معرفی آلومینیوم
آلومینیوم(Aluminum)
آلومینیوم فراوان ترین فلز و سومین عنصر ِفلزّی است که به مقدار زیاد ، در پوسته ی زمین یافت می شود . آلومینیوم در طبیعت به صورت «آلومینیوم سیلیکات» پایدارAl(SiO3)3 و آلمینیوم هیدرواکسید Al(OH)3 وجود دارد . در دوران باستان یونانی ها زاج که یکی از فراوان ترین کانی های آلومینیوم است را می شناختند و از آن به عنوان داروی قابض در پزشکی و به عنوان ثابت کننده ی رنگ در رنگرزی استفاده می کردند . با این همه از شناخت آلومینیوم ، یکصد و هفتاد سال (1827)نمی گذرد .
آلومینیوم هیدرواکسید (Bauxite) یک نوع خاک اوره است که در آن عنصر های آلومینیوم بسیار غنی ای وجود دارد . (حدود 50درصد این فلز تشکیل شده است .) البته در این خاک ناخالصی هایی مانند : سیلیس (SiO2) ، اکسید های آهن و اکسید تیتانیوم(TiO2) وجود دارد .
آلومینیوم کشف شده «آلومین» نامیده می شود . آلومین یک ماده ی سخت ، شامل آلومینیوم و اکسیژن است . چون دمای ذوب آلومین زیاد است ، (در حدود 2050 درجه سلسیوس) الکترولیز آن در حالت مذاب بسیار دشوار است ؛ به این دلیل آن را در کریولیت (Na3AlF6) نمکِ مذاب حل می کنند و به این ترتیب مخلوطی به دست می آید که دمای ذوب (بین 960 تا 980 ) پایین تری دارد . سپس آن را از یک جریان الکتریکی قوی عبور می دهند تا اکسیژن آن کاملاً جدا شود . البته لازم به ذکر است که کریولیت در الکترولیز شرکت نمی کند و فقط دمای ذوب را پایین می آورد .
همچنین در این مرحله انرژی زیادی صرف می شود .
برای تولید Kg1 آلومینیوم ، Kg6 بوکسیت (Bauxite) ، Kg 4 محصولات شیمیایی و KW 14 برق نیاز است . در حالی که برای بازیافت آن 5% انرژی لازم است و فقط 5% دی اکسید کربن تولید می کند . جالب است اگر بدانید که مقدار انرژی که از بازیافت یک قوطی کنسرو ذخیره سازی می شود ، می تواند یک تلویزیون را به مدت سه ساعت روشن نگه دارد .
محصولات اپتدایی آلومینیوم در دنیا سالانه برا بر با 24000000 تن می باشد . کشوری که در جهان بیشترین مقدار آلومینیوم را تولید می کند ، استرالیا است . البته کشور هایی مانند : جامایکا ، برزیل ، گینه ، چین و قسمت هایی از اروپا در تولید این محصول نقش مهمی را ایفا می کنند .
شرکت های بازیافتی اغلب آلومینیوم را از شرکت های صنعتی ، مسقیم خریداری می کنند . بسیاری از کارخانه ها این فلزّات را ذوب می کنند و نا خالصی های آن را جدا کرده و در قالب های مختلف ریخته گری می کنند .
حجم بیشتری از این قطعات ریخته گری شده توسط کارخانه های خودرو سازی و هواپیما سازی مصرف می شود وبرای ساخت سر سیلند و مواردی از این قبیل کاربرد دارد .
در ایالات متحده ی آمریکا بازیافت آلومینیوم از قطعات خریداری شده در مقایسه سال 2001 با2000 تا 14% کاهش پیدا کرده است . 98/2 تن از فلزات بازیافتی را ، 60% از قطعات کارخانه ای و 40% از محصولات آلومینیومی کم ارزش تشکیل می دهد . این موضوع نشان دهنده این است که در سال های اخیر به بازیافت زباله های خانگی توجه بیشتری شده است .
