چنانچه قبلا هم یادآور شدیم آلومینیوم پر کاربردترین فلز صنعتی پس از آهن است.
گمان می کنیم بیان این جمله چندان جای تعجبی ندارد!
کافی است نگاهی به اطراف خود بیندازید تا با سیلی از قطعاتی مواجه شوید که آلومینیم به عنوان حداقل یکی از اجزای سازنده آن به کار رفته است.
شما با خواندن این مطلب با تمامی نکات این فلز از خواص فیزیکی و شیمیایی تا نحوه استخراج، آلیاژسازی و انواع گریدهای آلیاژهای آلومینیوم آشنا خواهید شد.
آلومینیم فراوان ترین عنصر فلزی در پوسته کره زمین است که حدودا ۸% آن را تشکیل داده است.
این عنصر فلزی به رنگ نقره ای مایل به سفید، چکش خوار و بسیار نرم است که هیچ گونه خاصیت مغناطیسی ندارد.
خواص فیزیکی و شیمیایی آلومینیم
به دلیل فعالیت شیمیایی بالا، هیچ گاه آلومینیم به صورت خالص در طبیعت پیدا نمی شود و معمولا در ترکیب با عناصر دیگر در سنگ های معدنی مشاهده می شود.
معروف ترین سنگ معدن آلومینیوم، به نام بوکسیت (bauxite) شناخته می شود.
آلومینیوم خواص برجسته بسیاری دارد که آن را در بین فلزات متمایز ساخته است، اما شاید مهم ترین ویژگی های آن را بتوان دانسیته بسیار پایین و مقاومت خوردگی بالا دانست.
همان طور که در ادامه مقاله مشاهده خواهید کرد، این فلز با تشکیل یک لایه اکسیدی چسبنده و مقاوم، در برابر خوردگی از خود محافظت می کند و به اصطلاح پسیو (passive) می شود.
بیشترین ترکیبات آلومینیوم به صورت اکسید و سولفید در طبیعت یافت می شوند.
خواص ظاهری
از لحاظ رنگی آلومینیم رنگی نقره ای تا خاکستری دارد که بسته به زیری سطح آن و میزان نوری است که از سطح بازتاب می کند. این فلز به صورت خالص در طبیعت یافت نمی شود و به محض قرارگیری در معرض هوا سطح آن با یک فیلم نازک و چسبنده اکسیدی پوشیده می شود.
این سطح بازتاب کننده خوبی برای نورهای مادون قرمز و مرئی به حساب می آید.
چگالی این فلز خاکستری رنگ برابر 2.7g/cm3 بوده که از این نظر فلز بسیار سبکی محسوب می شود (حدود یک سوم چگالی فولاد) و به همین دلیل است که امروزه توانسته جایگاه بسیاری از فلزات و آلیاژهای دیگر مثل مس، آهن و فولاد را تصاحب کند! گرچه توجه داشته باشید که این فلز به اندازه آلیاژی مانند فولاد مستحکم نیست، اما چگالی پایین و سبکی این فلز چیزی نیست که به راحتی بتوان آن را نادیده گرفت و با ترکیب فلزاتی مثل مس، سیلیسیوم، منیزیوم و منگنز می توان آلیاژهایی مستحکم و سبک را تولید کرد.
به دلیل نرمی بیش از حد آلومینیوم، کمتر پیش می آید که این فلز به صورت خالص مورد استفاده قرار بگیرد.
آلومینیوم خالص استحکام تسلیمی در حدود 7-11 MPa دارد، اما با آلیاژسازی می توان استحکام آن را تا بیش از 50 برابر افزایش داد!
آلومینیوم هدایت الکتریکی و حرارتی نسبتا خوبی دارد، اما نه در حدی که بتوان آن را جایگزینی برای مس در این بخش دانست.
اما این فلز خاصیت ابررسانایی دارد و در دمای 1.2K خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهد.
این فلز از لحاظ مغناطیسی خاصیت پارامغناطیس (Paramagnetism) دارد.
