آلیاژ آلومینیوم چیست؟ | انواع  آلیاژ آلومینیوم + کاربردها

آلومینیوم خالص، به دلیل نرمی و انعطاف‌پذیری بالا، برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب نیست.  به همین دلیل، آلیاژ آلومینیوم مورد توجه قرار گرفته است و با ترکیب آلومینیوم و عناصر دیگر، مثل مس، منیزیم، سیلیکون، منگنز و روی، خواص مکانیکی و شیمیایی فوق‌العاده‌ای را اراده می‌دهد. آلیاژهای آلومینیوم، با وزن کم، استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت ماشین‌کاری عالی، در صنایع مختلفی مثل هوافضا، خودروسازی، ساختمان‌سازی و بسته‌بندی، کاربردهای گسترده‌ای دارند. آلیاژهای آلومینیوم، در مقایسه با فولاد آلیاژی، وزن کمتری دارند و در عین حال، استحکام قابل توجهی ارائه می‌دهند. در این مقاله از میهن فولاد، قصد داریم بیشتر درمورد این آلیاژ صحبت کنیم. با ما همراه باشید.

آلیاژ چیست؟

همان‌طور که می‌دانید، آلیاژ دارای ترکیباتی از عناصر آلیاژی است. این ترکیب‌ها، برای بهبود خواص ماده اولیه، مانند استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی الکتریکی یا خواص مغناطیسی، انجام می‌شود. فولاد آلیاژی، نمونه‌ای از آلیاژ توسعه یافته است.

آلیاژها را می‌توان به دو دسته کلی آلیاژ آهنی، که پایه آن آهن است و آلیاژ غیرآهنی، که پایه آن فلز دیگری مانند آلومینیوم، مس، نیکل، تیتانیوم یا منیزیم است، تقسیم‌بندی کرد. برای مثال، آلیاژ مس، به‌دلیل رسانایی الکتریکی عالی، در سیم‌کشی و صنایع الکترونیک استفاده می‌شود. آلیاژ منیزیم، به‌دلیل وزن کم، در ساخت قطعات خودرو و هواپیما مورد توجه است. حتی پلیمرها نیز می‌توانند با مواد دیگر ترکیب شده و آلیاژ پلیمری را تشکیل دهند.

اما چرا این ترکیب شیمیایی اهمیت دارد؟ زیرا آهن خالص، به‌تنهایی استحکام لازم را ندارد. پس فولاد آلیاژی، با ترکیب آهن و عناصری مانند کربن، منگنز و سیلیسیم، خواص بهتری می‌تواند ارائه دهد. این آلیاژ، استحکام و مقاومت لازم را برای تحمل بارهای سنگین فراهم می‌کند. بنابراین، آلیاژها با تغییر خواص مواد، امکان ساخت محصولاتی با عملکرد بهتر را فراهم می‌کنند. 

آلیاژ آلومینیوم چیست؟

آلیاژ آلومینیوم، ترکیبی از آلومینیوم خالص با عناصر آلیاژی دیگر است. این عناصر، مانند مس، منیزیم، منگنز، سیلیسیم، قلع، نیکل و روی، برای بهبود خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی به آن اضافه می‌شوند. آلومینیوم به‌صورت خالص، فلزی نرم و چکش‌خوار است و استحکام کافی برای بسیاری از کاربردهای مهندسی را ندارد. اما با تشکیل آلیاژ، این فلز سبک، به ماده‌ای مستحکم و مقاوم تبدیل می‌شود.

روش تولید آلیاژ آلومینیوم

فرآیند ساخت آلیاژ آلومینیوم، شامل ذوب آلومینیوم و سپس افزودن عناصر آلیاژی به آن در دما و شرایط کنترل شده است. نسبت هر عنصر در آلیاژ، تاثیر مستقیمی بر خواص آن دارد. برای مثال، افزودن مس به آلومینیوم، استحکام و سختی آن را افزایش می‌دهد. در حالی‌که افزودن منیزیم، مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می‌بخشد. پس از ترکیب عناصر، مذاب حاصل، به شکل شمش یا بیلت ریخته‌گری می‌شود و سپس برای تولید محصولات مختلف، تحت عملیات شکل‌دهی مانند نورد، اکستروژن یا فورج قرار می‌گیرد.

