خواص آلومینیوم چیست؟

آلومینیوم یکی از پرکاربردترین فلزات در جهان است که به علت خواص منحصربه‌فرد و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آن، در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف استفاده می‌شود. این فلز با علامت شیمیایی Al و عدد اتمی 13 در جدول تناوبی، سبکی، خواص حرارتی و الکتریکی بالا، خواص مقاومت به خوردگی، قابلیت قالب‌پذیری بالا، بازتابندگی نور و قابلیت بازیافت، یکی از محبوب‌ترین فلزات در بین مهندسان و صنعت‌گران است.

در این مقاله، به بررسی خواص آلومینیوم از جمله خواص فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و حرارتی آن پرداخته می‌شود. همچنین، کاربردهای متنوع این فلز در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوا و فضا، ساخت و ساز، بسته‌بندی، الکترونیک، ورزشی و غیره نیز بررسی می‌شود. اطلاعات جامع و کاملی در مورد خواص آلومینیوم در این مقاله ارائه می‌شود و به تأثیر این خواص در کاربردهای صنعتی و تکنولوژیکی اشاره می‌شود. برای بررسی قیمت آهن به صفحه اصلی سایت مراجعه کنید.

در صنعت از جمله فلزات پرکاربرد، آلومینیوم (Al) است که این مسئله به دلیل ویژگی‌ها و خواص بسیار این فلز و آلیاژهایش ناشی می‌شود. ولی ناگفته نماند که تمامی آن‌ها دارای یک رشته خواص مشترک هستند. در این مطلب به طور کامل خواص آلومینیوم مطرح شده است.

آلومینیوم به علت خواصی مانند سبک بودن، قابلیت انتقال و انعکاس حرارت و مقاومت به خوردگی به اشکال مختلف در صنایع مختلف بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بررسی آلیاژهای Al

برخی آلیاژهای آلومینیوم از نظر کیفیت از تمام فلزات پیشی گرفته است که هر کدام به اختصار شرح داده می‌شود و این مسئله باعث حمل و نقل آسان‌ و ارزان‌تر ، صرفه‌جویی در کار، ممان اینرسی کمتر و تعداد قطعات بیشتر به ازای هر کیلو وزن می‌شود که این مسئله گاهی در قیمت آلومینیوم به اشکال مختلف پروفیل، ورق و لوله آلومینیومی بی تاثیر نیست.

خواص آلومینیوم

در این قسمت مطلب قصد داریم خواص آلومینیوم را به تفکیک بیان کنیم که عبارت‌اند از:

• مقاومت زیاد در مقابل خوردگی
• نسبت استحکام به وزن بالا
• رسانای الکتریکی زیاد
• هدایت حرارتی زیاد
• قابلیت انعکاس نور و حرارت

آلومینیوم صاف دارای بازتاب بالایی در طیف الکترومغناطیسی از امواج رادیویی و در محدوده مادون قرمز و حرارتی است. حدود 80 درصد نور و 90 درصد گرمایی را که به سطح آن برخورد می‌کند، منعکس می‌کند. این انعکاس بالا به آلومینیوم ظاهری زیبا می‌بخشد و آن را برای استفاده در برابر تابش نور و گرما در کاربردهایی مانند سقف‌ها و سپرهای حرارتی خودرو مؤثر می‌سازد.

• خاصیت غیرمغناطیس بودن و عدم جرقه زدن
• شکل‌پذیری با روش‌های مختلف
• استحکام بالا در دمای منفی
• قیمت بالا در دمای منفی
• نفوذپذیری بسیار کم
• اتصال آسان
• جذب صدا و شوک
• متناسب با محیط زیست
• عدم ایجاد جرقه در اثر برخورد با فلزات
• غیرسمی بودن 

ماهیت غیر سمی آلومینیوم قرن ها پیش در اولین استفاده صنعتی کشف شد. این ویژگی آن را برای استفاده در ظروف پخت و پز بدون داشتن اثرات مضر بر بدن انسان مناسب می کند. همچنین استفاده از آن را در بسته بندی فویل برای محصولات غذایی در صنعت پردازش تسهیل می کند

چرا آلومینیوم زنگ نمی زند؟

آلومینیوم خالص وقتی در مجاورت هوا قرار می‌گیرد سریع با اکسیژن هوا واکنش نشان داده و بلافاصله با یک لایه اکسید آلومینیومی پوشیده می‌شود که این لایه پوششی مانع از خوردگی می‌گردد. اگر در اثر سائیدگی این لایه کنده شود، مجدد تشکیل می‌شود. در ادامه به بررسی برخی نکات در رابطه با این فلز می‌پردازیم:

برخی نکات مربوط به خاصیت زنگ‌نزن Al:

• آلومینیوم زنگ نمی‌زند: واژه زنگ زدن بیشتر برای آهن و آلیاژ‌های آن به علت تغییر رنگی که به خاطر خوردگی در آهن و محصولات آن رخ می‌دهد، در بازار ایران به صورت اشتباه به کار می‌رود. اکثر فلزات خورده می‌شوند (کلیه مواد در شرایط مناسب خورده می‌شوند) ولی، در هر حال آلومینیوم در مقابل بسیاری از مواد شیمیایی صنعتی و شیمیایی موجود در اتمسفر مقاوم به خوردگی است. در این فرآیند یک لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر وصل شده و خواص مورد نظر حاصل می‌گردد.
• آندایزه کردن (آبکاری): در واقع یک نوع ضخیم کردن لایه اکسیدی به ضخامت چندین هزار برابر ضخامت لایه اکسیدی طبیعی است که در مقابل سایش نیز استحکام کافی دارد. با این روش پوشش دادن علاوه بر حفاظت سطح گاهی برای تزئین نیز استفاده می‌گردد. اگر فلز آندایز شده را با انواع رنگ‌های مختلف پوشش دهند رنگ حاصل تقریبا به صورت قسمتی از اکسید سطحی به دست می‌آید.
• پوشش سخت دادن (hard coating): یکی از فرآیندهای آندایزه کردن که آن را آندایزه کردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. ضخامت در این مورد به دلیل محلول مورد استفاده و درجه حرارت پایین‌تر و در نتیجه طولانی شدن فرآیند حدوده ده برابر ضخامت آندایز معمولی است.

نسبت استحکام به وزن آلومینیوم

مهندسین سازه در ساخت هر وسیله پروازی در صنایع هوا فضا با مسئله کاهش وزن بدون کاهش استحکام و سختی سازه مواجه هستند به این معنی که سازه بسیار سبک اما با استحکام بسیار بالا باشد؛ این موضوع مهم از دو طریق انجام پذیر است:

• بکارگیری فلزات یا موادی با نسبت استحکام به وزن بالا
• طراحی ساختارهای سازه‌ای با نسبت استحکام به وزن بالا

به طور مثال مهندسین برای ساخت هواپیما نمی‌توانند در همه اجزا از فلزات سنگینی مثل فولاد استفاده کنند؛ اگرچه استحکام فولاد خیلی بالا است ولی اگر یک هواپیمای مسافربری به طور کامل از فلزی مثل فولاد ساخته شود، شاید به جای ۲۰۰ نفر مسافر بیشتر از ۲۰ نفر را نتواند حمل کند. برای همین آلیاژهای آلومینیوم و مواد کامپوزیت انتخاب مناسب‌تری برای سازه بعضی از قسمت‌های هواپیما هستند، یعنی موادی با وزن کم ولی استحکام بالا. این مزیت سبب شده است تا آلومینیوم در صنایع خودروسازی، دفاعی و نظامی، هوا و فضا، ساختمانی، حمل و نقل و بسته‌بندی کاربردهای گوناگونی را پیدا کند.قیمت پروفیل آلومینیوم، به صورت کیلویی محاسبه می‌شود.

هدایت الکتریکی زیاد Al

آلومینیوم بعد از نقره، مس و طلا بالاترین هدایت الکتریکی را دارد، در مقایسه با مس که هدایت الکتریکی بالاتری دارد و به عنوان فلز مطرح انتقال حرارت شناخته شده است، آلومینیوم پرعیار، حدود ۶۴ درصد الکتریسته را از خود عبور می‌دهد و استفاده از آلومینیوم در انتقال الکتریسته، بسیار مقرون به صرفه است. به همین دلیل در ایستگاه‌ها و نیروگاه برق، تولید سیم، کابل و ابزار الکتریکی از آن نیز استفاده می‌شود.

هدایت حرارتی زیاد آلومینیوم

به غیر از هدایت الکتریکی، آلومینیوم هدایت حرارتی (رسانندگی گرمایی) بالایی نیز دارد و به خوبی می‌تواند حرارت را انتقال دهد. Al در حالت خالص دارای رسانندگی گرمایی به مقدار تقریبا ۲۵۰W/m.k است که با این مقدار رتبه هفتم در برابر عناصر دیگر را دارد. یکی از دلایلی که سبب شده تا این ماده نسبت به مس دو برابر هادی حرارت باشد، وزن مخصوص کم آن است. این ماده فلزی در حالت خالص بسیار رساناست ولی با افزایش درصد ناخالصی در حالت آلیاژی به خصوص با حضور عنصر سیلسیوم، از میزان خاصیت هدایت حرارتی آن کاسته می‌شود. ساخت ظروف آشپزخانه آلومینیومی و مبدل‌های حرارتی آبی و روغنی مهم‌ترین استفاده هدایت حرارتی بالای آن هستند.

