أساسيات الألومنيوم: 12 حقيقة أساسية يجب على الجميع معرفتها

الألومنيوم، مادة معدنية شائعة الاستخدام، يلعب دورًا هامًا في العديد من المجالات. في هذه المقالة، سنتعمق في معرفة الألومنيوم، بدءًا من خصائصه الأساسية وتصنيف سبائكه، وصولًا إلى تقنية معالجته وتطبيقاته في مختلف الصناعات، لنقدم لكم فهمًا شاملًا لمادة الألومنيوم.

القراء المستهدفون: المبتدئين، والمهندسين، والمشترين، ورجال الدعاية، وما إلى ذلك.

ما هو الألومنيوم؟

الألومنيوم هو معدن فاتح اللون أبيض فضي، رمز العنصر Al، والمختصر عمليًا إلى AL، وعدده الذري 13. إن كثافة الألومنيوم المنخفضة وحقيقة أن المنتجات المصنوعة منه خفيفة، حوالي ثلث وزن الفولاذ تجعله مفيدًا في مجموعة واسعة من التطبيقات.

خواص الألمنيوم

الخصائص الفيزيائية

كثافة قليلة:
تبلغ كثافة الألومنيوم حوالي ≈2.7 جم/سم3, وهي تعادل ثلث كثافة الحديد فقط. تجعل هذه الخاصية سبائك الألومنيوم أكثر ملاءمة للاستخدام في الأجهزة التي تستخدم مواد الألومنيوم لأنها تجعل الألومنيوم خفيفًا جدًا عند قياسه مقابل مواد أخرى. الموصلية العالية:
موصليتها الكهربائية تبلغ حوالي 61% من موصلية النحاس، حيث أن الألومنيوم يأتي في المرتبة الثانية بعد الفضة والنحاس والذهب.

توصيل حراري:
يتمتع الألومنيوم بموصلية حرارية عالية نسبيًا تبلغ حوالي 200-220 واط/(م-كم)، ويتم نقل الحرارة عبر الألومنيوم بسرعة كبيرة ويتم تبديدها بسرعة.
توصيل حراري:
يتم استخدام رقائق الألومنيوم في الطهي وتغليف الأغذية بسبب موصليتها الحرارية الجيدة.

انعكاسية عالية:
مع سطح أملس، يعكس الألومنيوم أكثر من 90% من الضوء المرئي، بل وحتى الأشعة تحت الحمراء. ولأنه يعكس الضوء والحرارة، فهو يساهم في كفاءة الطاقة والعزل الحراري.

الخواص الكيميائية

الأنشطة:
الألومنيوم هو نوع من المعادن النشطة، يقع في ترتيب نشاط الجدول المعدني قبل الهيدروجين، ويمكنه التفاعل مع الأحماض لتوليد غاز الهيدروجين.
الأكسدة السطحية:
يمكن للألمنيوم أن يشكل طبقة كثيفة من أكسيد الألومنيوم على سطحه بعد التحليل الكهربائي في محلول كيميائي. يمنع هذا الغشاء بفعالية تفاقم صدأ الألومنيوم، مما يمنحه مقاومة ممتازة للتآكل. في ظل الظروف الجوية العامة، تحافظ منتجات الألومنيوم على مظهرها اللامع لفترة طويلة دون الحاجة إلى معالجة إضافية مضادة للتآكل.

إعادة التدوير:
يعد الألومنيوم معدنًا قابلًا لإعادة التدوير، وتستهلك عملية إعادة التدوير طاقة منخفضة، حوالي 5-6% فقط من إنتاج الألومنيوم الأولي. يمكن إعادة صهر الألومنيوم المعاد تدويره ومعالجته وتحويله إلى مجموعة متنوعة من منتجات الألومنيوم مع القليل من التدهور في الأداء أو بدونه.

خصائص الميكانيكية

القوة والصلابة:
يتمتع الألومنيوم النقي بقوة وصلابة منخفضة نسبيًا، ولكن يمكن تعزيز هذه الخاصية بشكل كبير عن طريق السبائك.
صلابة:
يتميز الألومنيوم وسبائكه بمتانة جيدة، مما يسمح لها بامتصاص الطاقة دون أن تتكسر بسهولة عند الاصطدام.
التشغيل في الماكينات:
يمكن معالجة الألومنيوم من خلال مجموعة متنوعة من العمليات، بما في ذلك الصب، والبثق، والدرفلة، والتزوير، كما يتمتع بقدرة معالجة جيدة.