بسیاری دیگر از شرکت ها ، بازیافت قوطی ها را انجام می دهند . بسیاری از این قوطی ها به صورت ورقه های آلومینیومی بازیافت می شوند و دوباره به صورت قوطی های نوشابه در می آیند . گزارشات نشان می دهد که آمریکا حدود 55600000 تن ، قوطی آلومینیومی را بازیابی کرده است و این مقدار باعث صرفه جویی های بسیاری در هزینه ها شده است .
آلومینیوم دارای خواصّی است که موجب شده ، بیش از اندازه مورد توجه قرار گیرد . این خواصّ عبارت اند از:
1- کاهندگی آلومینیوم
2- چگالی کم
3- رسانش گرمایی بالا و مقاومت حرارتی بالا
4- سازش پذیری با مواد غذایی
فرآیند بایر به وسیله کارل جوزف در اتریش در سال 1888 توسعه یافت و ثبت گردید.در این فرآیند باکسیت خرد شده در محلول قوی هیدروکسید سدیم در دماهای تا Ċ240 حل می گردد.بیشتر آلومینا طی این فرآیند حل شده و رسوب قرمز رنگی که عمدتاً از اکسیدهای آهن و سیلیس تشکیل شده است باقی می ماند که به وسیله ***** کردن جدا می شود.
غلظت هیدروکسید سدیم مورد استفاده و همچنین دما و فشار عملیات بر حسب طبیعت کانه باکست،مخصوصاً درصد شکلهای مختلف آلومینای (α،β،γ) موجود در کانه بهینه می شود.
AL2O3XH2O+2NaOH→NaAlO2+(x+1)H2O
متعاقباً در مرحله دوم به مرحله تجزیه موسوم است شرایط به گونه ای تنظیم می گردد که واکنش در جهت عکس به پیش برود.
2NaALO2+2H2O→2NaOH+Al2O3.3H2O
واکنش مزبور به وسیله سرد کردن و رقیق نمودن محلول و تلقیح با کریستالهای آبدار Al2O3.3H2O حاصل خواهد شد.که طی آن رسوب پودری شکل این ترکیب به جای شکل ژلاتینی آن به دست می اید.
واکنش تجزیه معمولاً در دمای حدودĊ50 در مخازنی که به آهستگی هم زده می شود انجام می گیرد و کامل شدن واکنش تا حدود 30 ساعت ممکن است به طول بکشد. اکسید آلومینیم حاصل از واکنش تجزیه را جدا کرده و شستشو می دهند در حالی که هیدروکسید سدیم حاصله بازیافت شده و به راکتور انحلال(مرحله اول) برگردانده خواهد شد.سپس اکسید آلومینیم آبدار در کوره های تونلی و یا اخیراً در بسترهای روان مورد عمل تکلیس قرار گرفته و آلومینا به دست خواهد آمد.عمل تکلیس در دو مرحله اتفاق افتد که طی آن اکثر آب تبلور اکسید آلومینیم ، در محدوده دمایی Ċ600-400 حذف می شود. آلومینای به دست آمده در این مرحله به شکل فعال می باشد که با حرارت دادن بیشتر در دمای Ċ1200 به آلومینای نسبتاً خنثی تبدیل می شود.شکل های مختلف آلومینا دارای مشخصات فیزیکی متفاوت می باشند که در واحدهای آلومینیم سازی کنترل و مشخص می گردد.
