Nhôm là gì? Tổng quan về vật liệu và các yếu tố cần cân nhắc trong thiết kế

Nhôm , còn được gọi là Nhôm , là kim loại màu được sử dụng phổ biến nhất do sở hữu những đặc tính độc đáo mà các kim loại nền sắt không có. Việc hiểu rõ các đặc điểm của nó và lựa chọn đúng cấp độ, phương pháp gia công cũng như xử lý nhiệt là rất quan trọng khi thiết kế sản phẩm. Hãy ’cùng tìm hiểu về các loại và tính chất khác nhau của nhôm.

Các đặc điểm nổi bật của Nhôm

Nhôm sở hữu nhiều đặc tính vượt trội, bao gồm: nhẹ, bền, chống ăn mòn, dễ gia công, dẫn nhiệt cao, dẫn điện tốt, có thể tái chế, không từ tính, chịu được nhiệt độ thấp, phản xạ nhiệt và ánh sáng, thẩm mỹ cao và không độc hại.

Mức trọng lượng nhẹ

Nhôm có tỷ trọng (mật độ) khoảng 2,7, bằng khoảng một phần ba của thép. Trọng lượng nhẹ của nó làm cho nhôm trở nên rất được ưa chuộng trong các ngành công nghiệp như giao thông vận tải (máy bay, vệ tinh và tàu đạn đạo), xây dựng và điện tử (điện thoại di động).

Sức mạnh

Việc pha trộn nhôm nguyên chất với các kim loại khác có thể cải thiện độ bền riêng của nó. Các hợp kim như dòng series 7000, được xử lý nhiệt với kẽm và magiê bổ sung, thể hiện độ bền vượt trội. Ví dụ, A7075 (nhôm siêu cứng đặc biệt) được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận máy bay.

Chống ăn mòn

Nhôm phản ứng dễ dàng với oxy, tạo thành một lớp màng oxit dày đặc trên bề mặt, đóng vai trò như một lớp bảo vệ, ngăn ngừa ăn mòn. Khả năng chống ăn mòn cao khiến nó lý tưởng cho các ứng dụng trong ngành hàng hải, đóng tàu và kiến trúc. Cũng có những báo cáo cho biết không có vấn đề gì ngay cả sau 30 năm sử dụng ở những khu vực tiếp xúc với gió biển.

Có thể vận hành

Nhôm có độ dẻo cao, khiến nó phù hợp với nhiều phương pháp gia công khác nhau. Điểm nóng chảy thấp và tính chất chảy tốt làm cho nhôm lý tưởng để đúc. Nhôm có thể dễ dàng cắt và hàn, cho phép tạo ra nhiều dạng hình khác nhau, từ những hình dạng thành mỏng như lá nhôm đến các hình dạng phức tạp.

Độ dẫn nhiệt cao

Nhôm ’độ dẫn nhiệt của nó khoảng gấp ba lần so với sắt, làm cho nó lý tưởng để sử dụng trong bộ tản nhiệt ô tô, thiết bị trao đổi nhiệt và bộ tản nhiệt thiết bị điện tử.

Điện trở cao

Nhôm dẫn điện lượng dòng điện gấp đôi so với đồng cùng trọng lượng. Tính chất này, kết hợp với đặc tính nhẹ của nó, khiến nhôm trở thành vật liệu hấp dẫn cho các đường dây truyền tải điện. Điều này giúp mở rộng khoảng cách giữa các tháp và giảm chi phí.

Có thể tái chế

Nhôm không bị suy giảm dễ dàng, ngay cả sau thời gian dài sử dụng, và có điểm nóng chảy thấp, khiến nó dễ dàng được tái chế bằng cách nấu chảy sản phẩm sau khi sử dụng. Việc tái chế nhôm chỉ cần 3% năng lượng so với sản xuất sản phẩm mới, và chất lượng của nhôm tái chế gần như tương đương với sản phẩm mới.

Không có từ tính

Nhôm không có tính từ và không bị ảnh hưởng bởi các trường từ xung quanh. Tính chất này làm cho nhôm phù hợp để sử dụng trong các ăng-ten parabol, thiết bị y tế, la bàn từ, và các sản phẩm liên quan đến siêu dẫn. Nhôm cũng rẻ hơn so với các vật liệu không từ khác như vàng, bạc và đồng.

