ظهور آلومینیوم که در نتیجه اکتشافات علمی بود، به یک نقطه قوت دوران صنعتی مدرن تبدیل شد. داستان آن به همان اندازه که انقلابی در این زندگی بشر است، جذاب نیز می‌باشد. از فعال کردن شاهکار گرانش پرواز انسان تا بازتعریف ساخت خودرو. این فلز نقره ای-سفید، سنگ بنای نوآوری صنعت برای بیش از یک قرن بوده است.
آلومینیوم، سبک وزن و در عین حال مستحکم، مقاوم در برابر خوردگی و در عین حال چکش‌خوار، دارای مجموعه‌ای از خواص است که آن را به انتخابی قانع‌کننده در بین کاربردهای بی‌شمار تبدیل می‌کند. امروزه، در حوزه خودروهای با کارایی بالا و اهداف بلندپروازانه زیست محیطی، نقش آلومینیوم هرگز به این اندازه حیاتی نبوده است. این چشم انداز صنعت را متحول می‌کند و ما را به سمت آینده‌ای کارآمدتر و پایدارتر سوق می‌دهد.
تولد یک نیروگاه صنعتی
داستان آلومینیوم از اوایل قرن نوزدهم شروع می‌شود. علیرغم فراوانی آن در پوسته زمین، آلومینیوم تا سال 1825 عمدتاً بلا استفاده باقی ماند. هانس کریستین اورستد، فیزیکدان دانمارکی، اولین کسی بود که مقادیر کمی آلومینیوم تولید کرد. با این حال، تا سال 1886، زمانی که چارلز مارتین هال و پل هرول به طور مستقل روشی را برای استخراج کارآمد آلومینیوم کشف کردند، پتانسیل صنعتی آن محقق نشد.
این کشف انقلابی، که اکنون به عنوان فرآیند هال-هرولت شناخته می‌شود، باعث افزایش سریع و جهانی تولید آلومینیوم شد. این فلز که زمانیدر دسته فلزات گرانبها قرار داشت، قبلاً به دلیل کمیاب بودن، بالاتر از طلا ارزش گذاری می‌شد. اما، برای اولین بار در تاریخ، به راحتی برای استفاده تجاری و صنعتی گسترده در دسترس بود. ویژگی‌های منحصر به فردی که هال و هرول رونمایی کردند، زمینه را برای انقلاب صنعتی بعدی و فراتر از آن فراهم می‌کند.
خواص فیزیکی آلومینیوم آن را به یک نامزد ایده آل برای طیف وسیعی از کاربردها تبدیل کرده است. از جمله این موارد می‌توان به وزن سبک، چکش خواری و مقاومت در برابر خوردگی آن اشاره کرد. صنعت بسته بندی از ویژگی‌های آلومینیوم استفاده کرد که از کالاها در برابر هوا، نور و رطوبت محافظت کند. بخش ساخت و ساز نیز از قدرت و مقاومت این فلز در برابر خوردگی ناشی از آب و هوا و مواد شیمیایی استفاده کرد.
با این حال، ظهور صنایع هوانوردی و خودروسازی بود که واقعاً بر اهمیت حیاتی آلومینیوم تأکید کرد. سبک بودن آلومینیوم آن را به یک ماده ضروری در ساخت هواپیما تبدیل کرده و وزن را کاهش می‌دهد و در عین حال یکپارچگی ساختاری را حفظ می‌کند.
به طور مشابه، در صنعت خودرو، استفاده از آلومینیوم برای طراحی وسایل نقلیه سبک‌تر امکان پذیر بود. این به بازده سوخت و بهبود عملکرد کمک می‌کند. این ماده انتخابی برای بسیاری از تولیدکنندگانی شد که به دنبال کاهش وزن خودرو بدون به خطر انداختن ایمنی هستند. با تشدید نگرانی‌های زیست محیطی، نقش آلومینیوم در بهبود مصرف سوخت، جایگاه آن را در دنیای خودرو تقویت کرد. بنابراین، آلومینیوم از یک بازیگر مکمل به ایفای نقش اصلی در تئاتر صنعتی جهانی تبدیل شد.
