهن نسبت آلومینا به تیتان حداقل ۱۶: ۱٫
بوکسیت با درجه‌بندی شیمیایی: Al2O3> 58%، نسبت Fe2O3 به Al2O3 100: 1 ایده‌آل است و به صورت تجربی برای تصفیه آب آشامیدنی، نسبت مناسب ۲۳: ۱> بدون هیچ ماده سمی، برای آب و فاضلاب ۴: ۱، برای تهیه سولفات آلومینیوم، گروه کاری آب آمریکا (AWWA) وجود درصد بیشتری آهن را مجاز دانسته است (با شرط اینکه درصد آهن تصفیه شده افزایش نیابد) به علاوه ۱۰% سیلیس، گیبسیت از جهت اینکه در آب بیشتر محلول است ارجحیت دارد.
بوکسیت با درجه‌بندی متالورژی: نسبت SiO2 : Al2O3 بالا، گیبسیت یا بوهمیت.
بوکسیت Proppant: آلومینا بالا، سیلیس و رس کم، درصد آهن حساس نیست.
بوکسیت تکلیس‌شده با درجه‌بندی نسوز: آلکالی کم، حداقل وزن مخصوص ۱/۳، در برزیل و گویان گیبسیت، در چین دیاسپور.
بوکسیت با درجه‌بندی فلاکس فولاد: حداقل Al2O3 55%، حداکثر SiO2 7%، S وP2O5 کم، رطوبت آزاد و رطوبت در شبکه بلوری پایین.
جایگزین‌ها:
ساینده:
کروندم، سنباده، الماس، دیاتومیت، فلدسپار، گارنت، اکسید آهن (منیتیت)، نفلین سینیت، الیوین، پرلیت، پومیس، ماسه سیلیس، استارولیت، تری‌پلی و کلریدسیلیسیم، ایلمنیت.
منابع Al2O3:
رس، آلونیت، آنورتوزیت، شیل نفتی (در حال حاضر همگی غیر تجاری هستند).
پرکننده(تری‌هیدرات آلومینیوم):
باریت، کربنات کلسیم، دیاتومیت، فلدسپار، کائولن، میکا، نفلین سینیت، پرلیت، تالک، سیلیس میکروکریستالین، سیلیس خاکی و سنتزشده، ولاستونیت.
تأخیر انداز آتش:
اکسید آنتیموان، آزبست، بورات، برم، کوولیت، دیاتومیت، منیزیت و منیزیا، پرلیت، فسفات، پومیس، ورمیکولیت.
مواد اصطکاک‌زا:
آزبست، باریت، رس (آتاپولیت، کائولن، اسپیولیت)، گارنت، گرافیت، ژیپس، میکا، پومیس، پیروفیلیت، سیلیس، اسلیت، ورمیکولیت، ولاستونیت، زیرکن.
فیلتر:
بریلیوم، منیزیم، فولاد، تیتانیوم، شیشه و کاغذ (در ظروف).
Proppants:
گارنت، ماسه سیلیسی، کائولن.
نسوز:
آندالوزیت، کرومیت، کیانیت، دولومیت، گرافیت، منیزیت، الیوین، پیروفیلیت، رس‌های نسوز، سیلیس، سیلیمانیت، زیرکن.
بازیافت:
بیش از ۶۰% فلز آلومینیوم بازیافت می‌شود و قراضه آلومینیوم در بازار جهانی تجارت می‌شود. قراضه‌های آلومینیوم به طورگسترده به ذوب‌کنندگان آلومینیوم ثانویه فروخته می‌شود، این روش از یک طرف به حفظ و سلامت محیط زیست کمک می‌کند و هم از نظر تجاری مقرون به صرفه است، چراکه در هزینه ذوب و تولید آلومینیوم از نظر مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌شود. پوشش‌های نسوز کوره‌های بلند آهن، فولاد و شیشه چندین مرتبه بازیافت می‌شود، با این وجود، موادی که مصرف شده، برای استفاد مجدد جداسازی و تصفیه آنها مشکل است و برخی خواص فیزیکی و شیمیایی آنها تغییر می‌یابد، بنابراین از مواد بازیافتی برای تولیدات با درجه پایین‌تر استفاده می‌شود.
میانگین مصرف جهانی آلومینیوم از ۲/۱۲ میلیون تن در سال ۱۹۹۷ به ۶/۱۲میلیون تن در سال ۱۹۹۹ و با متوسط نرخ ۵/۲ % به ۴/۱۲ میلیون تن در سال ۲۰۰۱ رسیده است.
میانگین مصرف جهانی بوکسیت در این دوره ۱۲۶ میلیون تن بوده است. مصرف جهانی بوکسیت با متوسط نرخ رشد ۶/۳ درصد افزایش یافته و از ۵/۱۲۴ میلیون تن در سال ۱۹۹۷به ۱۴۲ میلیون تن در سال ۲۰۰۱ رسیده است (جدول ۳-۴). از آنجایی که بیش از ۹۰ درصد از کل بوکسیت دنیا جهت ساخت آلومینا استفاده می‌شود، مصرف این ماده معدنی به طور گسترده‌ای وابسته به تولید آلومینا و در نتیجه آلومینیوم است. مقدار کمی از بوکسیت نیز در صنایع متالورژیکی (مواد نسوز، ساینده‌ها و…) استفاده می‌شود.

