كيف يمكن للألمنيوم أن يفعل لك؟
ما هي سبائك الألومنيوم؟
سبائك الألومنيوم هي تركيبة كيميائية حيث يتم إضافة عناصر أخرى إلى الألومنيوم النقي من أجل تعزيز خصائصه، وذلك في المقام الأول لزيادة قوته. وتشمل هذه العناصر الأخرى الحديد والسيليكون والنحاس والمغنيسيوم والمنغنيز والزنك بمستويات قد تشكل مجتمعة ما يصل إلى 15 بالمائة من السبائك من حيث الوزن. يتم تعيين رقم مكون من أربعة أرقام للسبائك، حيث يحدد الرقم الأول فئة عامة، أو سلسلة، تتميز بعناصر السبائك الرئيسية.
الألومنيوم النقي
سلسلة 1xxx
تتكون سبائك سلسلة 1xxx من الألومنيوم بنسبة نقاء 99 بالمائة أو أعلى. تتميز هذه السلسلة بمقاومة ممتازة للتآكل، وقابلية تشغيل ممتازة، فضلاً عن التوصيل الحراري والكهربائي العالي. هذا هو السبب في استخدام سلسلة 1xxx بشكل شائع لخطوط النقل أو شبكة الكهرباء. تسميات السبائك الشائعة في هذه السلسلة هي 1350 للتطبيقات الكهربائية و1100 لصواني تغليف المواد الغذائية.
سبائك قابلة للمعالجة بالحرارة
يتم تقوية بعض السبائك عن طريق المعالجة الحرارية للمحلول ثم التبريد أو التبريد السريع. المعالجة الحرارية تأخذ المعدن الصلب المخلوط وتسخنه إلى نقطة معينة. يتم توزيع عناصر السبائك، التي تسمى المذابة، بشكل متجانس مع وضع الألومنيوم في محلول صلب. يتم بعد ذلك إخماد المعدن أو تبريده بسرعة، مما يؤدي إلى تجميد الذرات المذابة في مكانها. وبالتالي تتحد الذرات المذابة لتشكل راسبًا موزعًا بدقة. يحدث هذا في درجة حرارة الغرفة وهو ما يسمى التعتيق الطبيعي أو في عملية فرن بدرجة حرارة منخفضة وهو ما يسمى التعتيق الاصطناعي.
سلسلة 2xxx
في سلسلة 2xxx، يتم استخدام النحاس كعنصر أساسي في صناعة السبائك ويمكن تقويته بشكل كبير من خلال المعالجة الحرارية للمحلول. تمتلك هذه السبائك مزيجًا جيدًا من القوة والمتانة العالية، ولكنها لا تتمتع بمستويات مقاومة التآكل الجوي مثل العديد من سبائك الألومنيوم الأخرى. ولذلك، عادة ما تكون هذه السبائك مطلية أو مغطاة بمثل هذه التعرضات. وهي عادةً ما تكون مكسوة بسبائك عالية النقاء أو سبائك سلسلة 6xxx لمقاومة التآكل بشكل كبير. ربما تكون سبيكة 2024 هي سبيكة الطائرات الأكثر شهرة.
سلسلة 6xxx
سلسلة 6xxx متعددة الاستخدامات، وقابلة للمعالجة بالحرارة، وقابلة للتشكيل بدرجة عالية، وقابلة للحام، ولها قوة عالية إلى حد ما مقترنة بمقاومة ممتازة للتآكل. تحتوي السبائك في هذه السلسلة على السيليكون والمغنيسيوم من أجل تكوين سيليسيد المغنيسيوم داخل السبائك. تعتبر منتجات البثق من سلسلة 6xxx هي الخيار الأول للتطبيقات المعمارية والإنشائية. تعتبر السبائك 6061 هي السبائك الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في هذه السلسلة وغالبًا ما تستخدم في إطارات الشاحنات والسفن البحرية. بالإضافة إلى ذلك، تم تصنيع بعض حافظات الهاتف من سبيكة سلسلة 6xxx.
سلسلة 7xxx
الزنك هو عامل صناعة السبائك الأساسي لهذه السلسلة، وعندما يتم إضافة المغنيسيوم بكمية أقل، تكون النتيجة سبيكة عالية القوة قابلة للمعالجة بالحرارة. ويمكن أيضًا إضافة عناصر أخرى مثل النحاس والكروم بكميات صغيرة. السبائك الأكثر شهرة هي 7050 و7075، والتي تستخدم على نطاق واسع في صناعة الطائرات.
سبائك غير قابلة للمعالجة بالحرارة
يتم تقوية السبائك غير المعالجة بالحرارة من خلال العمل البارد. يحدث العمل على البارد أثناء طرق الدرفلة أو الحدادة وهو عبارة عن "عمل" المعدن لجعله أقوى. على سبيل المثال، عند دحرجة الألومنيوم إلى مقاييس أرق، فإنه يصبح أقوى. وذلك لأن العمل البارد يؤدي إلى حدوث اختلالات وشواغر في البنية، مما يمنع بعد ذلك حركة الذرات بالنسبة لبعضها البعض. هذا يزيد من قوة المعدن. تعمل عناصر صناعة السبائك مثل المغنيسيوم على تكثيف هذا التأثير، مما يؤدي إلى قوة أعلى.
سلسلة 3xxx
المنغنيز هو العنصر الرئيسي في صناعة السبائك في هذه السلسلة، وغالباً ما يتم إضافة كميات أقل من المغنيسيوم. ومع ذلك، يمكن إضافة نسبة محدودة فقط من المنغنيز بشكل فعال إلى الألومنيوم. 3003 هي سبيكة شعبية للأغراض العامة لأنها تتمتع بقوة معتدلة وقابلية تشغيل جيدة ويمكن استخدامها في تطبيقات مثل المبادلات الحرارية وأدوات الطبخ. يتم استخدام سبيكة 3004 وتعديلاتها في أجسام علب المشروبات المصنوعة من الألومنيوم.
سلسلة 4xxx
يتم دمج سبائك سلسلة 4xxx مع السيليكون، والذي يمكن إضافته بكميات كافية لخفض نقطة انصهار الألومنيوم، دون إنتاج هشاشة. وبسبب هذا، فإن سلسلة 4xxx تنتج أسلاك لحام وسبائك لحام ممتازة حيث تكون نقطة الانصهار أقل مطلوبة. تعد السبائك 4043 واحدة من سبائك الحشو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في لحام سبائك سلسلة 6xxx للتطبيقات الهيكلية والسيارات.
سلسلة 5xxx
يعتبر المغنيسيوم هو عامل صناعة السبائك الأساسي في سلسلة 5xxx وهو أحد عناصر صناعة السبائك الأكثر فعالية والأكثر استخدامًا للألمنيوم. تتميز السبائك في هذه السلسلة بخصائص قوة متوسطة إلى عالية، بالإضافة إلى قابلية لحام جيدة ومقاومة للتآكل في البيئة البحرية. ولهذا السبب، تُستخدم سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم على نطاق واسع في البناء والتشييد وصهاريج التخزين وأوعية الضغط والتطبيقات البحرية. تتضمن أمثلة تطبيقات السبائك الشائعة ما يلي: 5052 في الإلكترونيات، و5083 في التطبيقات البحرية، و5005 صفائح مؤكسدة للتطبيقات المعمارية، و5182 في صناعة أغطية علب المشروبات المصنوعة من الألومنيوم.
