شنبه , ۲۰ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
خوردگی

خوردگی آلیاژ آلومینیوم –مس ۲xxx

خوردگی آلیاژ آلومینیوم –مس ۲xxx

ارسالی از : ماهان ذباح

تاریخچه

یکی از کهن‌ترین آثار خوردگی مربوط به دیوار آهنی قفقاز است که به فرمان کورش هخامنشی ساخته شد و بدستور وی روی آن را با مس پوشش دادند. آغاز پژوهش بگونه امروزی در انگلستان پس از غرق شدن کشتی جنگی HMS Alarm در سال ۱۷۶۱ میلادی بود. پس از آن ورقه‌های مسی به بدنه کشتی‌ها وصل می‌شد اما پس از چندی دیده شد که این ورقه‌ها در جاهایی که میخ‌های فولادی آنها را نگه داشته بود، خورده شده‌اند (خوردگی گالوانیک).

این دانش روزبه روز گسترده‌تر شد و امروزه شاخه مهمی در مهندسی و علوم‌پایه می‌باشد.

خوردگی ، ( Corrosion ) ، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها می‌‌باشد. خوردگی ، پدیده‌ای خودبه‌خودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود ، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در اثر پدیده خودبه‌خودی ، فلز از درجه ‌اکسیداسیون صفر تبدیل به گونه‌ای با درجه ‌اکسیداسیون بالا می‌‌شود.

خوردگی دارای انواع متفاوتی می‌باشد که می‌توان آن‌ها را با توجه به شکل منطقه خورده شده به دو دسته کلی تقسیم نمود:

خوردگی یکنواخت

خوردگی موضعی

خوردگی میکروبی

ترم microbiologically influenced corrosion(MIC) مربوط به نوعی از خوردگی یا تخریب ناشی شده یا گسترش یافته توسط فعالیت های زندگی میکروبی است.MICیک مکانیزم خوردگی جدید نیست اما شامل نقش میکروارگانیسم ها در پروسه خوردگی است .MIC یک پروسه غیر زنده (abiotic) است تحت تاثیر فاکتور های زنده بیولوژیکی(biotic) .

تعریف دیگری از MICبدین صورت است : اثر میکروارگانیسم ها بر روی سینتیک پروسه خوردگی فلزات بواسطه چسبیدن آن ها به فصل مشترک که معمولاً بیوفیلم خوانده می شوند.بعبارتی پیشنیاز MIC حضور و رشد میکروارگانیسم هاست .

image001

 

پیشنیازهای خوردگی میکروبی

یک میکرو ار گانیسم برای آغاز متابولیسمش نیاز به انرژی و برای رشد نیاز به مواد مغذی مانند کربن ،نیتروژن و فسفر دارد . بنابراین پیشناز های MICبدین صورت است:

  • یک منبع انرژی
  • یک منبع کربن
  • یک دهنده الکترون
  • یک پذیرنده الکترون
  • آب

نت انرژی مورد نیاز ممکن است از نور خورشید و طی فرایند فتوسنتز گرفته شود و یا از طریق واکنش های شیمیایی اکسیداسیون و احیاء.

بسته به نوع تجهیزات منبع تامین انرژی متفاوت خواهد بود برای تجهیزات قرار گرفته روی سطح زمین و نیز سیستم های زیر آبی نور خورشید منبع تامین انرژی است و برای تجهیزات بسته و زیر خاک انرزی مورد نیاز از واکنش های شیمیایی تامین می شود.

نور یک منبع مهمی از انرژی می باشد چرا که فرایند فتوسنتز را پیش میبرد(در فتوسنتز دی اکسید کربن و آب مصرف و اکسیژن و هیدراتهای کربن به وجود می‌آیند).

تحت شرایط هوازی احیاء اکسیژن به آب کامل کننده فرایند متابولیکی تبدیل مواد مغذی به دی اکسید کربن است و تحت شرایط بی هوازی پذیرنده های دیگری غیر از اکسیژن وارد واکنش می شوند.

لازم به ذکر است که MICتنها زمانی می تواند اتفاق بیفتد که میکروارگانیسم ها فعال و حاضر باشند.میکرو ارگانیسم ها بیش از هر چیزی نیاز به آب دارند. اگر که اکتیویته آب کمتر از ۰٫۹باشدباکتری ها نمی‌توانند رشد کنند .تنها قارچ هامی توانند در آبی با اکتیویته ۰٫۷رشد کنند، اما آن ها نقش مهمی در MICبازی نمی‌کنند.

بیوفیلم SRBو رفتار خوردگی آن

SRBیک ترم عمومی است شامل تمام تک سلولی هایی می شود که سولفات( SO4 2- ) سولفید و تیوسولفات و همچنین گوگردرا برای بدست آوردن انرژی به H2S احیا می کنند.برای انواع باکتری های متفاوت مناسب ترین دما برای رشدSRB حدود۲۰-۳۰ است . ولی این باکتری ها قادرند تا دمای ۵۰-۶۰˚Cنیز زنده بمانند .SRB بعنوان اصلی ترین عامل MIC در آهن ،مس وآلیاژهای آهنی شنا خته شده است. SRBدر شرایط بی هوازی خاک ، آب دریا ، فاضلاب ،لوله های زیر زمینی و چاه های نفت با pHهای بین ۶-۹ وابسته است. SRBهمه جا یافت می شوند ،بی هوازی های بسیار متفاوتی هستند(در ضمن بیماری زا نیستند).متداول ترین آن ها Desulfovibrioاست. یک میکرو ارگانیسم می تواند براحتی به سطح بچسبد لایه هایی را به نام بیو فیلم تشکیل دهد، بدین صورت که ابتدا بخش های آلی روی سطح مواد می چسبند .میکروارگانیسم ها خواص سطحی مواد بخصوص بار استاتیکی و قابلیت خیس شوندگی آن را تغییر می دهند .سپس باکتری ها جذب سطح می شوند و رشد می کنند تا کلونی ها را تولید کنند ،بنابراین میکرو فیلم ها رشد خواهند کرد.این لایه ها می توانند خیلی نازک باشند یا رشد کنند و به ضخامت سانتیمتر هم برسند.بیوفیلم ها با یک ساختار غیر یکنواخت شناخته می شوند . گرچه SRB بی هوازی هستند می توانند در غلظت های کمی از اکسیژن نیز رشد کنند. فعالیت SRBدر سیستم های طبیعی و انسانی باعث ایجاد نگرانی در صنایع شده است .بخصوص در صنایع نفت و گاز و کشتی سازی که شدیداً بوسیله سولفید تولید شده توسط SRB تحت تاثیر قرار می گیرند.

image002

SRB Corr

image003

M ——> M+n + ne

در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات ، عبارت از اکسیداسیون فلز است.

 

تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی

فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.

فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M+n می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

 

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی‌ها و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

image004

جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی

برآوردی که در مورد ضررهای خوردگی انجام گرفته، نشان می‌‌دهد سالانه هزینه تحمیل شده از سوی خوردگی ، بالغ بر ۵ میلیارد دلار است. بیشترین ضررهای خوردگی ، هزینه‌هایی است که برای جلوگیری از خوردگی تحمیل می‌‌شود. این هزینه‌ها در دو دسته مستقیم و غیر مستقم (پیامدهای مستقیم) هستند که دسته دوم بسیار بیشتر از نخستین است. در آمریکا در سال هزینه سالانه خوردگی چیزی پیرامون ۱/۳٪ تولید ناخالص داخلی (۲۷۷ میلیارد دلار در سال ۱۹۹۸])

سرعت خوردگی

سرعت خوردگی (icorr)را با مقدار الکترون تولیدی بر یکای زمان (آمپر I) می‌توان سنجید اما از آنجا که اثر سطح را باید در نظر داشت، بایستی عدد بدست آمده بر یکای سطح بخش گردد.

سرعت خوردگی بطور معمول بصورت میل در سال (mpy) بیان می‌شود: mpy=\frac{534W}{DAT}

که در آن W، کاهش وزن بر حسب میلی‌گرم، D چگالی نمونه بر یکای گرم بر سانتی‌متر مکعب، A مساحت نمونه بر حسب اینچ‌مربع و T زمان خوردگی بر یکای ساعت است.

image005

روش های جلوگیری از خردگی:

پوششهای رنگها و جلاها

ساده‌ترین راه مبارزه با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد.

آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت رنگهای الکتروستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

 

پوششهای فسفاتی و کروماتی

این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.

 

این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

 

پوششهای اکسید فلزات

اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد.

همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به ‌اکسید آهن سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن “سیاه‌کاری آهن یا فولاد” می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

 

پوششهای گالوانیزه

گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است.

 

در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و … مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

 

پوششهای قلع

قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و … بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

 

پوششهای کادمیم

این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند.

 

فولاد زنگ‌نزن

این نوع فولاد ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیر آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود.