image005

جدول ۳-۴- مصرف جهانی بوکسیت در سالهای ۲۰۰۱-۱۹۹۷ (میلیون تن)

image006

استفاده از آلومینیوم در صنعت حمل و نقل
آلومینیوم استفاده های گوناگونی در صنعت دارد؛ از دوچرخه و هواپیما تا فضاپیماهای ناسا. در این میان ماشین های جاده ای (کامیون، تریلر و …) و پس از آن ماشین های سواری، بیشترین میزان استفاده از آلومینیوم را دارند. آلومینیوم بیشتر در ساخت هواپیما، راه‌آهن (قطار)، کشتی ها و قایق های کوچک کاربرد دارد.
تقاضای آلومینیوم در دهه ۱۹۹۰ در صنایع امریکا رشد چشمگیری در حدود ۱۰% در سال داشته است، به گونه ای که از ۵/۱ میلیون تن در سال ۱۹۹۰ به ۳ میلیون تن در سال ۱۹۹۷ افزایش یافته است. بیشترین و سریع ترین رشد در بخش مصرف آلومینیوم در صنایع حمل و نقل مربوط به ماشین های سواری است که تقریباً در این مدت استفاده از آلومینیوم ۲ برابر شده است و به ۸/۱ میلیون تن رسیده است که مؤید رشد سالانه ۱۳% است.
استفاده از آلومینیوم در وسایل نقلیه موتوری
الف- اتومبیل ها
از دهه ۷۰ به بعد توجه زیادی به بهبود وضع سوخت، کاهش وزن ماشین ها، کاهش مواد خروجی زاید از ماشین و افزایش امنیت مسافر صورت گرفت. این امر موجب ازدیاد استفاده از موادی مانند آلومینیوم، فولادهای مقاوم، منیزیم و پلاستیک های مستحکم شد. آژانش حفاظت از محیط زیست آمریکا (EPA) میزان استانداردی برای مصرف سوخت در ماشین های سواری به تصویب رسانده است. این میزان در سال ۱۹۸۵، mpg5/27 بوده که بر اساس یک برنامه منظم در سال ۲۰۰۰ به ۳۰ تا ۳۵ mpgرسیده است. وزن کلی ماشین در سال ۳۰۳۹،۱۹۸۵ پوند بوده که در سال ۲۰۰۰ به ۲۸۸۸ پوند و در بهترین حالت به ۲۷۴۳ پوند رسیده است. این کاهش وزن باعث افزایش بهره وری و مصرف کمتر سوخت در ماشین شده است. هدف از وضع استاندارد در مورد افزایش ایمنی و کاهش و قطع ورود مواد زاید به طبیعت، توجه دادن صنایع به قبول جایگزین های دیگری برای مواد کنونی، از جمله آلومینیوم است. در گذشته از آلومینیوم در قسمت های قالبی ماشین همچون چرخ ها و قطعات موتور استفاده می شد. امروزه گرچه همین استفاده همچنان مهمترین مورد مصرف آلومینیوم است، ولی در سال های اخیر رشد قابل توجهی در استفاده آلومینیوم در طراحی و تولید بدنه اتومبیل، صورت گرفته است.
این مصارف جدید شامل استفاده در بدنه زیرین، بدنه بالایی (اتاقک)، باربند سقفی، تنظیم کننده های صندلی، لوله های تبادل گرمایی، بدنه صندلی و سپر می شود. استفاده های عام از آلومینیوم شامل این موارد است: چرخ ها، بدنه محافظ، تبادل کننده های گرمایی، پیستون، رادیاتور، عایق بندی، کمربند و تودوزی، سپر، سیلندر، قطعات موتور، قطعات بدنه، محور فرمان، مخزن روغن و بنزین.