راهنمای آلیاژهای آلومینیوم
آلیاژهای آلومینیوم در اشکال و اندازه‌ها، از ورق و صفحه گرفته تا لوله و میله وجود دارند. هر کدام با خواص منحصر به فرد خود در دسترس هستند. در واقع، انجمن آلومینیوم در حال حاضر بیش از 530 ترکیب فعال آلیاژهای آلومینیوم را می‌شناسد. انتظار داریم این رقم به طور مستمر افزایش یابد. به این ترتیب، انتخاب آلیاژ مناسب برای کاربردهای خاص بسیار مهم است. حتی تغییرات جزئی در ترکیب شیمیایی می‌تواند به شدت بر استحکام، کارایی، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت الکتریکی آلیاژ تأثیر بگذارد.
آلیاژ آلومینیوم 1100
آلیاژ 1100 که به عنوان آلومینیوم خالص تجاری در نظر گرفته می‌شود، با سطح خلوص 99.0٪ یا بالاتر، نرم‌ترین آلیاژ در بین آلیاژهای آلومینیوم رایج است. عملیات حرارتی بر روی این آلیاژ ممکن نیست، بسیار چکش خوار است و مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی ارائه می‌دهد. در حالی که جوش پذیری فوق العاده‌ای دارد، محدوده ذوب نسبتاً کوچکی دارد.
آلیاژ 1100 قابلیت ماشین کاری خوبی دارد و اغلب برای کارهای برقی، مواد غذایی و مواد شیمیایی، ظروف، روشنایی، تهویه مطبوع و عایق‌های حرارتی استفاده می‌شود.
آلیاژ آلومینیوم 3003
آلومینیوم 3003 که به عنوان پرکاربردترین آلیاژ در بین آلیاژهای رایج در نظر گرفته می‌شود، همچنان امکان عملیات حرارتی بر روی آن نیست. استحکام آن حدود 20 درصد بیشتر از استحکام 1100 است که آن را به یک آلومینیوم همه منظوره کاربردی برای کاربردهایی که به استحکام متوسط نیاز دارند تبدیل می‌کند. آلیاژ شده با منگنز، شکل پذیری، کارایی و ویژگی‌های کشش خوبی را نشان می‌دهد.
آلومینیوم 3003 نه تنها ارزان است، بلکه می‌توان آن را با استفاده از همه روش‌ها جوش و لحیم کاری کرد، مقاومت در برابر خوردگی عالی دارد و ظاهری یکنواخت ارائه می‌دهد. این آلیاژ معمولاً در محصولات روزمره مانند ظروف پخت و پز، ظروف غذا، سخت افزار و کابینت استفاده می‌شود. سایر کاربردها شامل تجهیزات شیمیایی، مخازن تحت فشار، لوله کشی، سایبان، پانل‌های تریلر و کامیون و ساخت ورق فلزی عمومی است.
آلیاژ آلومینیوم 5052
به عنوان قوی‌ترین ورق و صفحه غیر قابل عملیات حرارتی در استفاده، تطبیق پذیری و ارزش، آلومینیوم 5052 آن را به یکی از قابل استفاده‌ترین آلیاژها تبدیل کرده است. هنگامی که با منیزیم آلیاژ می‌شود، 5052 می‌تواند آنودایز شود. این آلیاژ ویژگی‌های جوشکاری خوب، استحکام متوسط تا خوب، و خواص کشش خوب را با سرعت کار بالا، دارد.
به دلیل مقاومت در برابر خوردگی آب شور، آلومینیوم 5052 برای بسیاری از کاربردهای دریایی مناسب است. کاربرد آن از مخازن سوخت گرفته تا فن‌ها، تیغه‌های فن، نرده‌ها، قایق‌های کوچک، تریلرهای کامیون، پانل‌های معماری و حتی برخی از قطعات غیر حیاتی خودرو را شامل می‌شود.
آلیاژ آلومینیوم 6061
6061 به عنوان یکی از مقاوم‌ترین آلیاژهای آلومینیوم، کم هزینه‌ترین و پرکاربردترین آلیاژهای قابل عملیات حرارتی نیز در نظر گرفته می‌شود. علیرغم اینکه شکل پذیری کمتری دارد، معمولاً اکسترود می‌شود. آلومینیوم 6061 که با منیزیم و سیلیکون آلیاژ شده است، قابل عملیات حرارتی است، می‌تواند آنودایز شود و پس از تشکیل سخت می‌شود. استحکام آن پس از عملیات حرارتی با فولاد کم کربن رقابت می‌کند.