 

Aluminum:

۱ .نامگذاری

۲ .تاریخچه کشف آلومینیوم

۳ .پیدایش و منابع

۴ .معرفی

۵ .ویژگی‌های قابل توجه

۶ .کاربردها

۶.۱ .فهرست کاربردها

۷ .استخراج آلومینیوم

۸ .ایزوتوپها

۹ .هشدارها

۱۰ .املای انگلیسی

۱۱ .مکانیزم تشکیل لایه اکسیدی در آلومینیوم

۱۲ .آندایزینگ

۱۳ .تولید کنندگان آلومینیوم در ایران

 

آلومینیم عنصری شیمیای در گروه بورون با عدد اتمی ۱۳ و نماد Al است. این عنصر یک فلز نرم و سفید و چکش‌پذیر با چگالی پایین است که سومین عنصر فراوان و فراوان‌ترین فلزات در پوسته کره زمین است. آلومینیوم خالص به دلیل واکنش‌پذیری بسیار بالای خود بسیار به ندرت به طور طبیعی یافت می‌شود و به جای آن در سنگ‌های معدنی مختلفی وجود دارد. بیشتر آلومینیوم دنیا از سنگ بوکسیت به دست می‌آید.

نامگذاری

واژه آلومینیوم (Aluminium) که گاهی Aluminum (به ویژه در آمریکای شمالی) هم نوشته می‌شود از واژه لاتین Lumen به معنی «نور» گرفته شده‌است. پیش از جداسازی فلز آلومینیم، اکسید آن آلومین نامید می‌شد. هامفری دیوی که موفق نشده بود از آلومین، آلومینیم تهیه کند، گفت که می‌خواهد نام این فلز را «آلومیم» بگذارد. ولی بعداً آن را به «آلومینم» تغییر داد تا با آلومین مطابقت داشته باشد. با این حال واژهٔ آلومینیم کاربرد عمومی پیدا کرد، زیرا نام بسیاری از عنصرهای فلزی به «یُم» ختم می‌شود. آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می‌تواند اتم‌های عناصری مثل کربن، نیتروژن، بر، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید. نقطه ذوب ۶۶۰ درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن ۲۴۷۰ درجه است. آلومینیم را در دماهای ۱۰۰۰ درجه و بالاتر از آن استفاده نمی‌کنند به دلیل اینکه به شدت اکسید شده و ضایعات آن زیاد است. ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیمضایعات دارند. وزن مخصوص ۷/۲ می‌باشد و در حالت مذاب ۳/۲ بنابراین می‌توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن بیشتر می‌باشد. در صد انقباض آن در فاز مایع ۱۰٪ و در حین انجماد ۸/۶٪ است و به دلیل انقباض‌های زیاد به تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت دارد. مهمترین آلیاژهای آلومینیم عبارتند از: آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می‌یابد. به هر حال آلومینیم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب پایین، سیالیت زیادی که دارد افزایش خواص مکانیکی در اثر آلیاژ سازی و همچنین قابلیت عملیات حرارتی را دارد. منحنی سرد شدن تعادلی مواد فلزی با یکدیگر متفاوت است مثلاً یک آلومینیم خاص را با یک آلیاژ دیگر در نظر بگیرید در فلز خاص در یک دمای خاص انجماد صورت می‌گیرد. در صورتی که در یک آلیاژ انجماد در یک فاصله در جه حرارتی صورت می‌گیرد. عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر: اگر درجه حرارت ۱۸۰ درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده (فرار می‌باشد) و هید روژن به داخل آن نفوذ می‌کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازدهٔ آن بیشتر می‌شود. عملاً باید ۶/۰٪ گاز کلر مصرف شود که بستگی به نوع آلیاژ نوع کوره و شرایط وارد کردن گاز و روش تهیه قالب و رطوبت هوا دارد. گاز زدایی باکلر نسبت با ازت برتری دارد چون گاز کلر حباب کارید آلومینیم ریز و بیشتری تولید می‌کند.

تاریخچه کشف آلومینیوم

فردریک وهلر” بطور کلی به آلومینیوم خالص اعتقاد داشت. اما این فلز دو سال پیشتر به‌وسیله «هانس کریستین ارستد» شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. در روم و یونان باستان این فلز را به‌عنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز به‌عنوان بند آورنده خون در زخمها بکار می‌بردند و هنوز هم به‌عنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده‌است. 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 طلابه حساب می‌آمد. بنابراین، به‌عنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از ۱۰۰ سال است که مورد استفاده‌است. 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 تازه‌ای نیست، بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه ۶۰ این یک کار کم منفعت بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافت این فلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارت‌اند از: اتومبیلها، پنجره‌ها، درها، لوازم منزل، کانتینرها و سایر محصولات. یکی از ویژگی‌های مهم آلومنییوم که بازیافت آن را مورد توجه قرار می‌دهد آن است که هیچ تفاوتی بین کیفیت آلومینیوم بازیافتی و آلومینیوم تازه تولید شده وجود ندارد.

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 توجه‌است. 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 اکسایش که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بی. ِ 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.

کاربردها

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.

فهرست کاربردها

برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارت‌اند از:

حمل و نقل (اتومبیل‌ها، هواپیماها، کامیون‌ها، کشتی‌ها، ناوگانهای دریایی، راه آهن و…)

بسته‌بندی (قوطی‌ها، فویل و…)

ساختمان (درب، پنجره، دیوار پوشها و…)

کالاهای با دوام مصرف کننده (وسایل برقی خانگی، وسایل آشپزخانه،…)

خطوط انتقال الکتریکی (هدایت الکتریکی آلومینیوم از مس بیشتر واز طلا کمتر میباشد اما استحکام مکانیکی ان در برابر کشش از مس کمتر میباشد و لذا برای ساخت هادی های آلومینیوم به منظور استفاده در خطوط انتقال از هسته ای فولادی برای تقویت استحکام ان در برابر کشش استفاده میکنند معروف ترین هادی آلومینیومی با ویژگی های بالا که در ۹۰ درصد خطوط انتقال استفاده میشود هادی ACSR میباشد.

ماشین آلات اکسید آلومینیوم (آلومینا) بطور طبیعی و بصورت کوراندوم، سنگ سنباده، یاقوت و یاقوت کبود یافت می‌شود که در صنعت شیشه‌سازی کاربرد دارد. یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور هم‌نوسان بکار می‌روند. آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده می‌شود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت و دمازاها مورد استفاده واقع می‌شود.

استخراج آلومینیوم

آلومینیوم یک فلز واکنشگر است و نمی‌تواند از سنگ معدن خود بوکسیت (Al۲O۳) به‌وسیله کاهش با کربن جدا شود. در عوض روش جداسازی این فلز از طریق برق‌کافت 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 شده‌است. 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 اینگونه‌است:

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 استخراج کرد، اما این فرایند، اقتصادی نیست.

ایزوتوپها

آلومینیوم، دارای ۹ ایزوتوپ است که عمده‌ترین آنها بین ۲۳ تا ۳۰ مرتب شده‌اند. تنها Al-۲۷ (ایزوتوپ پایدار) و Al-۲۶ (ایزوتوپ رادیواکتیو) بطور طبیعی وجود دارند. Al-۲۶ 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-۲۶ 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-۲۶ بیشتر از قطعات شهاب‌سنگها می‌شود و واپاشی آن در تعیین عمر زمینی آنها موثر است. تحقیقات روی شهاب‌سنگها ثابت کرده‌است که Al-۲۶ در زمان شکل‌گیری سیاره ما نسبتاً به مقدار فراوان وجود داشته‌است. احتمالاً انرژی آزاد شده در نتیجه واپاشی Al-۲۶، ذوب شدن مجدد و جدایی سیارکها بعد از شکل گیری آنها را ۲-۴ میلیارد سال پیش در پی داشته‌است.

هشدارها

آلومینیوم یکی از معدود عناصر فراوانی است که ظاهراً هیچ فعالیت موثری در سلولهای زنده ندارد. اما درصد کمی از مردم به آن حساسیت دارند. آنها تجربه کرده‌اند تماس هر نوع از آن موجب التهاب پوستی می‌شود. مصرف داروهای بند آورنده خون و مواد ضد عرق باعث ایجاد جوشهای خارش آور و سوء هاضمه می‌گردد. عدم جذب مواد غذایی مفید از غذاهای پخته شده در ظروف آلومینیومی همچنین تهوع و سایر علائم مسمومیت در نتیجه خوردن اینگونه محصولات مانند Maalox، Amphojel، Kaopectate.

در سایر افراد آلومینیوم مانند فلزات سنگین، سمی نیست، اما در صورت مصرف زیاد علائمی از مسمومیت دیده شده‌است. اگرچه استفاده از ظروف غذای آلومینیومی به خاطر مقاومت در برابر زنگ‌زدگی و خاصیت هدایت گرمایی بالای آنها بسیار رایج است، در کل، هیچگونه علامتی در مورد ایجاد مسمومیت آنها دیده نشده‌است. مصرف زیاد داروهای ضد اسید و مواد ضد عرق که حاوی ترکیبات آلومینیومی هستند، احتمال مسمومیت بیشتری دارند. بعلاوه احتمال ارتباط آلومینیوم با بیماری آلزایمر مطرح شده‌است، گرچه اخیراً این فرضیه رد شده‌است. مصرف زیاد این عنصر باعث کم خونی نیز می‌گردد

املای انگلیسی

املاء رسمی این عنصر در زبان انگلیسی، IUPAK) Aluminium) است، گرچه عموماً آمریکایی‌ها و کانادایی‌ها آنرا بصورت Aluminum نوشته و تلفظ می‌کنند. «همفری دیوی» در سال۱۸۰۷ Aluminum را برای عنصر کشف شده در آن زمان ارائه کرد، اما بعداً تصمیم گرفت تا این نام را به Aluminium تغییر دهد که با وجود ium در نام بیشتر عناصر تطبیق کند. بعدها املا Aluminium در بریتانیا و آمریکا متداول شد، اما بعد بتدریج آمریکایی‌ها برای اهداف غیرتخصصی این نام را به Aluminum برگرداندند. نام رسمی این عنصر در آمریکا و در رشته شیمی تا سال ۱۹۲۶ بصورت Aluminium بکار رفت. از این تاریخ به بعد انجمن شیمی آمریکا تصمیم به استفاده از املاء Aluminum در نشرِات خود گرفت.