آلومینا آلومینا دارای دمای گداز بالا(Ċ2040) و هدایت الکتریکی ضعیفی می باشد.روش موفق تولید آلومینیم مبتنی بر حل کردن اکسید آلومینیم در کریولیت مذاب می باشد که نمونه ای ازاین الکترولیت شامل(90-80) درصد کریولیت و (8-2) درصد آلومینا بوده و افزودنی های دیگری از قبیل ALF3 و CAF2 به آن اضافه می شوند. کریولیت ابتدا از منابع نسبتاً کمیاب در گرینلند به دست می آمد و لیکن در حال حاضر به صورت مصنوعی تهیه می شود.یک سلول الکترولیز الومینیم از آندهای کربنی پخته شده مصرف شونده ،الکترولیت مذاب کریولیت – آلومینا،حمامی از آلومینیم مذاب،محفظه ای با آستر کربن برای نگهداری فلز مذاب و الکترولیت و یک سیستم جمع آوری گازها تولید شده ، تشکیل شده است.تغذیه آلومینا به داخل سلول به صورت متناوب و خودکار انجام می گیرد.یک نمونه سلول جدید در دمای حدودĊ950 و جریان 250 کیلوآمپر با چگالی جریان حدود7/0 آمپر بر سانتی متر مربع کار می کند.فاصله بین آند و کاتد 5 – 4 سانتی متر بوده و اختلاف پتانسیل در هر سلول 5/4 ولت می باشد. سلول الکترولیز به گونه ای عمل می کند که آستر کربن اطراف سلول با لایه ای از کریولیت جامد شده محافظت می شودو سطح بالایی حمام با قشری از آلومینا پوشیده می شود.روزانه حدود 1800 کیلوگرم آلومینیم در هر سلول تولید می شود که آلومینیم مذاب بطور منظم تخلیه شده و به صورت شمش ریخته گری می گردد.آلومینا بر حسب نیاز به داخل سلول شارژ می شود.
آلومینا دارای دمای گداز بالا(Ċ2040) و هدایت الکتریکی ضعیفی می باشد.روش موفق تولید آلومینیم مبتنی بر حل کردن اکسید آلومینیم در کریولیت مذاب می باشد که نمونه ای ازاین الکترولیت شامل(90-80) درصد کریولیت و (8-2) درصد آلومینا بوده و افزودنی های دیگری از قبیل ALF3 و CAF2 به آن اضافه می شوند. کریولیت ابتدا از منابع نسبتاً کمیاب در گرینلند به دست می آمد و لیکن در حال حاضر به صورت مصنوعی تهیه می شود.یک سلول الکترولیز الومینیم از آندهای کربنی پخته شده مصرف شونده ،الکترولیت مذاب کریولیت – آلومینا،حمامی از آلومینیم مذاب،محفظه ای با آستر کربن برای نگهداری فلز مذاب و الکترولیت و یک سیستم جمع آوری گازها تولید شده ، تشکیل شده است.تغذیه آلومینا به داخل سلول به صورت متناوب و خودکار انجام می گیرد.یک نمونه سلول جدید در دمای حدودĊ950 و جریان 250 کیلوآمپر با چگالی جریان حدود7/0 آمپر بر سانتی متر مربع کار می کند.فاصله بین آند و کاتد 5 – 4 سانتی متر بوده و اختلاف پتانسیل در هر سلول 5/4 ولت می باشد. سلول الکترولیز به گونه ای عمل می کند که آستر کربن اطراف سلول با لایه ای از کریولیت جامد شده محافظت می شودو سطح بالایی حمام با قشری از آلومینا پوشیده می شود.روزانه حدود 1800 کیلوگرم آلومینیم در هر سلول تولید می شود که آلومینیم مذاب بطور منظم تخلیه شده و به صورت شمش ریخته گری می گردد.