این آلیاژ به دلیل کیفیت سطح فوق العاده، مقاومت در برابر خوردگی بهتر نسبت به فولاد و نسبت استحکام به وزن بالا شناخته شده است. کاربردهای متداول 6061 شامل معماری و ساخت و ساز، قاب بندی سازه‌ها، قالب‌ها، نردبان‌های آتش نشانی، مجموعه‌های جوش داده شده، قایق‌های بادبانی، قطعات الکترونیکی، اجزای پل، لوله کشی، دریچه‌ها و بست‌ها می‌باشد.
آلیاژ آلومینیوم 6063
آلومینیوم 6063 عمدتاً یک آلیاژ اکستروژن است که تقریباً به طور انحصاری توسط اپلیکاتورهای معماری استفاده می‌شود. امکان انجام عملیات حرارتی بر روی آن وجود دارد. مانند 6061، آلومینیوم 6063 با منیزیم برای استحکام بیشتر و سیلیکون آلیاژ شده است تا دمای ذوب را کاهش دهد و برای آندایز کردن عالی است.
با ترکیب و خواص مکانیکی مشابه با آلومینیوم 6061، دو مورد از متمایز کننده‌های اصلی آلومینیوم 6063 سطح برتر و نسبت مقاومت به وزن کمتر قابل توجه آن است. معمولاً در قطعات و مجراهای الکتریکی و لوله برای سیستم‌های آبیاری، چارچوب درها، نرده‌ها، مبلمان، لوازم خانگی، قایق‌ها و وسایل نقلیه موتوری استفاده می‌شود.
تنوع آلیاژهای آلومینیوم موجود، امروزه قابل توجه است. همان‌طور که فهرست آلیاژها در حال گسترش است، امکانات برای کاربردهای آن‌ها نیز افزایش می‌یابد و راه را برای آینده‌ای هموار می‌کند که در آن محدودیت‌های مهندسی به طور مداوم بازتعریف می‌شوند.
آشنایی با ترکیب آلیاژهای آلومینیوم
در قلب هر آلیاژ آلومینیوم، البته خود آلومینیوم است که بخش عمده وزن آلیاژ را تشکیل می‌دهد. با این حال، در حالی که آلومینیوم یک پایه جامد ایجاد می‌کند، ویژگی‌های متمایز آلیاژ اغلب نتیجه عناصر اضافی مانند منیزیم، سیلیکون و آهن است.
برای نشان دادن این موضوع سه مثال را در نظر می‌گیریم. در مرحله اول، آلیاژ آلومینیوم AA6016A را داریم. این آلیاژ عمدتاً از آلومینیوم ساخته شده است و 98.3٪ از ترکیب آن را تشکیل می‌دهد. با این حال، افزودن سیلیکون و منیزیم است که آن را منحصر به فرد می‌کند. سیلیکون، در حالی که بخش کوچکی از آلیاژ کلی را تشکیل می‌دهد، به طور قابل توجهی شکل پذیری آلیاژ را افزایش می‌دهد و به آن اجازه می‌دهد تا با سهولت نسبی به قطعات پیچیده تبدیل شود. در همین حال، منیزیم، اگرچه فقط در مقادیر کمی وجود دارد، استحکام آلیاژ را افزایش می‌دهد و کاربردهای بالقوه آن را بیشتر می‌کند.
آلیاژ بعدی، AA5182 نیز از قدرت منیزیم استفاده می‌کند، اما به روشی کمی متفاوت. منیزیم به عنوان ترکیب اصلی آلیاژی در کنار آلومینیوم، استحکام و پایداری کلی آلیاژ را تقویت می‌کند. این ترکیب از استحکام و پایداری، AA5182 را به گزینه‌ای عالی برای قطعات خودرو مانند کاپوت و درب خودرو تبدیل می‌کند، که باید در طول زمان در برابر سایش و پارگی قابل توجهی مقاومت کنند.
در نهایت، آلیاژ آلومینیوم AA5083 را داریم. این آلیاژ به دلیل محتوای بالای منیزیم آن قابل توجه است که به آن استحکام عالی، مقاومت در برابر شرایط جوی و قابلیت جوشکاری می‌دهد. این ویژگی‌ها AA5083 را به گزینه‌ای برتر برای ساخت قاب‌های خودرو و اجزای شاسی تبدیل می‌کند که به استحکام و دوام نیاز دارند.