مکانیزم تشکیل لایه اکسیدی در آلومینیوم

مکانیزم تشکیل لایه اکسیدی در آلومینیوم حمام اسید سولفوریک به غلظت ٪۱۰ حجمی را مد نظر داشته و در آن یک قطعه آلومینیومی را به قطب مثبت منبع الکتریسیته متصل کنید و فلز مناسب دیگری مانند قلع را به عنوان کاتد به قطب منفی منبع الکتریسیته وصل کنید دانسیته جریان مستقیم مورد نیاز در این پروسه حدود ۱ تا ۱/۶ آمپر بر دسیمتر مربع که از پتانسیلی حدود ۱۳ تا ۱۷ ولت به وجود می‌آید. در دمای معمولی اتاق وقتی که جریان برق برقرار می‌شود اسید سولفریک آغاز به تجزیه می‌کند و در اثر این فعل و انفعلات در قطب منفی هیدروژن به وجود می‌آید و به موازات یون‌های اکسیژن و سولفات توسط قطب مثبت که آلومینیوم به آن وصل است جذب می‌گردند.

شارژ الکتریکی در داخل سیتم فوق باعث می‌شود که یون‌های مثبت آلومینیوم به سمت کاتد هدایت می‌شود و در همان حال درسطح آند کاتیون‌ها یا آلومینیوم با آنیون‌های اکسیژن ترکیب می‌شود و تشکیل اکسید آلومینیوم را می‌دهند. مقداری از یون‌های آلومینیوم نیز قادر به ترکیب با اکسیژن نیست وبه صورت نا محلول در الکترولیت باقی می‌مانند.

آندایزینگ

آندایزینگ آلومینیوم به روش الکترولیت اسید سولفوریک از اسید سولفوریک با غلظت‌های مختلف gr/lit۱۰ تاgr/lit۷۰۰درصنایع و مراکز تحقیقاتی عملیات آندایزینگ استفاده می‌کنند. اما اکثر غلظتی که به طور معمول به کار ۱۵۰ تا ۲۵۰ گرم در لیتر می‌باشد. با تغییر غلظت میزان هدایت الکتریکی نیز تغییر می‌کند که منحنی شکل زیر بیانگر این ارتباط است. بیشترین قابلیت هدایت الکتریکی در غلظت ۳۵۰ گرم در لیتر یا ٪۳۵ وزنی اسید سولفوریک بدست می‌آید. در چنین حالتی ولتاژ مورد نیاز جهت ایجاد دانسیته ۱/۲ آمپر بر دسیمتر مربع کمترین مقدار خود را خواهد داشت و انرژی مصرف شده الکتریکی نیز به همان نسبت در پایین ترین حد خود است. ارتباط بین دمای محلول الکترولیت غلظت اسید و ولتاژ مورد نیاز جهت اعمال دانسیته ۱/۲ آمپربر دسیمتر مربع است. آلومینیوم مورد آزمایش به صورت ورق بوده و درجه خلوص آن نیز ۹۹/۹۹درصد است. تجزیه وآزمایش بیانگراین نکته می باشدکه متناسب باافزایش غلظت محلول الکترولیت به نسبتی که زمان عملیات آندایزینگ افزایش ضخامت و وزن لایه اکسیدی حاصل کاهش می‌یابد بطوری که اگر قطعه‌ای آلومینیومی در محلول اسید سولفوریک با غلظت ٪۳۰ وزنی۳۳۰ گرم در لیتر در طول مدت یک ساعت اندایز شود وزن لایه اکسیدی ان معادل نصف حالتی خواهدبود که غلظت الکترولیت ٪۱۵وزنی ویا ۱۶۵گرم در لیتر بوده ودر همان مدت زمان آندایز شده باشد

تولید کنندگان آلومینیوم در ایران

در سال ۱۳۵۳ شرکت آلومینیوم ایران ، ایرالکو ، به عنوان اولین تولید کننده آلومینیوم در خاورمیانه به بهره برداری رسید . پس از پایان جنگ تحمیلی شرکت آلومینیوم المهدی در تیر ماه ۱۳۶۹ با برآورد اولیه هزینه سرمـایه ای ۱/۵ میلیارد دلار و با هدف تولید ۱۱۰ هزار تن آلومینیوم در سال، قابل افزایش به ۳۳۰ هزار تن در‌ بندرعباس‌، تأسیس گردید. تا پایان سال ۸۱ تعداد ۱۲۰ دیگ ساخته و راه اندازی گردید، به طوری که ظرفیت تولیدی مجتمع به ۵۵ هزار تن در سال رسید. تعداد ۱۲۰ دیگ دوم فاز یک طـی سالهای ۱۳۸۲ تا ۱۳۸۴ سـاخته و در اردیبهشت ماه سال ۱۳۸۴ مجتمع به ظرفیت اسمی پیش بینی شده فاز یک (۱۱۰ هزار تن) دست یافت. در خرداد ماه سال ۸۵ عملیات اجرایی فاز دوم ( هرمزال) با سرمایه گذاری اولیه ۸ هزار میلیارد ریال (متشکل از ۴۰۰ میلیون یورو ارزی و ۲۰۰ میلیارد تومان ریالی) و با هدف راه اندازی ۲۲۸ دیگ آغاز شد. با تلاش متخصصان داخلی و همکاری پیمانکار خارجی، طی مدت ۴۰ ماه در مهر ماه ۸۸ فاز دوم راه اندازی شد. در حال حاضر هرمزال با ۱۴۰ دیگ در مدار در حال فعالیت می باشد و تولید سالانه آن در حدود ۱۷۵ هزار تن در حال حاضر می باشد .

خب حال به مطالعه ی آلیاژهای آلومینیوم می پردازیم و نیز خواص و استفاده هایشان:

بعد از منیزیم سبک ترین فلز صنعتی به شمار می آید به طوری که یک متر مربع از ورق آلومینمی به ضخامت یک ۲٫۷ کیلو گرم وزن دارد وزن چنین وزن ورقی اگر از فولاد باشد ۷٫۸ کیلوگرم و اگر از مس یاشد ۸٫۹ کیلوگرم است یکی دیگر از خواص بسیار گسترده آلومینیم محکم بودن آن است برخی از آلیاژهای آلومینمی استحکامی قابل مقایسه با استحکام فولاد های ساختمانی غیر آلیاژی دارند آلومینم هم مانند تمام فلزات دیگر هر چه خالصتر باشد استحکام کمتری دارد. آلومینیم در مقابل خوردگی اتمسفری و در مقابل بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم است آلومینم را به آسانی می توان شکل داد و روی آن کار کرد . می توان این فلز را نورد کرد چکش کاری کرد ، فشار کاری( اکستروژن ) کرد چین داد،شیار دار کرد،لبه داد،حک کرد،خم کرد،برش داد،کشش عمیق داد و برید همچنین می توان آلومینیم را اره کرد،مته زد،تراش داد،سنگ زد،پرداخت و حتی به ضخامت ۰۰۴/۰ میلی متر نورد کرد ریخته گری آلومینم همراه سیلیسیم منیزیم مس به عنوان عناصر آلیاژِ در قالبهای ماسه ای فلزی وتحت فشار (تزریقی) آسان است آلومینم را می توان از طریق کلیه روش های معمولی جوشکاری و لحیم کاری چسب زدن یا پرچکاری به هم اتصال داد آلومینم از نظر حرارتی و هدایت الکتریکی هادی بسیار خوبی است

**مشخصات فیزیکی مس(نگاهی به مشخصات مس)

مس فلزی قرمز رنگ دارای ساختار FCC بوده و تغیرات آلوتروپیک در آن وجود ندارد .در درجه حرارت ۱۰۸۳ درجه سانتیگراد ذوب شده و دانستیته در حدود ۸٫۹ گرم بر سانتی متر مکعب دارد

مس دارای پارامتر شبکه ۳٫۶ آنگسترم بوده و دارای قطر اتمی ۲٫۵۵ آنگسترم می باشد همچنین دارای مشخصات ریخته گری به شرح زیر می باشد . :

۱- دارای نقطه ذوب بالایی نسبت به آلیاژ های غیر آهنی می باشد

۲- دارای سیالیت کم نسبت به آلومینیوم

۳- اکسیداسیون بالا

۴- آلیاژ مس دارای دامنه انجماد  طولانی و انجماد خمیری می باشد به خصوص در آلیاژ های برنج که این دامنه انجماد خیلی طولانی می شود.