چرا از آلیاژ آلومینیوم استفاده می‌شود؟

آلیاژ آلومینیوم، نسبت استحکام به وزن بالایی دارد. یعنی در عین سبکی، بسیار مقاوم بوده و برای همین، گزینه‌ای مناسب برای ساخت هواپیما و قطعات خودرو است. قابلیت جوشکاری و شکل‌پذیری عالی نیز از دیگر خصوصیات این آلیاژها است. به‌راحتی می‌توان آن‌ها را به اشکال مختلف درآورد و به یکدیگر متصل کرد.

مقاومت در برابر خوردگی، یکی دیگر از ویژگی‌های مهم آلیاژهای آلومینیوم است. این آلیاژها در محیط‌های مرطوب و خورنده، به خوبی مقاومت می‌کنند. هدایت الکتریکی و گرمایی خوب و همچنین قابلیت انعکاس نور و گرما، از دیگر خواص آلیاژهای آلومینیوم هستند. علاوه‌برآن، آلومینیوم غیرسمی است و برای سلامتی انسان خطری ندارد. بنابراین، آلیاژهای آلومینیوم، موادی ارزشمند با کاربردهای مختلف در صنایع مختلف هستند.

مزایا و معایب آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیوم، مثل هر ماده‌ی دیگری، در کنار مزایای فراوان، معایبی نیز دارند که عبارتند از:

مزایا

1. همان‌طور که اشاره شد آلیاژ آلومینیوم، در عین سبکی، از استحکام قابل توجهی برخوردار است. کاهش وزن در صنایع مختلف، به معنی کاهش مصرف سوخت است.
2. آلیاژهای آلومینیوم، به‌طور طبیعی در برابر خوردگی مقاوم هستند. لایه‌ی نازک اکسید آلومینیوم که بر سطح آن‌ها تشکیل می‌شود، مانند یک سپر محافظ، از فلز زیرین در برابر عوامل خورنده محافظت می‌کند.
3. هدایت حرارتی و الکتریکی بالایی دارد. 
4. به‌راحتی قابل ماشینکاری هستند و می‌توان آن‌ها را به اشکال مورد نظر درآورد.

معایب

1. هزینه‌ی تولید آلومینیوم، نسبت به برخی فلزات دیگر، مانند فولاد، بالاتر است.
2. استحکام آلومینیوم در دمای بالا کاهش می‌یابد. بنابراین، برای کاربردهای دما بالا، مناسب نیستند.
3. جوشکاری برخی از آلیاژهای آلومینیوم می‌تواند پیچیده باشد و نیازمند تجهیزات و مهارت خاصی است.
4. در مقابل خستگی (شکست در اثر بارگذاری تکراری) نسبت به فولاد، مقاومت کمتری دارند.

انواع آلیاژ آلومینیوم

این آلیاژها به دو دسته‌ی اصلی کارشده (Wrought) و ریختگی (Cast) تقسیم‌بندی می‌شوند. هر دسته نیز شامل سری‌های مختلفی است که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند.

• آلیاژهای آلومینیوم کارشده (Wrought)

این آلیاژها قابلیت شکل‌پذیری از طریق فرآیندهایی مانند نورد و اکستروژن را دارند. برای شناسایی آن‌ها، از یک سیستم چهار رقمی استفاده می‌شود.

• رقم اول، گروه آلیاژ را مشخص می‌کند.
• رقم دوم، اصلاح آلیاژ اصلی یا حدود ناخالصی‌ها را نشان می‌دهد.
• دو رقم آخر نیز بیانگر میزان خلوص آلومینیوم در آلیاژ هستند.
• برای مثال، در آلیاژ 1050، رقم اول (1) نشان‌دهنده‌ی سری 1000 و خلوص 99.5% آلومینیوم است.