آلومینا بر حسب نیاز به داخل سلول شارژ می شود. مکانیزم دقیق واکنش الکترولیت در سلول مشخص نبوده ولیکن محتمل است که یونهای Na‡ ،AlF4‡ و ALF6‡ و یونهای کمپلکسی مانند ALOF3² در سیستم جریان داشته و در کاتد آنیون ها و فلوئور و آلومینات از طریق انتقال بار به سطح کاتد جهت تولید فلز آلومینیم و یونهای ֿf تخلیه گردند در حالیکه در آند یونهای اکسی فلوئور و آلومینات تجزیه شده و اکسیژن آزاد نموده و CO2 تشکیل شود روی هم رفته واکنش انجام شده را می توان مطابق زیر نوشت. 2AL2O3+3C→4AL+3CO2 معمولاً 5/3 الی 4 تن باکسیت جهت استخراج 2 تن آلومینا مورد نیاز است که 2 تن آلومینا یک تن آلومینیم را به دست خواهد داد.مقادیر قابل ملاحظه ای از سایر مواد از قبیل حدود4/0 تن کربن نیز مصرف می گردد به هر حال حساس ترین عامل تولید،مصرف برق است که علیرغم بهینه سازی فرآیند از این نظر،هنوز مقدار 13000 تا 15000 کیلو وات ساعت برق جهت تولید یک تن آلومینیم از آلومینا مورد نیاز می باشد. این مقادیر با میزان 28000 کیلو وات ساعت مصرف انرژی بر تن آلومینیم در اوایل قرن بیستم و مقدار انرژی تئوریک لازم که تقریباً 6500 کیلو وات ساعت بر تن می باشد،قابل مقایسه است.از کل اختلاف پتانسل 5/4 ولت در درون یک سلول جدید،فقط 2/1 ولت آن مربوط به پتانسیل تجزیه و یا انرژی آزاد واکنش تشکیل آلومینیم مذاب در کاتد می باشد.قسمت اعظم افت ولتاژ مربوط به مقاومت الکترولیت در فضای بین الکترودها می باشد که بالغ بر حدود 7/1 ولت است و 40 – 30 درصد کل افت پتانسیل را تشکیل می دهد.راندمان را می توان با کاهش فاصلۀ بین آند و کاتد افزایش داد و این جنبه در طراحی سلولهای جدید مدنظر قرار گرفته است.یکی دیگر از اصلاحاتی که امیدوار کننده بوده ،پوشش دادن کاتد با دی براید تیتانیوم می باشد که باعث بهتر شدن خاصیت تر شوندگی سطح به وسیله آلومینیم مذاب می گردد. این امر باعث تشکیل یک فیلم نازک تر و پایدارتر آلومینیم شده که به راحتی با استفاده از کاتد شیبدار به داخل مخزن اصلی هدایت خواهد شد. کاهش فاصلۀ بین آند و کاتد از حد متداول 6 – 4 سانتی متر به 2 – 1 سانتی متر،کاهش افت ولتاژی حدود 5/1 – 1 ولت در سلول را به همراه خواهد داشت.پیش بینی کلی در مورد افزایش کارآئی سلول الکترولیز تا سال2000 حاکی از این است که مصرف الکتریسیته به طور متوسط تا 12500 کیلو وات ساعت به ازای تولید یک تن آلومینیم کاهش خواهد یافت .در مجموع کل انرژی لازم برای تولید یک تن آلومینیم از باکسیت موجود در زمین بین 70000 تا 75000 کیلو وات ساعت حرارتی برآورد می شود که یک کیلو وات ساعت الکتریکی معادل 3 کیلووات ساعت حرارتی می باشد.بر اساس این تبدیل ، مجموعاً 30000 کیلو وات ساعت حرارتی به ازای واحد حجم آلومینیم (M³) مورد نیاز است که در مقایسه با انرژی لازم برای تولید یک تن فولاد از کانه آهن موجود در زمین که 13000 الی 16000 کیلو وات ساعت حرارتی برآورد می شود بسیار بیشتر است.