 

آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژان ها ) :

این گروه از آلیاژ ساز ها هنگامی استفاده می شود که قرار باشد عناصری را با نقطه ذوب بالاتر یا نقطه ذوب پایین تر به مذاب اضافه کنیم به عنوان مثال اضافه کردن مس با نقطه ذوب ۱۰۸۰ درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که این عمل باید به صورت آمیژن انجام شود . یا اضافه کردن روی با نقطه ذوب ۴۲۰ درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که باید به صورت آمیژن انجام شود.

نکته : آمیژن در این بخش به معنی عنصری است که با آلومینیم آلیاژ سازی شده است . مانند آمیژن مس

نکته : فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند به علت فشار بخار زیاد در ریخته گری آلومینیم اگر به صورت خالص به مذاب اضافه شوند باعث پاشش مذاب می شوند .

انواع روش های تولید هاردنر ها :

روش اول : در این روش ابتدا مذاب آلومینیم را تهیه نموده سپس فلز مورد نظر را به صورت قطعات ریز و کوچک در داخل فویل های آلومینیمی قرار می دهیم و آرام و آرام به مذاب آلومینیم اضافه می کنیم

روش دوم : آلومینیم و فلز مورد نظر را به صورت جداگانه ذوب کرده و سپس فلز با نقطه ذوب بالا را به صورت باریکه مذاب به مذاب آلومینیم اضافه کرده و هم می زنیم .

اما روش دیگر ساخت آمیژن به این صورت می باشد که مس را ذوب کرده سپس Al را به مرور به مذاب اضافه می کنند که پس از هر بار اضافه کردن Al درجه حرارت را کاهش داده تا از تلفات Alجلوگیری شود

بهترین نوع کوره ها در ذوب Cu کوره های القایی می باشد .

ریخته گری آلیاژ های آلومینیم مس Al-Cu:*************************

مس به دلیل نقطه ذوب بالا نسبت به آلومینیم (۱۰۸۳) درجه به صورت خالص به آلیاژ آلومینیم اضافه نمی شود . و عمدتا از امیژن های ۵۰-۵۰ یا آمیژن های ۳۳-۶۷ آلومینیم – مس استفاده می شود .

برای ساخت آمیژن ها ابتدا مس را ذوب کرده و به حداقل فوق ذوب آن می رساند سپس قطعات آلومینیم را به دفعات ۴ تا ۵ مرتبه به مذاب مس اضافه می کنند جهت اضافه کردن آمیژن به مذاب آلومینیم پس از محاسبه مقدار آمیژن مصرفی فوق ذوب الومینیم را تا ۳۰ درجه افزایش داده سپس آمیژن را به نسبت مورد نیاز به مذاب اضافه می کنیم باید توجه داشت که کلیه عملیات کیفی مذاب بعد از افزایش مس انجام می شود و فقط فلاکس های پوششی می توان قبل از افزایش آمیژن مس همراه با مواد شارژ به بوته اضافه کرد.

 

شرایط ریخته گری آلیاژ های آلومینیم و آلومینیم مس Al-Cu:

این آلیاژ در دارای خواص مکانیکی بالایی می باشد عمدتا در قالب های ماسه ای و ریخته گری قابلیت ریخته گری داشته و عموما قابلیت ریخته گری تحت فشار را ندارد که این امر به علت سرعت انجماد بالا در ریخته گری تحت فشار می باشد اما بعد از عملیات ریخته گری تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد که در درجه حرارت ۵۳۰ درجه سانتی گراد خواص این آلیاژ افزایش می یابد

شرایط ریخته گری این آلیاژ :

۱- تمیز بودن مواد شارژ نسبت به اکسید ها و مواد اکسیدی

۲- عدم استفاده بیش از ۵۰ درصد از مواد قراضه در شارژ

۳- جلوگیری از تماس محصولات احتراق با شارژ

۴- درجه حرارت مذاب کمتر از ۷۵۰ درجه سانتیگراد

۵- استفاده از مواد دگازور و فلاکس های پوششی

۶- جلوگیری از تماس مستقیم ابزار ها و ادوات آهنی با مذاب

روش های قالب گیری آلیاژ های آلومینیم و آلومینیم مس Al-Cu :

آلیاژ آلومینیم به دو روش موقت و دائم قالب گیری و ریخته گری می شود .

۱- روش موقت : شامل روش ماسه ای تر – ماسه ای خشک –CO2 و پوسته ای می شود .

الف: ماسه ای خشک : چسب مورد استفاده در این روش خاک رس می باشد

ب: روش پوسته ای: دراین روش مخلوط مورد نظر را با رزین های حرارتی مخلوط می کنند

 

۲روش دائم : که شامل روش های تزریق و ریژه می شود

الف:تزریق : این روش که خود به دو روش تزریق کم فشار و تزریق پرفشار (دایکست ) تقسیم می شود .

نکته : معمولا برای ریخته گری آلومینیم از ماشین های محفظه سرد استفاده می شود

ویژگی های آلیاژ های آلومینیم مس Al-Cu در ریخته گری :

برای طراحی سیستم راهگاهی باید ابتدا ویژگی های ریخته گری آلومینیم را بدانیم که این ویژگی ها را می توان به شش دسته تقسیم بندی کرد :

 

آلیاژ های آلومینیم مس al-cu تمایل به اکسیداسیون شدید دارند

آلیاژ های آلومینیم مس al-cu  تلاطم شدید و انحلال گاز شدید دارند .

آلومینیم مس al-cu خاصیت شدید جذب گاز هیدروژن دارند

آلیاژ های آلومینیم مس که دامنه انجماد طولانی دارند و همچنین آلیاژ های آلومینیم سیلیسیم که کمترین دامنه انجماد را دارند .

آلیاژ های آلومینیم مس al-cu دارای انقباض حجمی زیادی می باشند

آلیاژ های آلومینیم مس al-cu دارای انقباض پراکنده و هدایت حرارتی بالایی می باشند

به دلیل ویژگی های فوق سیستم های راهگاهی مورد استفاده در آلیاژ های آلومینیم مس al-cu غیر فشاری منظور می شوند و مهمترین نسبت های سیستم های راهگاهی دراین آلیاژ ۱:۲:۲ و ۱:۴:۴ و ۱:۶:۶ استفاده می شود نکته قابل توجه در این اعداد این می باشد که هر چه دامنه انجماد بالاتر باشد اعداد سمت راست نیز بیشتر می شوند .

توضیح نمودار:al cu

گروه ۲XXX آلیاژهای آلومینیوم مس را تشکیل می دهند. مس از عناصر مهم آلیاژی در آلومینیوم می باشد حلالیت مس در آلومینیم جامد با افزایش درجه حرارت از ۰٫۵% در حرارت محیط به ۵٫۶۵ % ، در دمای ۵۴۸ درجه سلسیوس ( حرارت یوتکتک )می رسد ؛ امکان انجام عملیات حرارتی رسوب سختی یا پیر سختی را در این آلیاژ ایجاد می کند که این موضوع علت افزایش استحکام این آلیاژ و توجه زیاد به آن شده است. مس مازاد بر حلالیت در هر درجه حرارت در شبکه تتا به فرمول تقریبی cual2  ظاهر میشود که سخت و شکننده است و از این رو افزایش مس در آلومینیوم باعث افزایش درصد فاز تتا و در نتیجه افزایش مقاومت و سختی آلیاژ و کاهش انعطاف پذیری آن می گردد. همچنین سیالیت آلیاژ را به مقدار کمی کاهش می دهد . آغلب آلیاژ های al-cu کمتر از۱۰ % مس دارند و آلیاژ های صنعتی حدود ۲ تا ۵ % مس دارند . همچنیم مس شدت اکسیداسیون مذاب و همچنین درصد حلالیت هیدروژن را کاهش میدهد .

نمودار تعادلی آلومینیوم _مس در شکل های زیر آمده است. همانطور که از نمودار مشخص است ، مس در دمای ۵۴۸ درجه سلسیوس بیشترین حلالیت خود را به میزان %۵٫۶۵ در آلومینیوم دارد که محدوده حلالیت فاز آلفا را تشکیل داده است . فاز دیگری که دراین آلیاژ مهم است و پایه عملیات حرارتی می باشد ورسوبی است که با ایجاد آن توسط عملیات حرارتی رسوب سختی استحکام آلیاژ افزایش می یابد ، ( CuAl2 فاز تتا می باشد ) آلیاژ های حاوی ۲٫۵ تا ۵ درصد مس پیر سختی پذیرند .

حد حلالیت جامد مس در آلومینیوم:

image007

آلومینیوم _مس در %۳۳ مس یک یوتکتیک دارد که از این ترکیب یوتکتیک به عنوان آمیژان استفاده می شود. آمیژان دیگری که در تولید آلومینیوم _مس استفاده می شود آمیژان ۵۰_۵۰ می باشد.