در هر یک از این مثال‌ها، می‌بینیم که چگونه عناصر مختلف، اضافه شده در نسبت‌های مختلف، به بهبود خواص آلومینیوم پایه کمک می‌کنند و آلیاژهایی با ویژگی‌ها و کاربردهای منحصربه‌فرد ایجاد می‌کنند. این گواهی بر تطبیق پذیری آلومینیوم و پتانسیل آن برای پاسخگویی به طیف وسیعی از نیازهای صنعتی است.
کشف سنگ‌های پنهان: آلیاژهای آلومینیوم در صنعت خودرو
سفر آلومینیوم از در نظر گرفتن یک انتخاب ثانویه تا تبدیل شدن به یک منبع اولیه در تولید خودرو گواهی بر خواص سودمند آن است. توجه به این نکته به ویژه جالب است که تغییر به سمت آلومینیوم صرفاً یک تغییر ناگهانی نبود. این یک پاسخ حساب شده به تقاضاهای در حال تحول بازار و رشد آگاهی زیست محیطی بود.
زمانی که آئودی A8 با فریم آلومینیومی را در دهه 1980 عرضه کرد، بازی را تغییر داد. این پتانسیل قابل توجه آلومینیوم را برای کاهش وزن بدون کاهش قدرت نشان داد. این حرکت پیشگامانه نقش کلیدی در شکل دادن به دیدگاه صنعت خودرو در مورد انتخاب مواد داشت.
در ادامه این روند، تغییر استراتژیک فورد به بدنه تمام آلومینیومی برای مدل محبوب F-150 در سال 2015، جایگاه آلومینیوم را در این صنعت تقویت کرد. این تغییر منجر به کاهش شدید وزن شد که به طور مستقیم به بهبود راندمان سوخت کمک کرد. این عاملی است که هم برای مصرف کنندگان و هم برای تنظیم کننده‌ها اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند.
امروزه نقش آلومینیوم فراتر از وسایل نقلیه سوختی است. همچنین در دنیای وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) گام‌های مهمی برداشته شده است. از آنجایی که وزن تا حد زیادی بر محدوده خودروهای برقی تأثیر می‌گذارد، سازندگان مشتاق هستند از موادی استفاده کنند که بدون اضافه کردن جرم، استحکام را ارائه دهند. با توجه به این خواسته‌ها، جای تعجب نیست که آلومینیوم به عنوان ماده انتخابی برای بسیاری از سازندگان EV ظاهر شده است.
در نهایت، واضح است که رشد آلومینیوم در صنعت خودرو تصادفی نبود. این نتیجه تغییرات استراتژیک ناشی از تقاضاهای در حال تحول مصرف کنندگان و ملاحظات زیست محیطی بود. و با رشد مداوم بازار خودروهای برقی، اهمیت آلومینیوم در تولید خودرو در حال افزایش است.
جمع‌بندی
داستان آلومینیوم به طور غیرقابل انکاری گواهی بر تلاش بی‌پایان بشر برای نوآوری، کارایی و پایداری است. سفر آلومینیوم چیزی کم از چشمگیر بودن نداشته است. از روزهای اولیه کشف تا استفاده متحول کننده آن در صنعت خودروسازی. از پیچیدگی‌های AA6016A تا استحکام ناهموار AA5083. آلیاژهای آلومینیوم بی‌شماری که در اختیار ما قرار دارد همچنان عملکرد خودروهای ما را بازتعریف می‌کنند و آن‌ها را نه تنها سریع‌تر و کارآمدتر بلکه ایمن‌تر و سازگارتر با محیط زیست می‌کند.
همان‌طور که به عصر خودروهای الکتریکی می‌رویم، بر اهمیت آلومینیوم بیشتر تاکید می‌شود. آلومینیوم یک راه حل امیدوارکننده برای چالش‌های مبرم این صنعت ارائه می‌دهد. در حالی که نوآوری، کاهش وزن وسیله نقلیه و در نهایت کمک به آینده‌ای پایدارتر است.
با پیشرفت‌های فناوری آلیاژ آلومینیوم، یک چیز واضح است، ما در اینجا فقط سطح کوچکی از این دنیای بزرگ را گفتیم. بنابراین، چه یک خودروساز باشید، چه یک علاقه‌مند، یا فقط کسی که شیفته شگفتی‌های مواد مدرن هستید، ارزش کاوش در دنیای آلیاژهای آلومینیوم را دارد.
فولاد و آلیاژ, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 14 آبان 1402