سری 1000، آلومینیوم خالص تجاری

این سری شامل آلیاژهایی با حداقل 99% آلومینیوم است. به‌دلیل خلوص بالا، رسانایی الکتریکی و انعکاس نوری بسیار خوبی دارند. نرم و چکش‌خوار بوده و به‌راحتی شکل می‌گیرند. از کاربردهای آن‌ها می‌توان به ساخت لوله‌های ظریف، قطعات الکتریکی و ورق‌های منعکس‌کننده اشاره کرد. مثال‌هایی از این سری عبارتند از: 1050، 1060 و 1100.

سری 2000، آلومینیوم-مس

عنصر اصلی آلیاژی در این سری، مس است. افزودن مس به آلومینیوم، استحکام، سختی و قابلیت جوشکاری آن را افزایش می‌دهد. قابلیت ماشینکاری خوبی داشته و برای ساخت قطعات ظریف مانند پیچ‌های مهندسی مناسب هستند. آلیاژهای 2011، 2025، 2219 و 2419 از جمله اعضای این سری هستند. همچنین قابلیت عملیات حرارتی دارند که امکان تنظیم خواص مکانیکی را فراهم می‌کند.

سری 3000، آلومینیوم-منگنز

در این سری، منگنز عنصر اصلی آلیاژی است. افزودن منگنز، استحکام آلومینیوم را افزایش می‌دهد. این آلیاژها برای کاربردهای عمومی که استحکام متوسطی نیاز است، مناسب هستند. از معروف‌ترین آلیاژهای این گروه می‌توان به 3003، 3004 و 3005 اشاره کرد که برای ساخت مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سری 4000، آلومینیوم-سیلیسیم

این سری، با افزودن سیلیسیم به آلومینیوم تولید می‌شود. کاربرد این سری نسبت به سایر سری‌ها کمتر است. معمولاً در صورت نیاز به حضور سیلیسیم، از سری 6000 که شامل منیزیم و سیلیسیم است، استفاده می‌شود.

سری 5000، آلومینیوم-منیزیم

منیزیم، عنصر اصلی آلیاژی در این سری است. افزودن منیزیم، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم را افزایش می‌دهد. این آلیاژها قابلیت جوشکاری خوبی دارند و بسیاری از آن‌ها به‌عنوان آلیاژهای تزئینی استفاده می‌شوند. آلیاژهای 5052، 5083 و 5086 از جمله اعضای این سری هستند.

سری 6000، آلومینیوم-منیزیم-سیلیسیم

این سری، از معروف‌ترین و پرکاربردترین آلیاژ آلومینیوم کارشده است. ترکیب منیزیم و سیلیسیم، استحکام و شکل‌پذیری خوبی به این آلیاژها می‌دهد. آلیاژهای 6061 و 6063، که برای ساخت پروفیل‌های درب و پنجره استفاده می‌شوند، از جمله اعضای معروف این سری هستند.

سری 7000، آلومینیوم-روی

این سری شامل آلیاژهای با استحکام بسیار بالا است. روی، عنصر اصلی آلیاژی در این سری است و باعث افزایش استحکام می‌شود. آلیاژهای 7075 و 7050، که در صنایع هوافضا کاربرد دارند، از جمله اعضای این سری هستند.

• آلیاژهای آلومینیوم ریختگی (Cast)

این آلیاژها برای ریخته‌گری در قالب طراحی شده‌اند و خواصی مانند سیالیت و تغذیه‌پذیری خوبی دارند. برای شناسایی آن‌ها از یک سیستم سه یا چهار رقمی استفاده می‌شود.

• رقم اول، گروه آلیاژ را مشخص می‌کند.
• دو رقم بعدی، نشان‌دهنده میزان خلوص آلومینیوم نیستند و برای تمایز آلیاژها در یک گروه استفاده می‌شوند.

سیلیسیم، به‌دلیل بهبود خواص ریخته‌گری، در تمامی این آلیاژها وجود دارد. سری‌های اصلی آلیاژهای ریختگی عبارتند از: ۲۰۰، ۳۰۰، ۴۰۰، ۵۰۰، ۷۰۰ و ۸۰۰ و… . هر کدام از این سری‌ها با عناصر آلیاژی مختلفی مانند مس، سیلیسیم، منیزیم، روی و قلع تولید می‌شوند و کاربردهای خاص خود را دارند. برای مثال، سری 400 که حاوی سیلیسیم است، برای ریخته‌گری قطعات با هندسه‌ی پیچیده استفاده می‌شود. سری 300 نیز که حاوی سیلیسیم و مس یا منیزیم است، از پرکاربردترین آلیاژهای ریختگی محسوب می‌شود.

کاربردهای آلومینیوم در صنعت

آلیاژ آلومینیوم، به‌دلیل خواص عالی خود، در بخش وسیعی از صنایع کاربرد دارد که شامل:

صنایع حمل‌ونقل

در صنعت هوافضا، آلومینیوم برای ساخت بدنه و بال‌های هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرند. در صنعت خودروسازی نیز، این آلیاژها در ساخت قطعات موتور، شاسی و بدنه خودرو به‌کار می‌روند و باعث کاهش وزن و افزایش راندمان سوخت می‌شوند. در صنعت ریلی نیز برای ساخت واگن‌های قطار استفاده می‌شود. کشتی‌سازی نیز از دیگر صنایعی است که از این آلیاژها استفاده می‌کند.

صنایع ساختمان

در صنعت ساختمان، آلیاژ آلومینیوم برای ساخت درب، پنجره، نمای ساختمان و سازه‌های سبک مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقاومت در برابر خوردگی، از جمله مزیت‌های استفاده از این آلیاژها در ساختمان‌سازی است.

بسته‌بندی

در صنعت بسته‌بندی، از آلومینیوم برای تولید قوطی‌های نوشیدنی، فویل‌های آلومینیومی و بسته‌بندی‌های غذایی استفاده می‌شود. این آلیاژها از مواد غذایی در برابر رطوبت، نور و اکسیژن محافظت می‌کنند.

صنایع الکتریکی و الکترونیکی

به‌دلیل هدایت الکتریکی بالا، آلیاژ آلومینیوم در ساخت سیم‌های برق و قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در ساخت مبدل‌های حرارتی نیز کاربرد دارد.

در آخر، علاوه‌بر کاربردهای ذکر شده، آلومینیوم در صنایع مختلف دیگری مانند تولید وسایل آشپزخانه، مبلمان، تجهیزات ورزشی و… نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. آلومینیوم با خواص فوق‌العاده خود، بسیاری از چالش‌های صنایع را برطرف می‌کند. همچنین، شما می‌توانید برای دریافت مشاوره تخصصی درمورد انواع فولاد و یا استعلام قیمت فولاد آلیاژی با کارشناسان ما تماس بگیرید.

سوالات متداول

1. آلیاژ آلومینیوم چیست؟
   آلیاژ آلومینیوم ترکیبی از آلومینیوم با عناصر دیگر، مانند مس، منیزیم، منگنز، سیلیسیم و روی است که برای بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی آن ایجاد می‌شود.
2. چرا از آلیاژهای آلومینیوم استفاده می‌کنیم؟
   آلیاژهای آلومینیوم به دلیل سبکی، استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت بازیافت، در صنایع مختلف کاربرد وسیعی دارند.
3. معروف‌ترین سری‌های آلیاژهای آلومینیوم کدامند؟
   سری‌های 1000، 2000، 3000، 5000، 6000 و 7000 از جمله معروف‌ترین سری‌های آلیاژ آلومینیوم کارشده هستند و سری‌های 200، 300 و 400 از پرکاربردترین آلیاژهای ریختگی می‌باشند.