آلیاژهای آلومینیوم _مس به صورت دوگانه کارائی زیادی ندارند و بیشتر آلیاژهای آن که به دو نوع کارپذیر و ریختگی می باشند به صورت آلیاژهای سه گانه ریخته می شوند.                                                               مهمترین آلیاژ سه گانه این گروه آلومینیوم _مس_منیزیم می باشد که قابلیت بالائی برای عملیات حرارتی دارد.و مهمترین آلیاژ سه تائی که در ریخته گری استفاده می شود آلومینیوم _ مس _ سیلیسیم می باشد. به علت سیالیت کم و قابلیت ریخته گری پائین که این آلیاژها دارند از سیلیسیم برای بهبود خواص ریختگی آن استفاده می شود. آلیاژهای آلومینیوم _مس_سیلیسیم دارای کیفیت ماشینکاری خوب و خواص مکانیکی بالائی هستند. باید توجه داشت که آلیاژهای صنعتی آلومینیوم _ مس دارای %۲ تا %۵ مس می باشند همانطور که گفته شد مس باعث افزایش استحکام آلومینیوم می شود ولی انعطاف پذیری آن را کاهش می دهد به طوری که این آلیاژها کمی ترد هستند ولی این آلیاژها در برابر خوردگی مقاومتی ندارند. بطوریکه با اضافه کردن %۰٫۱ مس به آلومینیوم خالص مقاومت به خوردگی آن، ۱۶۰۰ برابر کاهش می یابد و نیز آلیاژهای مس حاوی %۴ مس به ترک های بین دانه ای و خوردگی بین دانه ای نیز حساس هستند. البته عملیات حرارتی پیرسختی باعث بهبود مقاومت به خوردگی آلیاژ می شود و هرچه بتوانیم رسوبات CuAl2 ریزتری در آلیاژ ایجاد کنیم به همان نسبت مقاومت آلیاژ به خوردگی افزایش می یابد. عملیات حرارتی استحکام آلیاژ را نیز بطور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. وجود ذرات CuAl2 باعث ایجاد خواص ماشینکاری عالی در آلیاژ می گردد وکیفیت سطحی آلیاژ را افزایش می دهد.

 

تاثیرعناصر آلیاژی :

از آنجائی که عناصر در این آلیاژ تاثیرات بسزائی دارند تاثیر بعضی از آنها را در اینجا بیان می کنیم.

سیلیسیم:

سیلیسیم باعث افزایش سیالیت آلیاژ می شود و نیز خواص ماشینکاری را افزایش می دهد. ولی تاثیری در مقاومت خوردگی آلیاژ ندارد .

نقره:

از نقره در آلیاژهای آلومینیوم _مس برای بهبود عملیات رسوب سختی و نیز افزایش مقاومت خوردگی و تنشی در این آلیاژ به میزان %۰٫۰۵ تا%۱ استفاده می شود.

کادمیوم :

این عنصر باعث افزایش سرعت پیرسختی و افزایش مقاومت خوردگی آلیاژ می شود.

منیزیوم، منگنز:

این دو عنصر علاوه بر تاثیری که بر افزایش راندمان رسوب سختی دارند باعث کاهش شکل پذیری و نیز کاهش داکتیلیته می شوند و حداکثر تا %۱ به آلیاژ افزوده می گردند.

 

نیکل:

باعث افزایش سختی و استحکام دمای بالا و نیز کاهش ضریب انبساط می شود.

 

قلع:

قلع تا %۰٫۰۵ باعث افزایش پیر سختی مصنوعی در آلیاژ می شود و نیز استحکام و مقاومت به خوردگی را بهبود می بخشد. ولی باید توجه کرد که مقدار زیاد این عنصر باعث افزایش حساسیت آلیاژ به ترک گرم می شود.

عملیات رسوب سختی al-cu:

 

عملیات حل سازی در منطقه محلول جامد آلفا انجام شود ( حدود ۵۱۵ درجه )

 

تا دمای اتاق یا کمتر به سرعت آبدهی شوند

در گسترده دمای ۱۳۰ تا ۱۹۰ درجه به طور مصنوعی پیر شود .

رابطه دما – انحلال برای سیستمهای رسوب سختی Al-Cu توضیح داده میشود . قابلیت انحلال مس در آلومینیوم با افزایش دما افزایش می یابد.(۰٫۲۵ % در دمای ۲۵۰ درجه به حداکثر ۵٫۶۵ % در ۵۴۸درجه سانتی گراد .( دمای یوتکیتیک) ) در آلیاژهای Al-Cu که دارای ۰٫۲ تا ۵٫۶ % مس هستند،دو حالت تعادلی مجزا وجود دارند.در دماهای بالای منحنی، مس کاملا حل می شود و اگر در این دما نگه داشته شود و با فرض کافی بودن زمان ، مس کاملا وارد محلول جامد می شود .و در دماهای کمتر از حالت تعادلی ، دو فاز تشکیل می شود.محلول جامدα  و فاز ترکیب بین فلزی Ө(Al2Cu).  اگر چنین آلیاژی که در دمای بالای کاملا بصورت محلول جامد است تا دمای زیر این دما سرد شود محلول جامد فوق اشباعی تشکیل می شود که در این حالت آلیاژ شرایط تعادلی دو فازی را دنبال می کند و فاز دوم تمایل دارد که با رسوب در حالت جامد تشکیل شود.

عملیات حرارتی al-cu:

در آلیاژهای آلومینیوم ، عملیات حرارتی برای آلیاژهای معینی بکار می رود که که می توان با آن استحکام و سختی را افزایش داد.این آلیاژها را عملیات حرارتی پذیر Heat treatable می گویند . در برابر این آلیاژهایی وجود دارند که با سیکل های حرارتی و سرد کردن نمی توان استحکام آنها را افزایش داد . برای مشخص کردن و تمایز قایل شدن با آلیاژهای قبلی ، این آلیاژهای را عملیات حرارتی ناپذیر None-heat treatable  مینامند. تنها روش استحکام این آلیاژها، انجام کار سرد است.حرارت دادن هر دو نوع آلیاژ تا دمای مشخص برای افزایش داکتیلیتی متداول بوده و با توجه به درجه نرم شدن ، واکنش های متالورژیکی مختلفی در ریزساختار رخ می دهند .

در آلیاژهای Al-Cu رسوبات غیر تعادلی زیادی در دماهای کمتر از دمای جامد تشکیل می شود.در این آلیاژها، با سرد کردن محلول جامد فوق اشباع ،رسوبات تشکیل می شود. این رسوبات با افزایش درجه حرارت و یا افزایش زمان بین دمای اتاق و دمای جامد گسترس می یابد.

دردماهای پیرسازی طبیعی ( ۲۰ تا ۶۰ درجه سانتیگراد ) ، آرایش اتمهای مس از حالت تصادفی به حالت منظم دیسکی شکل تبدیل می شود.این صفحات در جهات کریستالوگرافیکی خاصی در زمینه تشکیل می شوند. که به مناطق GP مشهورند. این مناطق حوزه های کرنشی تشکیل می دهند که افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل را باعث می شوند. در واقع عامل اصلی افزایش استحکام تشکیل مناطق GP می باشد . دردماهای بالا ، حالت گذرایی از Al2Cu تشکیل می شود که باز استحکام افزایش می یابد.  در حالت بیشترین استحکام، هر دو فاز ״Ө و ′Ө می توانند همزمان وجود داشته باشند . هر چه دما با  زمان افزایش یابد، نسبت فاز Ө در ریزساختار افزایش می یابد . خواص مکانیکی کاهش یافته و آلیاژ نرم می شود یا به عبارتی فراپیری Overage رخ می دهد

آن دسته از آلیاژهای کارشده که عملیات حرارتی باعث افزایش استحکام آنها می شود عبارتند از : (***۷ و***۶ و ***۲ بجز ۷۰۷۲ ) و نیز آلیاژهای ریختگی  ۲xxx,3xxx برخی از این آلیاژها، علاوه بر عناصر اصلی آلیاژی، افزودنی های دیگری از جمله مس ، منگنز، منیزیم و روی نیز دارند . مقادیر کمی از منیزیم افزوده شده باعث بهتر شدن خاصیت رسوب سختی می شود .

در برخی از آلیاژها ، دردمای اتاق و در مدت چند روز ، رسوبات کافی در ریزساختار تشکیل می شود تا محصولات پایدار و خواص معینی را سبب شود که برای کاربردهای مورد نظر مناسب باشد . بر روی این آلیاژهای را گاهی رسوب سختی انجام می دهند تا استحکام و سختی آنها افزایش یابد.در کنار این آلیاژها ، آلیاژهایی وجود دارند که واکنش رسوب سازی آنها بسیار کند رخ میدهد پس  بایستی قبل از استفاده رسوب سختی شوند

رسوب سختی از فرآیندهایی هست که در دماهای کم و زمانهای طولانی انجام می گیرد. معمولا این فرآیند در دماهای ۱۱۵تا ۱۹۰ C و بمدت ۵- ۴۸ ساعت می باشد.سیکلهای دما- زمان باید با دقت انتخاب شود.در دماهای بالا و زمانهای زیاد رسوبات درشت تشکیل می شود.که تعداد این ذرات کم ولی فاصله زیادی دارند.هدف، انتخاب سیکل مناسب برای دستیابی به اندازه و الگوی توزیع مناسب بهین است.متاسفانه سیکلی که برای افزایش یکی از خواص مثل استحکام نهایی استفاده می شود با سیکلی که برای افزایش خواص دیگر مثل استحکام تسلیم و مقاومت خوردگی بکار می رود، متفاوت است

 

کاربرد ها :

درمورد کاربرد این آلیاژها ( ۲۰۱۴ ،  ۲۰۱۷ (دور آلومین ) ، ۲۰۴۴ ، ۲۰۲۵ ، ۲۲۱۹ ، ۲۰۲۱ ، ۲۰۱۱ ) باید گفت کاربرد وسیعی در صنایع هواپیماسازی ، ترن و دیگر وسایل حمل و نقل دارند و بطور گسترده ای، در این صنایع مورد استفاده قرار می گیرند .همچنین برای ساخت چرخ های کامیون و شاسی کامیونها و بدنه و پوسته هواپیما و قسمت هایی که نیازمند تحمل دمای بالای ۱۵۰ درجه سانتیگراد اند استفاده می شود. این آلیاژ ها محدودیت جوشکاری دارند ولی برخی از آن ها بسیار عالی ماشین کاری می شوند. تنها آلیاژ ریختگی دوتایی الومینیوم – مس آلیاژ ۱۹۵ است که ۴ % مس دارد . با عملیات گرمایی مناسب می توان به ترکیبی از استحکام و داکتیل بودن عالی دست یافت . این آلیاژ برای ساخت چرخ لنگر ، پوسته دیفرانسیل ، رینگ اتوبوس ، رینگ هواپیما ، محفظه میل لنگ  ( کارتر ) مصرف می شود .

 

اولین آلیاژ آلومینیوم – مس کار شده در ایالات متحده آمریکا به وجود آمد آلیاژ ۲۰۲۵ بود که آلیاژ ۲۰۱۹ که در سال ۱۹۵۴ به وجود آمد جایگزین آن شد . آلیاژ ۲۰۱۹ دارای ۶٫۳% مس ، ۰٫۳% منگنز ، ۰٫۲۵% زیرکونیم ، ۰٫۱% وانادیوم و ۰٫۰۶% تیتانیوم است این آلیاژ استحکام بالایی دارد قابلیت جوشکاری خوب ،    مقاومت به خوردگی تنشی بالا و خواص عالی در دمای بالا است .

خوردگی آلیاژهای آلومینیوم وروش های جلوگیری:

بررسی خوردگی آلیاژهای آلومینیم (Corrosion of aluminium Aloys) مستلزم بررسی طبیعت شیمیایی آلومینیم است. آلومینیم فلز فعالی است که مقاومت آن به خوردگی به پسیو شدن با لایه سطحی محافظ بستگی دارد. در محلول های آبی، شرایط ترمودینامیکی که تحت آن لایه رشد می کند معمولا با دیاگرام پتانسیل – pH پوربه نمایش می دهند. این نمودار نشان می دهد که آلومینیم تنها در محدوده  برابر با ۴ pHتا ۹ پسیو است. اکثر آلیاژهای آلومینیم مقاومت به خوردگی به اتمسفر طبیعی، آب شیرین، آب شور، بسیاری از روغن ها و مواد شیمایی و هم چنین مواد غذایی دارند. لوله های آلومنیمی در خنک کننده های فریونی مورد استفاده قرار می گرفتند.

image008

 خوردگی آلیاژهای آلومینیم در آب:

آلیاژهای سری ۱xxx، ۳xxx، ۵xxx و ۶xxx مقاومت به خوردگی را در آب های با خلوص بالا، آب های طبیعی و آب دریا نشان می دهند. هنگامی که این آلیاژها برای نخستین بار در معرض آب با خلوص بالا قرار می گیرند، واکنش ملایمی رخ می دهد  اما با گذشت زمان و تشکیل لایه محافظ اکسیدی سرعت واکنش کاهش می یابد.

 

آلیاژهای آلومینیم از سری های ۱xxx ،۳xxx، ۵xxx و ۶xxx مقاومت خوبی به اکثر آب ها طبیعی نشان می دهند. اگر خوردگی رخ دهد، به شکل حفره دار شدن خواهد بود. اجزای اصلی آب طبیعی که منجر به خوردگی حفره دار شدن آلومینیم می شوند، یون های مس، بی کربنات، کلراید، سولفات و اکسیژن هستند.این آلیاژها در آب های سخت تمایل بیشتری به حفره دار شدن دارند.

اشکال خوردگی آلیاژهای آلومینیم:

-خوردگی یکنواخت:

اکثر آلیاژهای آلومینیم مقاومت عالی به خوردگی اتمسفری دارند. اگر لایه اکسید سطحی در محیط محلول مانند اسید فسفریک یاهیدروکسید سدیم، آلومینیم قرار بگیرد، به طور یکنواخت و پیوسته حل می شود.

– خوردگی گالوانیک:

آلومینیم و آلیاژهایش نسبت به سایر فلزات به جز روی و منیزیم آندی هستند. در محیطی که آلومینیم در معرض حفره دار شدن قرار دارد باید از اتصال آلومینیم با فلزات کاتدی تر جلوگیری کرد. معروف ترین مثال خوردگی گالوانی آلیاژهای آلومینیم در حین کار هنگامی است که آن ها در تماس با فولاد یا مس بوده و در معرض محیط مرطوب شور قرار گیرند. هم چنین استفاده از مس در مخازن آلومینیم و مبدل های حرارتی مورد استفاده در سیستم های خنک کننده آب مطلوب نیست زیرا حضور چند بخش در میلیون مس در آب ورودی احتمال حفره دار شدن آلومینیم را افزایش می دهد.

 

موقعیت آلومینیم در سری گالوانی که آلومینیم و آلیاژهایش را نسبت به به اکثر فلزات آندی می کند، سبب می شود تا از این فلز به عوان آند فدا شوند برای حفاظت کاتدی از آلیاژ پایه استفاده شود.

image009

– حفره دار شدن:

از آلیاژهای تجاری، سری های ۱xxx، ۳xxx و ۵xxx مقاومت به حفره دار شدن عالی دارند. اگرچه، با مقدار مس بیشتر از ۰٫۰۴ درصد، آلیاژهای سری ۳xxx به حفره دار شدن حساس هستند. در ۰٫۱۵% مس، این آلیاژها به خصوص در آب دریا بیشتر دچار حفره می شوند. آلیاژهای  ۲xxx، ۶xxx و ۷xxx معمولا روکش می شوند تا در برابر حفره دار شدن حفاظت شوند.

عوامل موثر بر خوردگی حفره دار شدن:

حفره دار شدن معمولا به دلیل حضور مس، جیوه و یون های هالید است که کلرید مخرب ترین آن هاست و معمولا در محل کار وجود دارد.

می توان با حذف عوامل کاهنده مورد نیاز برای واکنش کاتدی از حفره دار شدن جلوگیری کرد. در غیاب اکسیژن محلول یا سایر واکنشگرهای کاتدی، آلومینیم دچار حفره نمی شود زیرا به پتانسیل حفره دار شدن نمی رسد. حفره دار شدن در محلول های خنثی معمولا به وسیله اکسیژن ایجاد می شود.

 

رفتار خوردگی:

سرعت حفره دار شدن آلومینیم به رفتار پلاریزاسیون بستگی دارد. مانند سایر فلزات پسیو، خوردگی آلومینیم در محدوده پسیو که pH آن ۴–۹ است ممکن است به صورت حفره دار شدن باشد. حفره دار شدن آلومینیم در ورای این محدوده کم شده و خوردگی به صورت یکنواخت پیش می رود.

 

خوردگی تنشی:

خوردگی SCC در آلیاژهای خالص تجاری ۱xxx، آلیاژهای آلومینیم – منگنز ۳xxx و آلیاژهای آلومینیم – منیزیم حاوی ۳ درصد منیزیم سری ۵xxx و مستحکم شده با کار سرد رخ نمی دهد. در مواقع خاص، خوردگی تنشی در آلیاژهای آلومینیم – منیزیم – سیلیسیم ۶xxx رخ می دهد.

 

آلیاژهای حساس به خوردگی تنشی:

خوردگی تنشی در آلیاژهای آلومینیم ریختگی معمولا به آلیاژهایی که حاوی مقادیر قابل توجهی عنصر آلیاژی مس، منیزیوم، سیلیسیم و روی محدود می شود. آلیاژهایی که می توان با کار سرد استحکام آن ها را  افزایش داد نسبتا به خوردگی تنشی مصون هستند. آلیاژهای ریختگی که در معرض خوردگی تنشی قرار دارند شامل موارد زیر می شوند:

– سری ۲xxx شامل مس با مقادیر کمتر منیزیم، منگنز و سایر عناصر هستند.

– سری ۷xxx حاوی روی با مقدار کمی منیزیم، منگنز، مس و سیلیسیم هستند

– سری ۵xxx که بیش از ۳ درصد منیزیم دارند با یا بدون عناصر آلیاژی

در آلیاژهای آلومینیم، این ترک خوردگی بین دانه ای است. عواملی که مقاومت به خوردگی تنشی را تحت تاثیر قرار می دهند عبارتند از:

خواص جهت دار آلومینیم: خوردگی تنشی آلیاژ ریختگی آلومینیم در تمپر با اندازه و زمان اعمال تنش کششی و نیز با جهت اعمال تنش مشخص می شود. اثر تنش در جهات مختلف با ساختار جهت دار دانه که در آلیاژهای ریختگی آلومینیم معمول است، ایجاد می شود. مقاومت  که با مقدار تنش کششی مورد نیاز برای ایجاد ترک اندازه گیری می شود زمانی بیشترین حد خود را دارد که تنش وارده در جهت طولی است، کمترین حد در جهت عرضی و در سایر جهات متوسط است.