خصوصیات آلومینیم خصوصیات آلومینیم: آلومینیم دارای هدایت قابلیت هدایت حرارتی بالایی می باشد که بعد از نقره و مس بهترین هادی حرارتی شناخته می شود و دارای دانسیته ای در حدود2.7 سانتی متر مکعب است . که به همین دلیل جزو آلیاژ های سبک محسوب می شود . این آلیاژ دارای مقاومت به خوردگی زیاد است که به علت ایجاد لایه پایدار اکسیدی متخلخل می باشد . دارای نقطه ذوب پایین در حدود 670 درجه سانتیگراد است و قابلیت انجام عملیات حرارتی دارد اما عملیات حرارتی آن اج هاردینگ یا پیر سازی می باشد و دارای قابلیت انجام کار مکانیکی و تغییر فرم سرد و گرم می باشد . و این الیاژ را می توان در قالب های دائمی و یا فورج نیز استفاده کرد . کاربرد آلومینیم : این آلیاژ به علت ویژگی های خاصی که دارد در بیشتر صنایع از جمله اتومبیل سازی غذاسازی ساختمان سازی بلوکه های سیلندر خودرو اسکلت سازی صنایع پتروشیمی و صنابع هوایی به کار می رود . آلیاژ های آلومینیم : به طور کلی آلیاژ های آلومینیم به دو دسته کلی تقسیم می شود : 1- آلیاژ های نوردی 2- آلیاژ های ریخته گی نکته : آلومینیم به علت داشتن ساختار FCC و تراکم زیاد در ساختار شبکه بلوری اش فرم کاری خوبی در درجه حرارت محیط دارد . 1- آلیاژ های نوردی : در آلیاژ های نوردی ابتدا آلیاژ به شکل شمش ریخته شده سپس با توجه به شرایط تولید هر یک از فرآیند های کار سرد شامل : نورد ، فورج ، سوراخ کاری برش و .... روی قطعه انجام می شود . روش های تولید شمش های نوردی : معمولا دو روش برای تهیه شمش نوردی استفاده می شود : 1-روش مداوم (countinus) 2- روش نیمه مداوم و یا تکباری ( non countinus) 1- روش مداوم : این روش که از سرعت تولید بالایی برخوردار است که به این صورت می باشد که ذوب ریزی به صورت مداوم ادامه پیدا می کند . به این صورت که محفظه ای از فولاد گرم که در زیر پاتیل مذاب قرار دارد مذاب را به صورت دائم دریافت می نماید ، مذاب پس از رها شدن از پاتیل وارد محفظه شده و در مرحله اول آب گرد هایی که در قسمت بالای محفظه قرار دارند مذاب را به مرحله خمیری می رساند در مرحله بعد مذاب به مرحله آب فشان رسیده و به طور کامل منجمد می شود و در پایان تیغه ای که در انتهای محفظه قرار دارد فلز را برش زده و بر روی صفحه نقاله می اندازد . 2- روش تکباری : این روش که در کارخانه ها و به وسیله قالب های ماسه ای انجام می شود به این صورت است که ابتدا کوره را به مقدار معینی شارژ کرده سپس شارژ آماده شده را در قالب های مورد نظر می ریزند . 2- تهیه آلیاژ های ریخته گی ( فرآیند شکل ریزی) هدف تولید : تولید شکل نهایی قطعه به صورت مذاب ریزی مستقیم انواع مواد شارژ جهت ریخته گری آلیاژ های آلومینیم 1- شمش اولیه : این شمش معمولا در کارخانه های ریخته گری تولید می شود و از درصد خلوص بالایی درحدود 99.9% برخوردار است که معمولا به صورت پوکه های مستطیل شکل با وزن 15 الی 20 کیلو گرم تهیه می شوند . که جهت آلیاژ سازی آن ها از شمش های منیزیم ، روی ، سیلیسیم استفاده می شود که معمولا از شمش های منیزیم و سیلیسیم درمواقعی استفاده می شود که بخواهیم درصد کمی منیزیم و سیلیسیم به مذاب اضافه کنیم در غیر این صورت از آلیاژ ساز ها یا هاردنر ها (hardner) استفاده می کنیم 2- شمش های ثانویه: این شمش ها معمولا از ذوب مجدد قراضه های و برگشتی ها تولیدمی شود و با توجه به اینکه عملیات تصفیه و تمیز کاری روی این شمش ها انجام می شود از لحاظ قیمت گرانتر از شمش های اولیه می باشد اما دارای درصد خلوص و کیفیت بالاتری نسبت به شمش های اولیه می باشد . 