آلومینیم امروزه چه کاربردهایی دارد؟
بدون شک در جهان صنعتی امروز آلومینیم به اندازه ای پر مصرف است که نمی توانیم کاربردهای آن را تنها در چند مورد خلاصه کنیم.
هر کدام از شما که مشغول مطالعه این مقاله هستید، با نگاهی به اطراف می توانید رد پایی از این فلز محبوب را هر کجا مشاهده کنید.
با این وجود در این بخش به چند کاربرد مهم این فلز که تاثیر آن در زندگی امروز ما ملموس است، اشاره می کنیم.
مصارف ساختمانی
نه تنها سبک بودن و استحکام نسبی، بلکه مقاومت بالای این فلز در برابر خوردگی سبب شده که در ساخت در، پنجره، دستگیره و … به صورت ریخته شده یا نوردی مورد استفاده قرار گیرد.
آلومینیم به محض قرارگیری در معرض هوا لایه ای اکسیدی با چسبندگی و استحکام بالا تشکیل می دهد که از خورده شدن آن دراتمسفر جلوگیری می کند.
مصارف خانگی
کتری، قاشق، چنگال، قابلمه و قسمت هایی از یخچال لوازمی هستند که تولید خود را مدیون آلومینیوم هستند.
مهم ترین دلیل استفاده از آلومینیم در این وسایل، مقاومت در برابر اکسیژن هوا، سبکی و هدایت حرارتی بالای این فلز است.
علاوه بر این، آلیاژهایی که دارای مقدار کمی تیتانیوم هستند، قابلیت شست و شو و پرداخت کاری بالایی دارند و تحت نام تجارتی آلپاکا و آلپاکس در ساخت قاشق وچنگال به کار می روند.
مصارف شهرسازی
آلومینیم به دلیل مقاومت بالا در برابر آب و رطوبت در ساخت تاسیسات ساختمانی مثل لوله ها، اتصالات و پمپ های آب استفاده می شود.
صنایع هواپیمایی
در صنایع هواپیمایی، کاهش وزن قطعات در کنار حفظ استحکام آن ها اهمیت زیادی دارد.
به همین دلیل آلومینیم می تواند گزینه مناسبی برای تولید قطعات هواپیما باشد. علاوه بر این، قابلیت شکل پذیری این فلز به اشکال گوناگون با روش های ریخته گری، نورد، اکستروژن و آهنگری (فورجینگ) باعث شده تا هر قطعه با مشخصات مکانیکی معین را بتوان با این روش تولید کرد.
خودروسازی و قطار
پیستون، اگزوز، دستگیره کاربراتور، رادیاتور و … از جمله قطعاتی هستند که با توجه به موارد گفته شده، با استفاده از این فلز تولید می شوند.
ساخت کشتی و زیردریایی
مقاومت آلومینیم در محیط های شیمیایی و نمک های دریایی عاملی موثر در طراحی قسمت های محتلف کشتی ها و زیردریایی ها مثل زیر بدنه، پروانه، پمپ و سایر قطعات کمکی در کشتی ها است.
مصارف بسته بندی و تجاری
قوطی های نوشیدنی ، بسته بندی های چای، مواد لبنی و بسیاری از پاکت ها امروزه از آلومینیم تهیه می شوند.
آلومینیوم به عنوان پوشش در بسته بندی انواع محصولات تجاری به منظور جلوگیری از جذب رطوبت به کارمی رود.
به این دلیل که این فلز از طریق عملیات نورد به ضخامتی تا حدود 10 میکرون و کمتر از آن می رسد که از آن می توان زرورق تهیه کرد.
مصارف الکتریکی
از لحاظ هدایت الکتریکی، آلومینیوم چهارمین عنصر جدول تناوبی محسوب می شود. اما جالب است بدانید که این فلز بهترین هدایت الکتریکی حجمی را در بین تمامی عناصر دارد!
به همین دلیل می توان از این فلز در صنایع الکتریکی بهره زیادی گرفت. به عنوان مثال از سری 1000 و 6000 می توان در تولید سیم های مفتول و کابل های برق استفاده کرد که می تواند جایگزینی برای فلز مس باشد.