محیط: آب یا بخار آب برای خوردگی تنشی آلومینیم لازم است و در غیاب آن ترک خوردگی ایجاد نمی شود. میان گونه هایی که به ترک خوردن شتاب می دهند، کلرید بیشترین اثر را دارد.

روش تست استاندارد برای تعیین حساسیت به خوردگی تنشی در آلیاژهای آلومینیم با استحکام بالا ASTM G47 است. این استاندارد حساسیت SCC آلیاژ با استحکام بالای ۲xxx و ۷xxx است هنگامی که جهت تنش وارده عمود بر ساختار دانه ها باشد.

 

پوسته شدن :

خوردگی سطحی است که از سطح آغاز شده و پخش می شود. این خوردگی در آلیاژهای آلومینیم و مس-نیکل دیده می شود. حمله با حفره دار شدن در این متفاوت است  که ظاهر آن به صورت پوسته است و معمولا در طول مرزدانه ها رخ می دهد. حمله های خوردگی منجر به ورقه ورقه شدن و گاهی اوقات سطح تاول دار می شود.  به دلیل لایه برداری تمام لایه های ماده خورده می شوند. انتهای نمونه مشابه با دسته ای از کارت می شود که برخی از آنها جدا شده اند.

 

آلیاژهای حساس به پوسته شدن:

در تمپر های خاص، محصولات ریخته گری شده آلیاژهای آلومینیم در معرض خوردگی لایه ای قرار می گیرند، که منجر به ایجاد محصولات ورقه شده می شود. این خوردگی در محصولاتی پیشروی می کند که ساختار جهت دار دارند و در آن دانه ها کشیده شده اند. آلیاژهای سری ۲xxx، سری ۵xxx با مقادیر بالاتر منیزیم و سری ۷xxx بیشتر در معرض خوردگی لایه ای قرار می گیرند.

 

این خوردگی در آلیاژهای ریختگی غیر قابل عملیات حرارتی مانند سری ۱xxx، ۳xxx و تیپ های غیر قابل عملیات حرارتی ۶xxx به ندرت دیده می شود. می توان برای غلبه کردن بر این مشکل از عملیات حرارتی و آلیاژ سازی استفاده کرد. روش تست استاندارد برای تعیین حساسیت به خوردگی لایه ای ASTM G34، روش تست غوطه وری برای تعیین ورقه ورقه شدن در آلیاژهای آلومینیم سری ۲xxx و ۷xxx یا تست EXCO است. این روش تست برای محصولات ریختگی مانند پلیت ها، ورق ها، اکستروژن ها و فورجینگ ها به کار می رود. استاندارد ASTM G66 نیز تست غوطه وری آلیاژهای آلومینیم سری ۵xxx برای ورقه ورقه شدن است که به تست ASSET معروف است.

 

خوردگی بین دانه ای :

آلیاژهای آلومینیم که فاز ثانویه در مرزدانه ها تشکیل نمی دهند یا آلیاژهایی که در آن ها اجزای تشکیل دهنده پتانسیل خوردگی مشابه با زمینه دارند، نسبت به خوردگی بین دانه ای حساس نیستند. آلیاژهای آلومینیم مانند ۱۱۰۰، ۳۰۰۳، ۳۰۰۴ آلیاژهای آلومینیم – منیزیم سری ۵xxx که حاوی کمتر از ۳ درصد منیزیم هستند دچار خوردگی بین دانه ای نمی شوند. آلیاژهای سری ۶xxx معمولا در برابر این نوع خوردگی مقاومت می کنند. عملیات حرارتی در سری ۲xxx ،۵xxx با بیش از ۳ درصد منیزیم و آلیاژهای سری ۷xxx که رسوب مرزدانه در آن ها رخ می دهد به خوردگی بین دانه ای حساس هستند. درجه حساسیت به خوردگی با موارد زیر افزایش می یابد:

 

۱- مقدار منیزیم

۲- مقدار کار سرد

۳- مقدار زمانی که آلیاژ در معرض دما قرار می گیرد.

مقاومت به خوردگی بین دانه ای با استفاده از عملیات حرارتی که منجر به یکنواخت تر شدن رسوب درون ساختار دانه می شود یا با محدود کردن عناصر آلیاژی که خوردگی بین دانه ای را ایجاد می کنند، حاصل می شود.

 

خوردگی شیاری :

خوردگی شیاری آلومینیم در آب شیرین قابل چشم پوشی است. در آب شور خوردگی به شکل حفره دار شدن رخ داده و سرعت خوردگی پایین است.

خوردگی سایشی، خوردگی حباب زایی و خوردگی برخوردی:

آلومینیم و آلیاژهایش به خوردگش حباب زایی، برخوردی و سایشی حساس هستند.

 

خوردگی خستگی:

آلیاژهای آلومینیم، مانند بسیای از فولادها، مقاومت کمی در برابر خوردگی خستگی دارند. خوردگی خستگی آلیاژهای آلومینیم مشخصا درون بلوری بوده و با تخریب ناشی از خوردگی تنشی متفاوت است که معمولا بین دانه ای هستند. خوردگی موضعی سطح آلومینیم افزایش تنش را ایجاد کرده و استحکام خستگی و در نتیجه عمر خستگی را به شدت کاهش می دهد.

خوردگی آلومینم در موتور دیزلی با سیستم خنک کننده آب ویرایش

 

خوردگی یکنواخت ممکن است در برخی از مخلوط های آب/گلیکول رخ دهد که ممانعت کننده مناسب ندارند. خوردگی موضعی با شکست لایه پسیو توسط یون کلرید آغاز می شود. حفره دار شدن و خوردگی شیاری می تواند با استفاده از ممانعت کننده ها جلوگیری شود. آنیون هایی که برای کاهش اثر خوردگی  رایج هستند را می توان به دو دسته تقسیم بندی کرد:

 

۱- اکسید کننده. ممانعت کننده هایی که لایه پسیو روی سطح فلز ایجاد می کنند.

۲- غیر اکسید کننده. ممانعت کننده هایی که با تشکیل رسوبات نامحلول با یون های آلومینیم به عنوان عامل مسدود کننده به کار می روند.

بنزوات، فسفات و سیلیکات مثال هایی از ممانعت کننده های غیر اکسید کننده هستند. نیترات ها و کرومات ها از ممانعت کننده های اکسید کننده هستند.

 

جلوگیری از خوردگی و اقدامات کنترل کننده ویرایش

 

روش های مهم جلوگیری از خوردگی آلومینیم شامل موارد زیر می شود:

۱- انتخاب آلیاژ و عملیات تمپر

۲- ملاحظات طراحی تجهیزات

۳- ممانعت کننده ها

۴- حفاظت کاتدی

۵- استفاده از محصولات الکلد Alclad

۶- تغییر محیط

۷- ضخیم ساختن لایه اکسیدی و پوشش های آلی

 

– انتخاب آلیاژ و تمپر

 

در کل، آلیاژهای سری ۵xxx آلومینیم – منیزیم بهترین مقاومت به خوردگی را دارند، پس از آن ها آلیاژهای سری ۱xxx، ۳xxx و ۶xxx با خلوص تجاری قرار دارند. آلیاژهای سری ۲xxx و ۷xxx معمولا لایه محافظ مانند روکش دارند. انتخاب تمپر مقاومت بهتری به خوردگی بین دانه ای و لایه لایه شدن برای آلیاژهای سری ۵xxx بدست می دهد در حالی که در آلیاژهای سری ۷xxx مقاومت بهتری به خوردگی تنشی ایجاد می شود.

– ملاحظات طراحی

جنبه های طراحی که رفتار خوردگی را تحت تاثیر قرار می دهند شامل انتخاب نادرست آلیاژ یا تمپر، زوج گالوانی، عدم وجود آب بندی در شیارها برای جلوگیری از خوردگی شیاری و انتخاب روش اتصال و فلز پر کننده.

– ممانعت کننده ها

فسفات ها، سیلیکات ها، نیترات ها، فلوریدها و غیره برای استفاده با آلومینم در برخی کاربردها توصیه شده است. اگر مس در سیستم های بسته مد نظر باشد، از مرکاپتوبنزوتیازول برای جلوگیری از خوردگی مس و خوردگی رسوبی آلومینیم استفاده می شود.

 

حفاظت کاتدی

در برخی کاربردها، قسمت هایی از آلیاژ آلومینیم به وسیله حفاظت کاتدی به وسیله آند فدا شونده یا با جریان اعمالی محافظت می شود. از آنجایی که واکنش کاتدی یون های هیدروکسیل تولید می کند، جریان این آلیاژها نباید به اندازه ای بالا باشد تا محلول را به گونه ای قلیایی کند که خوردگی قابل توجهی ایجاد کند.

 

آلیاژهای الکلد (Alclad)

استفاده از محصولات الکلد برای مقاومت در برابر خوردگی به خوبی ثابت شده است. آلیاژهای الکلد محصولی کامپوزیتی است که در آن لایه سطحی نازکی از آلیاژ آلومینیم (آندیک)، معمولا ۵ الی ۱۰ درصد ضخامت کل به شکل متالورژیکی با آلیاژ اصلی (کاتدیک) پیوند برقرار کرده که برای ایجاد استحکام مورد نیاز و روکش برای ایجاد ماکزیمم مقاومت به خوردگی به خصوص در برابر حفره دار شدن انتخاب می شود. اختلاف پتانسیل بین آلیاژ پایه و روکش حفاظت کاتدی را برای هسته ایجاد می کند. روکشی که معمولا استفاده می شود آلیاژ ۷۰۷۲ است که حاوی ۱ درصد روی بوده و پتانسیل محلول آن −۰٫۹۶ V است که حداقل ۱۰۰ mV آندی تر از آلیاژهای هسته مانند ۳۰۰۳ و ۶۹۵۱ است. از آنجایی که روکش ها نسبت به هسته آندی هستند، خوردگی انتخابی روکش تا فصل مشترک روکش و هسته اتفاق می افتد. پس از رسیدن به فصل مشترک، خوردگی به صورت عرضی گسترش می یابد و از خوردگی موضعی جلوگیری می شود. محصولات الکلد به شکل ورق و تیوب که در یک طرف یا طرف دیگر پوشش داده شده اند، در دسترس هستند.

به عنوان مثال، تیوب های الکلد برای رادیاتورهای آلومینیمی لحیم شده برای ممانعت از خوردگی لوله در بخشی که در تماس با آب است، استفاده می شوند. ترکیب معمول محصولات الکلد معمولا در کاربردهای مبدل حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد که در جدول زیر آورده شده است.

image010

تغییر محیط

 

چنین تغییراتی عبارتند از:

کاهش خوردگی محیط

تنظیم pH محلول

هوازدایی آب برای کاهش مقدار اکسیژن

و در نتیجه کاهش تمایل به حفره دار شدن آلومینیم

 

– ضخیم کردن لایه اکسید سطحی و پوشش آلی

پوشش هایی با روکش نفوذی یا پاشش حرارتی مشابه با لایه روکش عمل کرده و به صورت فدا شونده خورده می شوند تا از آلیاژ هسته محافظت کنند.

حال لازم دیدم که در انتها اشتباهی را که عمده ی اشخاص انجام می دهند بیان کنم آن درباره ی برنز آلومینیوم

است این آلیاژ در واقع همان آلیاژ آلومینیوم مس است ولی  با اسمی متفاوت.

ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و کاربرد های خاص بعضی از آلیاژهای منتخب برنزهای آلومینیوم در جدول زیر آمده است:

ترکیب شیمیایی ، خواص مکانیکی و کاربرد های خاص برنز های آلومینیوم دار منتخب
نام و شماره درصد ترکیب شیمیایی شکل تجاری استحکام کششی ksi استحکام تسلیم ksi درصد ازدیاد طول در ۲ اینچ درصد مقاومت به خوردگی درجه قابلیت ماشینکاری مشخصات ساخت و کاربرد های خاص
۶۰۸ برنز آلومینیم‌ دار ۵% ۹۵٫۰ Cu

۵٫۰ Al

T ۶۰ ۲۷ ۵۵ G-E ۲۰ قابلیت کارسرد خوب، قابلیت کارگرم متوسط. کاربردها: مبرد ها، لوله‌ های مبدل گرما و بخار، لوله‌ های تقطیر.
۶۱۰ برنز آلومینیوم دار ۹۲٫۰ Cu, 8.0 Al R, W ۸۰-۷۰ ۵۵-۳۰ ۶۵-۲۵ G-E ۲۰ قابلیت کار پذیری سرد و گرم خوب. کاربردها: پیچ و مهره، قسمت‌ های پمپ، محورها، میله‌ های اتصال، روکش فولاد برای سطح سایش.
۶۱۳ برنز آلومینیوم دار ۹۲٫۰ Cu, 0.35 Sn, 7.0 Al F, R, T, P, S ۸۵-۷۰ ۸۵-۳۰ ۴۲-۳۵ G-E ۲۰ قابلیت شکل‌ پذیری سرد و گرم خوب. کاربردها: مهره‌ ها، پبچ‌ ها، نوارها، ظروف و تانک‌ های مقاوم به خوردگی، قطعات سازه‌ ای، ماشین، سیستم‌ های لوله و متراکم‌ کننده، پوشش‌ های محافظ دریایی، مهمات، محفظه‌ های ضد گلوله
۶۱۴ برنز آلومینیم‌ دار D ۹۱٫۰ Cu, 7.0 Al, 2.0 Fe F, R, W, T, P, S ۸۹-۷۶ ۶۰-۳۳ ۴۵-۳۲ G-E ۲۰ مثل مس ۶۱۳
۶۱۸ برنز آلومینیوم دار ۸۹٫۰ Cu, 1.0 Fe, 10.0 Al R ۸۵-۸۰ ۴۲٫۵-۳۹ ۲۸-۲۳ G-E ۴۰ به وسیله آهنگری و پرس گرم ساخته می‌شود. کاربردها: بوش‌ ها، چرخ‌ دنده‌ ها، کاربردهایی که مقاوم به خوردگی لازم است، الکترود های جوشکاری.
۶۱۹ برنز آلومینیوم دار ۸۶٫۵ Cu, 4.0 Fe, 9.5 Al F ۱۵۲-۹۲ ۱۴۵-۴۹ ۳۰-۱ G-E قابلیت شکل‌ پذیری گرم عالی برای ساخت به وسیله پولک‌ زنی، آهنگری، خم شدن، برش و استامپ کردن. کاربردها: فنرها، قطعات اتصال و کلید برق
۶۲۳ برنز آلومینیوم دار ۸۷٫۰ Cu, 3.0 Fe, 10.0 Al F, R ۹۸-۷۵ ۵۲-۳۵ ۳۵-۲۲ G-E ۵۰ قابلیت شکل‌ پذیری سرد و گرم خوب، ساخته شده با روش خم شدن، آهنگری گرم، پرس گرم، شکل‌ پذیری جوشکاری. کاربردها: چرخ‌ دنده‌ ها، روکش‌ ها، دنده‌ ها، سوپاپ، پیچ و مهره، گلوله، میله‌ های پمپ، برآمدگی و شیار دنده‌ های مارپیچی، راهنمای شیر.
۶۲۴ برنزآلومینیوم دار ۸۶٫۰ Cu, 3.0 Fe, 11.0 Al F, R ۱۰۵-۹۰ ۵۲-۴۰ ۱۸-۱۴ G-E ۵۰ قابلیت شکل‌ پذیری عالی برای ساخت به وسیله آهنگری و خمش گرم. کاربردها: روکش فلزی، دنده‌ ها، بادامک، نوارهای سایش، پین‌ ها، میله‌ های اتصال
۶۲۵ برنز آلومینیوم دار ۸۲٫۷ Cu, 4.3 Fe, 13.0 Al F, R ۱۰۰ ۵۵ ۱ G-E ۲۰ شکل‌ پذیری گرم عالی برای ساخت با روش آهنگری و ماشین کاری. کاربردها: روکش‌ های فلزی، نوارهای سایش، دندانه‌ ها، بادامک‌ ها، قالب‌ ها، غلتک‌ های شکل دادن.
۶۳۰ برنز آلومینیوم دار ۸۲٫۰ Cu, 3.0 Fe, 10.0 Al, 5.0 Ni F, R ۱۱۸-۹۰ ۷۵-۵۰ ۲۰-۱۵ G-E ۳۰ شکل‌ پذیری گرم خوب، ساخت به روش آهنگری و شکل دادن گرم. کاربردها: پیچ، مهره، نشیمن گاه شیر، محورهای دریایی، راهنمای شیر، قطعات هواپیما، محور  پمپ ها، اعضای سازه ها
۶۳۲ برنز آلومینیوم دار ۸۲٫۰ Cu, 4.0 Fe, 9.0 Al, 5.0 Ni F, R ۱۰۵-۹۰ ۵۳-۴۵ ۲۵-۲۰ G-E ۳۰ شکل‌ پذیری گرم خوب، ساخت به روش شکل دادن و جوشکاری. کاربردها: مهره‌ ها، پیچ‌ ها، قطعات پمپ، محورهایی که نیاز به مقاومت به خوردگی دارند.
۶۳۸ برنز آلومینیوم دار ۹۵٫۰ Cu, 2.8 Al, 1.8 Si, 0.40 Co F ۱۳۰-۸۲ ۱۱۴-۵۴ ۳۹-۴ G-E شکل‌ پذیری گرم عالی، ساخت به روش شکل دادن گرم، آهنگری، ماشین کاری. کاربردها: دنده‌ ها، ادوات فلزی دریایی، مهره، پیچ، قطعات و بدنه، شیرها، تنه شیر.
۶۴۲ برنز آلومینیوم دار ۹۱٫۲ Cu, 7.0 Al, 1.8 Si F, R ۱۰۲-۷۵ ۶۸-۳۵ ۳۲-۲۲ G-E ۶۰ شکل‌ پذیری گرم عالی، ساخت به روش شکل دادن گرم، آهنگری، ماشین کاری. کاربردها: شیرهای بخار، دنده، سخت‌ افزار دریایی، مهره، پیچ، بدنه شیر و قطعات آن.

 

 منابع:

Heat Exchanger Design Handbook 2nd edition, Kuppan Thulukkanam, CRC Press, 2013

ویلیام اسمیت ، ترجمه علی اکبر اکرامی و سید مرتضی سید ریحانی ، ساختار ، خواص و کاربرد آلیاژهای مهندسی ، انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف ، ۱۳۸۲

http://sciencemetallurgy.blogfa.com/post/2

http://www.almahdi.ir/

http://daneshnameh.ir/

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

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.