ب – ماشین ‌های بازرگانی
در این بخش نیز همانند بخش اتومبیل‌های شخصی، رشد خوبی در میزان مصرف آلومینیوم مشاهده می شود که ناشی از بالا رفتن تولید این ماشین‌ها و همچنین بالاتر رفتن درصد استفاده از آلومینیوم در ساخت این وسایل نقلیه است.
استفاده از آلومینیوم در صنایع دریایی
آلومینیوم موارد استفاده‌های زیاد و متنوعی در صنایع کشتی سازی دارد. آلومینیوم در کشتی‌های بزرگ و با سرعت زیاد و همچنین در کشتی‌های کوچک و تشریفاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. علت استفاده آلومینیوم در این صنایع وزن سبک، مقاومت بالا و ایستادگی آن در برابر خوردگی است. بازار استفاده از آلومینیوم به خصوص در قایق های سریع السیر بیشتر است. شباهت زیادی در استفاده از آلومینیوم در این بخش و بخش هوایی وجود دارد که آن هم به علت خصوصیات آلومینیوم است. در صنایع فضایی نیز استفاده از آلومینیوم برای قسمت بدنه کشتی استفاده می شود. مهمترین و بزرگترین پتانسیل برای استفاده از آلومینیوم در این صنعت، کشتی‌های مخصوص حمل مسافر و بار است که می خواهند از سرعت زیادی نیز برخوردار باشند.
استفاده از آلومینیوم در صنایع حمل و نقل ریلی
مقاومت بالا به نسبت وزن کم آلومینیوم سبب می شود که از آن در ساخت قسمت‌های چرخشی قطارهای استفاده شود که به قطار اجازه می دهد تا سوخت و بار بیشتری را حمل نماید. آلومینیوم اغلب در برابر زنگ زدن مقاوم است که باعث می شود بتوان از آن در مصارف طولانی مدت استفاده نمود. آلومینیوم در این صنعت مصارف متنوع و گوناگونی دارد که می توان به ساخت واگن‌های حمل بار و مسافر، لکوموتیوها و مترو اشاره کرد. ریل‌هایی از جنس آلومینیوم می توانند در انواع سیستم ریل مغناطیسی گسترش یابند. در ترن‌های سریع السیر نیز که برای حمل مسافر از آنها استفاده می شود از آلومینیوم استفاده می کنند. آینده آلومینیوم در بازار تولیدات صنایع ریلی، امیدوار کننده است. بهترین استفاده از آلومینیوم در این صنعت استفاده از آن در ساخت جداره واگن‌‌های قطار است.
استفاده از آلومینیوم در سایر وسایل حمل و نقل
یک استفاده آزمایشی از آلومینیوم در صنایع حمل و نقل که در دهه ۱۹۸۰ به بازار آمد، باتری‌های آلومینیوم هواست که برای انرژی الکتریکی ماشین‌ها به کار می روند. این باتری دارای آندی از آلومینیوم و کاتدی از هواست. در این باتری‌ها از آلومینیوم دارای خلوص بسیار بالا (۹۹/۹۹%) استفاده می شود. ماشین‌هایی که از این باتری استفاده می کنند، می توانند تا ۴۰۰ کیلومتر، بدون شارژ حرکت نمایند و تا ۲۰۰۰ کیلومتر احتیاج به تعویض قطعه و یا الکترولیت ندارند.

 

استفاده از آلومینیوم در قوطی ها وبسته بندی ها
آلومینیوم در موارد مختلفی در استعمالات بسته بندی مورد استفاده قرار می گیرد که عبارتند ‌از بدنه قوطی‌های کنسرو- سر و ته قوطی های کنسرو- حلقه و تسمه- فویل- بسته‌بندی‌های قابل انعطاف و بسته بندی های نیمه مستحکم غذا. استفاده از آلومینیوم در بدنه و سر و ته قوطی‌های کنسرو مهمترین استعمال آلومینیوم در این بخش از صنعت است که۹۰% آن را تشکیل می دهد. صنایع بسته‌بندی، دومین صنعت بزرگ استفاده از آلومینیوم بعد از صنعت حمل و نقل هستند ولی مقادیر بسیار متفاوتی از آلومینیوم در این صنعت در کشورهای جهان مصرف می شود.
صنعت ساختمان سازی
ساختمان سازی بازار مهمی برای آلومینیوم است که در آن آلومینیوم و آلیاژهای آن مورد استفاده قرار می گیرند. مهمترین فاکتورهایی که باعث می شوند از آلومینیوم در این قسمت استفاده شود، وزن کم، شکل پذیری بالا، مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی، هزینه کم برای نگهداری، عمرطولانی و عدم‌نیاز به رنگ‌کردن است. وزن کم آلومینیوم باعث می‌شود که هزینه احداث بنا پایین آمده، زمان ساخت نیز کاهش یابد. آمریکا بزرگترین مصرف کننده آلومینیوم در ساختمان‌سازی است که تقاضای آن ۳/۱ میلیون تن در سال ۱۹۹۶ بوده است. دیگر کشور بزرگ مصرف کننده آلومینیوم ژاپن است که یک میلیون تن مصرف داشته است. درها و پنجره‌های آلومینیومی نیز موارد استفاده فراوانی دارند.
استفاده از آلومینیوم در صنایع برق
آلومینیوم با خلوص ۷/۹۹% دارای خصوصیات الکتریکی مس استاندارد با خلوص ۵/۶۳% است. میزان ناخالصی های اندکی مانند کروم، منگنز، تیتانیم و وانادیم در کاهش خاصیت هدایت الکتریکی آلومینیوم بسیار موثر است. تیتانیم و وانادیم که بیشترین نقش در این زمینه دارند را می توان با اضافه کردن ترکیبات پتاسیم از ماده مذاب آلومینیوم جدا کرد. منیزیم و سیلیس برای افزایش خواص فیزیکی آلومینیوم به آن اضافه می شوند تا آلیاژی مقاوم از آلومینیوم بسازند، اما آلیاژ حاصل خاصیت هدایت الکتریکی ضعیفتری نسبت به آلومینیوم خواهد شد. آلومینیوم ۶۰% هدایت الکتریکی مس را دارد ولی چگالی آن بسیار کمتر از مس است (۶/۲ در برابر۹). وزن رساناهای ساخته شده از آلومینیوم کمتر از نصف وزن رساناهای مسی است.
از دهه ۱۹۲۰ تاکنون آلومینیوم برای قسمت بالای دکل های انتقال برق فشار قوی به کار می‌رود. استحکام بالا به نسبت وزن کم، باعث می شود که بتوان با‌ان دکل های بلند و مستحکمی ساخت. که باعث کاهش قیمت در سیستم انتقال نیرو می شود. آلومینیوم اغلب در برابر خوردگی مقاوم است. البته اندازه بزرگ وسایل ساخته شده از آلومینیوم یک ضعف است. رساناهای تولیدی از آلومینیوم، ۲۸% از انواع مسی آن بزرگترند.
فرآورده های صنعت برق، بازار بسیار با اهمیتی برای آلومینیوم هستند. مقادیر متفاوتی از محصولات آلومینیوم در صنایع برق به مصرف می رسد، ولی مهمترین آنها استفاده از آلومینیوم در صنایع کابل های عایق دار (۲۸% از موارد حمل و نقل شده) و به صورت ورقه ای (۲۰%) است.
مصارف وسایل با دوام
کولرها، یخچال‌ها و فریزرها بخش های عمده ای هستند که ۳۴% از کل تقاضای آلومینیوم در این بخش را تشکیل می دهند. استفاده از آلومینیوم در این سه صنعت در ۱۵ سال اخیر ۲ برابر شده است. البته استفاده از آلومینیوم در وسایل پخت وپز مثل اجاق گاز، رو به کاهش نهاده است، زیرا می تواند باعث بیماری آلزایمر شود. از آلومینیوم در تولید ماشین لباسشویی نیز استفاده می شود.
یکی از کاربردهای اولیه آلومینیوم در ساخت لوازم آشپزخانه، به خصوص قابلمه ها و مواردی از این دست بوده است. این فلز از آن جهت در این صنعت مورد استفاده قرار می گیرد که قابلیت انتقال گرمای بالایی دارد، وزن سبکی دارد و در مقابل خوردگی مقاوم است. البته برای کارایی بهتر ظروف آلومینیومی لایه ای از پلیمر به نام تفلون روی آن کشیده می شود که آن را در برابر خراش نیز مقاوم می کند. آلومینیوم در بسیاری از لوازم خانگی مانند اجاق‌گاز، فریزر، یخچال، جارو برقی، ماشین لباسشویی، ماشین ظرفشویی و … به کار می رود. آمار نشان می دهد که تولید این وسایل و استفاده از آلومینیوم در آنها در کشورهای در حال توسعه بسیار سریع تر از کشورهای پیشرفته خواهد بود.
ماشین ها و تجهیزات
آلومینیوم و آلیاژهای آن در ساخت وسایل مهندسی مختلفی به کار می روندو. این بخش شامل صنایع کشاورزی، ساختمان سازی و تجهیزات کارخانه هاست. این موارد شامل لوله های آبیاری، نردبان ها، داربست ها، وسایل اتصالات و سخت افزارهای دیگر است.
متالورژی
آلومینیوم در پروسه های تولید استیل، به عنوان آلیاژ در تولیدات فولاد، در روش های احیایی و در پوشش ها مانند گالوانیزه کردن استیل کاربرد دارد.
الف- تصفیه کردن فولاد
آلومینیوم در پروسه های مدرن تولید فولاد و برای پالایش فولاد به کار می رود. مواد دیگری مانند سولفورها، اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن ممکن است که از آلیاژها حذف شوند. آلومینیوم به فولاد مذاب اضافه می شود تا فرآیندها بهتر انجام شوند.
ب- آلیاژهای فولادی
آلومینیوم به فولاد اضافه می شود تا خصوصیات مکانیکی (فیزیکی) فولاد را بهبود بخشد. آلومینیوم به فولادهای دارای کربن کم اضافه می شود تا با کاهش میزان نیتروژن، میزان کشش آن را افزایش دهد. نیترید آلومینیوم، نیتروژن را از مجموعه حذف می کند. بعضی دیگر از آلیاژها از افزوده شدن نیوبیم، تیتانیم و وانادیم به دست می آیند. فولادهای ضدزنگ مقادیری آلومینیوم دارند که البته ممکن است تیتانیم نیز به آن افزوده شده باشد.
پ- گالوانیزه کردن
یکی از مصارف مهم آلومینیوم، استفاده از آن به عنوان محافظ ورقه های فولاد برای جلوگیری از زنگ‌زدگی است. این ترکیب پوشاننده فولاد شامل ۵۵% آلومینیوم، ۵/۴۳% روی و ۵/۱% سیلیسیم است.
استفاده اصلی از آهن گالوانیزه و ترکیبات مشابه آن در صنایع اتومبیل سازی است که معمولاً برای خطوط انتقال سوخت، خطوط خنک کننده روغن و خطوط هدایت نیرو به کار می‌رود. در اتومبیل های جدیدی که در آمریکا ساخته می شوند، ۳۰ متر از لوله های گالوانیزه به کار می رود. این لوله ها در مقابل زنگ زدگی بسیار مقاوم هستند. در قسمت‌هایی از موتور هم از آلیاژهای آلومینیوم استفاده می شود، زیرا وزن را کاهش می دهد (فولاد گالوانیزه).