مميزات وخصائص اخرى

مميزات وخصائص اخرى
غير مغناطيسي:
الألومنيوم مادة غير مغناطيسية ولا ينجذب إلى المجالات المغناطيسية.
التوافق الحيوي:
يتميز الألومنيوم وسبائكه بتوافق حيوي جيد، وهو غير سام وغير ضار بجسم الإنسان. يُرجى التأكد من سلامة الاستخدام.

درجات

يتم التمييز بين درجات الألومنيوم في المقام الأول على أساس درجاتها وحالاتها.
العرض:
درجات سبائك الألومنيوم
سبائك الألومنيوم سلسلة 1000
الأكريليك `1) الهيكل (الهياكل المكونة من قطعة واحدة) المكونات الرئيسية: الألومنيوم النقي، محتوى الألومنيوم أكثر من 99٪.
الخصائص: موصلية حرارية وكهربائية جيدة، ولكن قوة أقل.
التطبيق: بشكل أساسي لإنتاج الأسلاك ورقائق الألومنيوم وغيرها من المنتجات.

سبائك الألومنيوم سلسلة 2000
المواد السائدة: سبائك الألومنيوم والنحاس.
الخصائص: زيادة القوة ومقاومة الحرارة.
التطبيق: ينطبق على تصنيع أجزاء مجال الفضاء الجوي، مثل جسم الطائرة ومكونات المحرك.

سبائك الألومنيوم سلسلة 3000
المواد الأولية: سبيكة الألومنيوم والمنجنيز.
الخصائص: يجب أن تكون مقاومة للتآكل وقابلة للحام بشكل جيد
التطبيق: يستخدم غالبًا في تصنيع مكيفات الهواء والثلاجات وغيرها من المنتجات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل.

سبائك الألومنيوم سلسلة 5000
المواد الرئيسية: سبائك المغنيسيوم والألومنيوم.
المميزات: قوة شد جيدة ومقاومة للتآكل.
التطبيق: للسفن وهياكل السيارات وغيرها من المنتجات التي تتطلب القوة والمقاومة للتآكل.

سبائك الألومنيوم سلسلة 6000
التفاصيل: سبيكة الألومنيوم والمغنيسيوم والسيليكون.
المميزات: قوة جيدة ومرونة ومقاومة للتآكل وأداء عملية ممتاز.
التطبيقات: تستخدم بشكل شائع في ملفات تعريف البناء وأجزاء السيارات والمعدات الإلكترونية وما إلى ذلك.

سبائك الألومنيوم سلسلة 7000
المكونات الرئيسية: سبيكة الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم والنحاس.
المميزات: قوة عالية، مقاومة جيدة للتآكل، وتكلفة أعلى.
التطبيق: يتم استخدامه لأجزاء الهياكل عالية القوة للطيران والمركبات الفضائية، مثل أجنحة الطائرات وجسم الطائرة.
حالة سبائك الألومنيوم
Fst (حالة الطحن الحرة)
المميزات: لا يتطلب معالجة خاصة بعد التصنيع أو الصب، يتم تطبيقه فقط على المواد التي تحتاج إلى معالجة إضافية.

حالة O (حالة ملدنة)
بعد التلدين، تكون صلابته وقوته منخفضتين، لكن مرونته ومتانته جيدة، لذلك فهو مناسب للمواد التي تحتاج إلى الانحناء والتمدد والمعالجة الأخرى.
حالة H (حالة العمل المتصلب)
المميزات: طريقة المعالجة الباردة (الدرفلة الباردة، السحب البارد، إلخ) تُصلّب المادة، وتُحسّن قوتها وصلابتها، لكنها تُقلّل اللدونة. هذا يجعلها مناسبة للأجزاء الهيكلية ذات متطلبات المتانة العالية.
حالة TA (حالة المعالجة الحرارية)