3-قراضه ها : که قیمت مناسبی داشته ولی قبل از استفاده باید عملیات تمیز کاری بر روی آن ها انجام شود . 4- برگشتی ها : این شمش ها انواع قطعات معیوب سیستم راهگاهی را شامل می شود که به جهت شارژ مجدد در ریخته گری استفاده می شود . 5-آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژن 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 1080 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که این عمل باید به صورت آمیژن انجام شود . یا اضافه کردن روی با نقطه ذوب 420 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که باید به صورت آمیژن انجام شود . نكته به آمیژن آلومینیم سیلیسیم ( سیلومین)گفته مي شود نکته : آمیژن در اين 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 . مثال : اگر بخواهیم آلیاژی از آلومینیم بسازیم که دارای ترکیب 5% سیلیسیم 0.4 % منیزیم 1/2 % مس و بقیه نیز آلومینیم باشد . و مواد مورد استفاده نیز شامل شمش اولیه با خلوص 99/99 درصد 1- آمیژن سیلومین با 13 درصد سیلیسیم 2- آمیژن منیزیم با 10 درصد منیزیم 3- آمیژن مس با 50 درصد مس جهت تهیه 100 کیلوگرم از مذاب چه مقادیری از این مواد باید مصرف شود . تلفات استاندارد : سیلیسم 1% منیزیم 3% مس 1% آلومینیم 1% جواب سوال انواع کوره های ذوب آلومینیم : 1- کوره های زمینی 2- کوره های شعله ای و یا روربر 3- کوره الکتریکی که این کوره ها خود به دو دسته کوره های مقاومتی وکوره های القایی تقسیم می شوند مزیت های کوره های مقاومتی این کوره های از نظر اقتصادی هزینه سرمایه گذاری کمتری نسبت به کوره القایی می خواهد و باعث ایجاد مذابی یکنواخت می گردد 1- کوره های زمینی : در کوره های زمینی بوته به شکل ثابت و یا متحرک استفاده می شود و معمولا جنس بوته در این کوره ها از گرافیت و یا کاربید سیلیسیم می باشد 2- کوره های شعله ای : در این کوره ها شعله به صورت مستقیم با مواد شارژ برخورد می نماید این کوره ها معمولا به شکل اتاقک های مکعب مستطیل می باشد و معمولا در این کوره ها از سوخت های گازوئیل ، مازوت و یا گاز استفاده می شود . راندمان این کوره ها پایین بوده و ذوب فلز به صورت تششع شعله انجام می شود تناژ این کوره ها بسیار بالا می باشد و معمولا ظرفیت شارژ این کوره ها حداکثر تا 20 تن می باشد این کوره ها معمولا به دو صورت دیده می شود الف: نوع اول آن که بدون پیش گرم بوده و مواد شارژ به صورت مستقیم و سرد وارد کوره می شود . ب: نوع دوم آن کوره هایی با پیش گرم شارژ بوده که در این روش مواد شارژ در قسمت بالای کوره قرار می گیرند و تحت تاثیر دمای کوره پیش گرم می شوند در این کوره های معمولا راندمان بیشتر بوده و تلفات حرارتی کمتر می باشد 3- کوره های الکتریکی : این کوره ها معمولا در دو نوع مقاومتی و القایی می باشد الف : کوره های مقاومتی : این کوره ها از المنت های فنری تشکیل شده است که در جداره کوره قرار دارند و که برای گرم کردن جداره کوره استفاده می شود که حداکثر دمای این المنت ها 1200 درجه می باشد که با توجه به دمای ذوب آلومینیم که حداکثر 820 درجه سانتیگراد است لذا عملا نیازی به درجه حرارت های بالا و زیاد در ذوب نیست ب: کوره های القایی : معمولا این کوره ها از نظر کیفیت ذوب به علت تماس نداشتن مذاب با عوامل احتراق مناسب می باشند و برای آلیاژ سازی مناسب هستند . در این کوره ها ترکیب شیمیایی مذاب یکنواخت تر بوده و سطح سرباره خوبی در ذوب ریزی ندارند . کنترل درجه حرارت ، کنترل ترکیب شیمیایی مذاب ، یکنواختی ترکیب شیمیایی و انحلال گاز کمتر همگی باعث افزایش کفیت مذاب در این کوره ها شده است .
آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می تواند اتم های 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 660 درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2750 درجه می باشد. آلومینیم را در دماهای 1000 درجه و بالاتر از آن استفاده نمی کنند به دلیل اینکه شدیدا اکسید شده و تلفات آن زیاد می باشد. ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیم تلفات دارند. وزن مخصوص 7/2 می باشد و در حالت مذاب 3/2 بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن زیاد می باشد.در صد انقباض آن در فاز مایع 10% و در حین انجماد 8/6% است و به دلیل انقباض های زیاد به تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت می یابد.مهمترین آیاژهای 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 می یابد . 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 مثلا یک آلومینیم خاص را با یک آلیاژ دیگر در نظر بگیرید در فلز خاص در یک دمای خاص انجماد صورت می گیرد .در صورتی که در یک آلیاژ انجماد در یک فاصله در جه حرارتی صورت می گیرد. عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر : اگر درجه حرارت 180 درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده ( فرار می باشد ) و هید روژن به داخل آن نفوذ می کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازده ی آن بیشتر می شود. عملا باید 6/0 % 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 می کند .
کلر معایبی هم دارد که عبارتست از :
1- سمی بودن کلر 2- تلفات آلومینیم
عملیات با کلرید ها قدیمی ترین روش گاز زدایی می باشد و بر اساس واکنش کلر با فلز است . در این روش تر کیبات کلرید تجزیه شده و در انتخاب کلرید بایستی دقت شود تا ناخالصی وارد مذاب نشود.آلیاژ های Mg-Al که تا 2%Mg خالص به مذاب AL تولید می شود. بدیهی است که تلفات این عنصر زیاد می باشد و از این رو اغلب از آمیژن این عنصر با 10 % Mg استفاده می شود.سیالیت آلیاژهای Mg کم بوده و از این سیستم های راهگاهی معمولا از اندازه عادی بزرگتر انتخاب می گردد.
آلیاژهای Si-Al-Mg
دو عنصر آلیاژی Si و Mg قادر به ترکیب بوده و ترکیب بین فلزی را بوجود می آورند این عناصر به عنوان یک سیستم آلیاژی شبه دو تایی عمل می کند.این سیسیتم سه تایی سیستمی است که می توان آن را تحت عملیات حرارتی محلولی و پیر سختی قرار داد . آلیاژهای سه تایی دارای مزیت سیستم شبه دو تایی و همچنین اثرات مفید Si محلول درصد کم Mg تا حدود 3/0 % و درصد های بالای Si یعنی 6-8 %می باشد.افزایش بیشتر Si باعث بهبود خواص ریخته گری این آلیاژ ها می شود . در بعضی از آلیاژها ترکیب سیلیسیم و منیزیم مضر هستند که در نتیجه به عنوان نا خالصی محسوب می شوند . به خاطر این که تمامی آلیاژ Al دارای Si می باشد افزایش سختی در اثر تشکیل می باشد و با افزایش این سختی آلیاژ ترد و شکننده می شود.از خواص قطعات ریخته گری Al می تواند به قابلیت ماشین کاری ، قابلیت پرداخت کاری ، جوش کاری، لحیم کاری و قابلیت عملیات سختی سطحی اشاره کرد . این آلیاژ دارای خواص دیگری مانند استحکام برشی ، استحکام فشاری و مقاومت به خوردگی نیز می باشد.