باتری ها
آلومینیوم در موارد متعددی برای تولید و ذخیره سازی انرژی الکتریکی مورد آزمایش قرار گرفته است. استفاده از باتری های آلومینیوم هوا بخصوص در ماشین هایی که با انرژی الکتریسیته فعالیت می کنند، گسترش یافته است. البته این میزان در ماشین های دیگری که انرژی کمتری مصرف می کنند نیز گسترش یافته است. از سال ۱۹۸۸ تلاشی آغاز شده تا باتری های آلومینیوم هوا در مراکز سوییچ مخابراتی، جایگزین باتری های سرب اسید شوند. باتری های این مراکز باید دارای شرایط ویژه ای باشند که سعی شده در محصولات تولید لحاظ شود. این باتری ها بعنوان ذخیره باتری های سرب- اسید فعالیت می کنند و یا باتریی های که در صورت نقص در باتری‌های سرب-‌ اسید از آنها جهت امور مخابراتی استفاده می‌شود

نیمه رساناها
آلومینیوم یکی از موادی است که پتانسیل لازم برای تولید رساناهای با قدرت بالا را داراست. رساناهای با قدرت بالا، مواد یا آلیاژهایی هستند که مقاومتی در برابر جریان برق ندارند وآن را بدون اتلاف انرژی و به سرعت منتقل می نمایند. بیشتر رساناهای با قدرت بالایی که تاکنون گسترش یافته اند فقط در دمای بسیار پایین، فعالیت می کنند.
سایر مصارف
استفاده دیگر آلومینیوم در مهمات سازی است که البته اندک است. از آلومینیوم در تفنگ ها استفاده می شود تا قابلیت و کارایی آنها بالا رود. در بعضی موارد بر روی ورقه های آهنی، لایه ای از مس یا آلومینیوم کشیده می شود. در بعضی موارد هم در کلت های کمری نیروهای پلیس و در بعضی از کشورها در ضرب سکه به کار می رود. از پودر آلومینیوم در صنایع معدنی نیز استفاده می شود.
بوکسیت در تولید سیمان نیز به کار برده می‌شود. آهک‌ها معمولأ بعنوان منبعی از بوکسیت در ساخت سیمان پورتلند بکار گرفته می‌شوند، اما گاهی اوقات جهت افزایش میزان آلومینا تا حد مورد نیاز در سیمان از بوکسیت استفاده می‌شود. آلومینا به عنوان جایگزینی برای بوکسیت در تولید محصولات شیمیایی آلومینیومی به کار می‌رود. میزان مصرف بوکسیت همچنان تابعی از تقاضای آلومینای متالورژیکی است.
در حدود ۹۰ درصد آلومینا جهت تولید آلومینیوم استفاده می‌شود. تقریباً ۲ تن آلومینا برای تولید یک ‌تن آلومینیوم اولیه مورد نیاز است. آلومینیوم خالص نرم و دارای استحکام محدودی است. این فلز می‌تواند با کارهایی مانند لوله‌کردن و یا قالب‌بندی تا حدودی سخت شود و استحکام پیدا کند. اما این سختی و استحکام جهت به‌کاربردن، نسبتاً پایین است و در نیتجه آلومینیوم بیشتر همراه با سایر فلزات به صورت آلیاژ به کار می‌رود، هر چند که میزان فلزات افزوده شده به آلومینیوم دارای نسبت پایینی در آلیاژ می‌باشند.
به منظور دستیابی به کیفیت مناسب در دامنه کاربرد مهندسی، ممکن است در آلیاژها یک یا چند عنصر به آلومینیوم اضافه شود. مقدار این افزودنی‌ها به طور زیادی سختی، استحکام و سایر خصوصیات آلومینیوم را افزایش می‌دهد. عناصر آلیاژهای معمولی شامل سیلیس، مس، منگنز، منیزیم، روی، کروم، زیرکن، وانادیم، نیکل، تیتانیم، آهن و لیتیم می‌باشد.

 

منابع :

WWW. daneshnameh.roshd.ir

WWW.wikipedia.org

http://WWW.bloor.vcp.ir

/www.ngdir.ir

 

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

152647

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.