حالة T4 (العلاج بالمحلول + الشيخوخة الطبيعية)
الصب: تُستخرج مقاطع الألومنيوم من آلة البثق، ثم تُبرّد وتُعالَج، ولا تُدخل في فرن التقادم. تتميز بصلابة منخفضة، وقابلية تشوه جيدة، ومناسبة للثني اللاحق وعمليات التشكيل الأخرى.
حالة T5 (معالجة المحلول + الشيخوخة الاصطناعية غير المكتملة)
الميزة: بعد البثق، يُنقل التبريد الهوائي إلى فرن التقادم، مع الحفاظ على الحرارة عند حوالي 200 درجة لمدة 2-3 ساعات. يتميز بصلابة عالية وقابلية للتشوه، ويُستخدم عادةً في جدران الستائر وما شابه.

تمليس T6 (معالجة حرارية بالمحلول + نضج صناعي)
الميزات: يتم البثق عن طريق التبريد بالماء، التبريد والشيخوخة الاصطناعية، أكثر من T5، وقت الحفاظ على الحرارة أطول، لذلك يمكن لـ T5 الوصول إلى حالة صلابة أعلى، مناسبة لبعض الأماكن التي يكون الطلب على صلابة المواد فيها مرتفعًا نسبيًا.

كثافة

تبلغ كثافة الألومنيوم حوالي 2.7 جم/سم3

نقطة الانصهار

تبلغ درجة انصهار الألومنيوم 660.32 درجة مئوية (1220.58 درجة فهرنهايت)

نقطة الغليان

تبلغ درجة غليان الألومنيوم 2467 درجة مئوية (4472.6 درجة فهرنهايت)

معامل التوصيل

تبلغ الموصلية الحرارية للألمنيوم حوالي 237 واط/(م ك) في درجة حرارة الغرفة.

المقاومية

تبلغ المقاومة الكهربائية للألومنيوم حوالي 2.65×10-⁸ إلى 2.82×10-⁸ Ω-m في درجة حرارة الغرفة.

قوة الخضوع

معامل يونج

6000 سلسلة
معامل يونغ: 103 كيلوباسكال (حوالي 70 جيجاباسكال)
7000 سلسلة
معامل يونغ: 71.7 جيجاباسكال
2000 سلسلة
معامل يونغ: 72.4 جيجا باسكال (عند 20 درجة مئوية)
سلسلة سبائك الألومنيوم
معامل يونج: 70 جيجاباسكال

صيغة المعدن

المكون الرئيسي للألمنيوم هو الألومينا (Al₂O₃-nH₂O). بعد التكرير والمعالجة، يمكن استخراج الألومنيوم النقي.

الكتلة الجزيئية للألمنيوم

الوزن الجزيئي (أو الوزن الذري) للألومنيوم هو ٢٦٫٩٨١٥٣٨٦. عمليًا، نستخدم ٢٦٫٩٨ كقيمة حسابية مبسطة.

والنمش

والنمش تعد عملية تشكيل الألومنيوم عملية كهروكيميائية يتم فيها تطبيق تيار كهربائي ومحلول كيميائي على سطح الألومنيوم لتشكيل طبقة أكسيد متينة تعمل على تعزيز مقاومته للتآكل والتآكل.

الألومنيوم مقابل الفولاذ المقاوم للصدأ

الخصائص الفيزيائية

الألمنيوم مقابل التيتانيوم

الخصائص الفيزيائية

الخواص الكيميائية

المقاومة للتآكل:
الألومنيوم: يشكل الألومنيوم طبقة كثيفة من أكسيد الألومنيوم في الهواء، مما يوفر بعض المقاومة للتآكل، ولكنه عرضة للتآكل في البيئات القلوية.
التيتانيوم: يتمتع التيتانيوم بمقاومة ممتازة للتآكل، وخاصة في البيئات البحرية والحمضية.
التأكسد:
الألومنيوم: الألومنيوم يميل إلى تكوين طبقة أكسيد على سطحه، ولكن هذه الطبقة الأكسيدية تمنع المزيد من التآكل.
التيتانيوم: يتمتع التيتانيوم بمقاومة ممتازة للأكسدة في درجات الحرارة العالية وهو مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية