آلومینیوم چیست

آلومینیوم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت Al و عدد اتمی ۱۳ می‌باشد. آلومینیوم که عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتا 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 به‌کار می‌رود و در جهان اقتصاد، عنصر بسیار مهمی است.

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 بیشتر جلوگیری می‌کند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد یا مس است.ِ چکش خوار، انعطاف‌پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادوام و مقاوم در برابر زنگ‌زدگی است. به‌علاوه، این عنصر غیر مغناطیسی، بدون جرقه، دومین فلز چکش‌خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است.

ایزوتوپها آلومینیوم 

آلومینیوم ، دارای 9 ایزوتوپ است که عمده‌ترین آنها بین 23 تا 30 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.

آلیاژ های کار شده در آلومینیوم 

آلومینیوم 1xxx  آلومینیم با خلوص 9999٫ درصد یا بالاتر
آلومینیوم 2xxx مس، اصلی تر ین عنصر در آلیاژهای سری 2xxx است.

آلومینیوم 3xxx  منگنز، اصلی تر ین عنصر ناخالصی در آلیاژهای سری 3xxx است.

آلومینیوم 4xxx  سیلیسیم، اصلی تر ین عنصر ناخالصی در آلیاژهای سری 4xxx است.

خواص 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.

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 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.

کاربرد آلومینیوم

قوطی ها وبسته بندیها ، ستفاده از آلومینیوم در بدنه و سر و ته قوطی های کنسرو، 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

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.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 ، همترین 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.

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.
صنایع برق از 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.