وزن مخصوص كم:
یك متر مكعب آلومینیوم خالص 8/2827 كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 كیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم نیز حداقل 1978 كیلوگرم در هر متر كعب سبك‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است.
پوشش سخت دادن Hard Coating
یكی از فرآیندهای آندایزه كردن است كه به تدریج اهمیت پیدا می‌كند و آن را آندایزه كردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. این فرآیند گرچه در اساس مشابه آندایزه كردن معمولی است ولی از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسید سولفوریك و درجه حرارت عمل پایینتر است. فرآیند بقدری ادامه می‌یابد كه لایه اكسیدی به ضخامتی تا حدود 5 برابر ضخامت آندایزه كردن معمولی برسد.
پوشش آلومینیومی دادن Alcladding
بطور كلی آلیاژهای آلومینیوم با استحكام زیاد از نظر خوردگی كم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادن یكی از روشهای افزایش مقاومت خوردگی به یك آلیاژ با استحكام زیاد است. در این فرآیند یك لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقهای مناسب است.
ریخته گری در قالبهای مختلف
ریخته گری در قالب های فلزی – ریخته گری در قالبهای ماسه در قالبهای فلزی در رابطه با آلیاژهای آلومینیم – سیلیسیم با افزایش درصد سیلیسیم سختی پیوسته افزایش می یابد با افزایش در صد سیلیسیم تا حدود 12% استحکام کششی افزایش و بعد از آن کاهش می یابد و همچنین با افزایش آن تا حدود 6% از دیادطول کاهش می یابد.در رابطه با قالب های ماسه ای با افزایش درصد سیلیسیم تا حدود 22% استحکام افزایش و بعد از آن کاهش می یابد .افزودن سیلیسیم به مذابآلومینیم توسط آلیاژ ساز های آلومینیم-سیلیسیم که دارای 13 تا 23 % سیلیسیم می باشد صورت می گیرد این آلیاژ ساز به دلیل نقطه ذوب پایین یعنی 580 درجه سانتیگراد به راحتی در مذاب آلومینیم قابلیت حل شدن دارند.
روش های مختلف قالبگیری آلیاژهای آلومینیم :
آلیاژهای آلومینیم با کلیه روش های قالبگیری موقت ماسه ای ، گچی پوسته ای ، سرامیکی و قالب های فلزی و قالب های تحت فشار قابلیت ریخته گری دارند. ریخته گری در قالب های ماسه ای از انواع ماسه های سیلیسی ، زیرکنی ، کرومیتی استفاده می شود و در قالب های فلزی جنس قالب های فلزی از چدن خاکستری پر کربن بوده و سطح آن را با گرافیت پوشش می دهند.
نرمی آلومینیم در حالت سرد
اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلیبا رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود داردنیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی داردوضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگریدر اثر کار سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار استماده مستحکم تر و سخت تر می شوددر قطعه تنش تولید میشوداگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سردمممکن است باعث ترک خوردن آن شودراحت ترین ماده آلومینیمی از نظرتغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم آ« استآلومینیم خالص وآلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حالکار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده استآلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدارکمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است .
دوست عزیز، به سایت علمی نخبگان جوان خوش آمدید
مشاهده این پیام به این معنی است که شما در سایت عضو نیستید، لطفا در صورت تمایل جهت عضویت در سایت علمی نخبگان جوان اینجا کلیک کنید.
توجه داشته باشید، در صورتی که عضو سایت نباشید نمی توانید از تمامی امکانات و خدمات سایت استفاده کنید.
پاسخ با نقل قول
علاقه مندی ها (Bookmarks)