قابلیت انعکاس نور و حرارت Al

قابلیت انعکاس نور فلزات بیش‌تر به شرایط سطح فلز و صیقلی بودن آن بستگی دارد. آلیاژهای سخت آلومینیوم را می‌توان با درجه بالایی پرداخت کرد، به طوری که تا 75 درصد نور تابشی را منعکس نماید که این نوع انعکاس را آینه‌ای نیز می‌نامند. برخلاف انعکاس نور ، انعکاس حرارت در فلزات یک خاصیت ذاتی فلز است و به سطح فلز بستگی ندارد. آلومینیوم از جمله فلزاتی است که این انعکاس را به دلیل ماهیت ذاتی خود به خوبی انجام می‌دهد و دلیل استفاده ورق‌های آلومینیومی در شیروانی‌ها و عایق‌ها و فویل‌های آلومینیومی است. قیمت ورق آلومینیوم، در برندهای مختلف، بسته به کیفیت تولیدش، متفاوت است.

خاصیت غیر مغناطیس بودن و جرقه نزدن آلومینیوم

برخی از محصولات صنایع الکتریکی و الکترونیکی و همچنین تولید در اتمسفرهای قابل احتراق، اغلب نیازمند فلزات جرقه نزن و غیر مغناطیس هستند که آلومینیوم می‌تواند هر دو این خواص را دارا باشد. به همین دلیل برای تولید ابزار مورد استفاده در معادن مثل ریل‌های انتقال و دستگاه‌های تولید نور آلومینیوم مصرف می‌شود. به همین خاطر قیمت لوله آلومینیومی نسبت به سایر لوله ها بیشتر است.

شکل‌پذیری آلومینیوم و اتصال آسان آن

باتوجه به محصول نهایی می‌توان برای شکل دادن آلومینیوم از هر یک از روش‌های نورد، اکسترود کردن، کشش و دایکست استفاده کرد. همچنین امکان انجام کلیه کارهای تزئینی سطحی مثل برس زدن، پرداخت کردن، زنگ زدن بر روی آن وجود دارد. آلومینیوم به سادگی به صورت لوله، میله، صفحه، فویل و قطعات ریختگی با اشکال مختلف در می‌آید.
در واقع تعداد بسیار محدودی روش اتصال وجود دارد که نمی‌توان در مورد این ماده به کار برد. آلومینیوم با استفاده از روش‌هایی مانند پیچ و مهره، لحیم‌کاری، جوشکاری، پرچ، اتصال چسبی اتصال می‌یابد.

استحکام بالا در دمای منفی آلومینیوم و سمی نبودن آن

بسیاری از فلزاتی که در درجه حرارت محیط و بالاتر، دارای استحکام زیادی هستند، در درجه حرارت پایین استحکامشان کاهش یافته و شکننده می‌شوند. در حالی که برای آلومینیوم با کاهش دما، استحکام فشاری تقریبا ثابت می‌ماند و استحکام کششی نسبت به سایر فلزات بسیار کمتر کاهش می‌یابد؛ به خاطر همین یکی از کاربردهای آن در شرایط دمای پایین است. به طوری که یکی از موارد مصرف آن برای حمل و نقل متان مایع از طریق دریا است که به دلیل استحکام بالای این متریال در دمای پایین امکان‌پذیر شده است.
در نتیجه سمی نبودن آلومینیوم در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شود همچنین سطحی صاف و غیر متخلخل دارد که از جذب مواد خارجی و باکتری‌ها جلوگیری می‌کند. آلومینیوم می‌تواند در تماس بسیار نزدیک و فشرده با مواد غذایی قرار گیرد بدون اینکه بر روی طمع ، رنگ و بوی آن تاثیر بگذارد.

آلومینیوم و کاربردهای گسترده آن در صنایع مختلف

در این مقاله، خواص آلومینیوم به عنوان یکی از پرکاربردترین فلزات در جهان مورد بررسی قرار گرفت. این فلز با خواص منحصربه‌فرد و ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و حرارتی خود، به عنوان یک ماده بسیار مهم و کاربردی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. خواصی مانند سبکی، مقاومت به خوردگی، قابلیت قالب‌پذیری بالا، بازتابندگی نور و قابلیت بازیافت، آلومینیوم را به یک گزینه جذاب برای کاربردهای صنعتی و تکنولوژیکی تبدیل کرده است.

بهره‌برداری از خواص آلومینیوم در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوا و فضا، ساخت و ساز، بسته‌بندی، الکترونیک، ورزشی و غیره، مزایای فراوانی به همراه دارد. با در نظر گرفتن خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی آلومینیوم، این فلز می‌تواند به عنوان جایگزینی برای فلزات دیگر در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، توجه به مزایای بازیافت و قابلیت بازیافت آلومینیوم، اهمیت بیشتری به این فلز در جهت حفظ منابع طبیعی و محیط زیست اهتمام بیشتری می‌دهد. بنابراین، با توجه به خواص و کاربردهای گسترده آلومینیوم، این فلز به عنوان یک ماده بسیار مهم و مورد استفاده در صنایع مختلف شناخته شده است.