Chịu được Nhiệt độ Thấp

Ngay cả ở nhiệt độ cực thấp như nitơ lỏng (-196 °F) và oxy lỏng (-183 °F), nhôm vẫn giữ được độ bền và thậm chí có thể tăng độ bền. Tính chất này làm cho nhôm phù hợp để sử dụng trong các nhà máy nhiệt độ thấp, bồn chứa LNG (khí tự nhiên hóa lỏng), khám phá không gian và công nghệ sinh học.

Phản xạ Nhiệt và Ánh sáng

Nhôm có khả năng phản xạ tia hồng ngoại, tia cực tím và sóng điện từ. Việc tăng độ tinh khiết hoặc áp dụng bề mặt mạ gương có thể làm tăng thêm khả năng phản xạ, khiến nó phù hợp để sử dụng trong các bộ phản xạ nhiệt, đồ bảo hộ không gian và gương đa giác.

Thu hút về mặt thị giác

Nhôm có vẻ đẹp tự nhiên, có thể được cải thiện thêm bằng các phương pháp xử lý bề mặt như xử lý Alumite. Nó cũng có thể được tạo màu bằng cách nhuộm điện phân, làm cho nó phù hợp để sử dụng trong các công trình ngoại thất và vật liệu bao bì.

Không độc hại

Nhôm không phản ứng với thực phẩm và không độc hại. Ngay cả khi nuốt phải, hơn 99% sẽ được thải ra khỏi cơ thể, không gây hại cho đất. Nó thường được dùng trong các bao bì thực phẩm và dược phẩm, cũng như thiết bị y tế.

Các lưu ý khi sử dụng Nhôm

Mặc dù nhôm có nhiều đặc tính vượt trội, nhưng cũng có một số điểm cần lưu ý:

Độ bền thấp hơn so với thép

Mặc dù nhôm có độ bền riêng tốt, nhưng độ bền của nó thấp hơn so với thép. Nhôm phù hợp với các cấu trúc mềm và dẻo như cánh máy bay, nhưng có thể không phù hợp với các bộ phận yêu cầu độ bền cao, ví dụ như bánh răng.

Xem xét về ăn mòn

Mặc dù nhôm chống gỉ, nhưng nó có thể bị ăn mòn trong môi trường mặn hoặc khi tiếp xúc với các kim loại khác loại. Để ngăn ngừa sự ăn mòn, có thể cần phải xử lý bằng phương pháp anod hóa (alumite).

Hệ số giãn nở dài cao

Nhôm có hệ số giãn nở dài gần gấp đôi so với các vật liệu nền sắt. Các bộ phận chịu ứng suất nhiệt lớn và thường xuyên bị đốt nóng, làm nguội lặp lại có thể bị hỏng do mỏi nhiệt.

Không có giới hạn mỏi

Khác với vật liệu ferrous, nhôm không có giới hạn mỏi —giới hạn ứng suất thấp hơn mà tại đó hiện tượng mỏi kim loại không xảy ra. Do đó, trong quá trình thiết kế, cần so sánh ứng suất biến đổi phát sinh trong quá trình sử dụng với biểu đồ SN để đảm bảo không có vấn đề về độ bền ngay cả khi các vết nứt phát triển trong suốt tuổi thọ dự kiến của sản phẩm.

Khó hàn

Nhôm ’màng oxit của nhôm có điểm nóng chảy cao khoảng 3632 °F, do đó cần phải loại bỏ lớp màng này trước khi hàn. Ngoài ra, tính dẫn nhiệt cao và điểm nóng chảy thấp của nhôm khiến nhiệt trong quá trình hàn nhanh chóng truyền vào kim loại nền, có thể làm kim loại nền bị rơi ra. Việc hàn nhôm đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận tốc độ di chuyển mỏ hàn. Để đạt kết quả tốt nhất, hãy cân nhắc sử dụng dịch vụ từ một công ty có kinh nghiệm đã được chứng minh trong lĩnh vực hàn nhôm. ’f, do đó cần phải loại bỏ lớp màng này trước khi hàn. Ngoài ra, tính dẫn nhiệt cao và điểm nóng chảy thấp của nhôm khiến nhiệt trong quá trình hàn nhanh chóng truyền vào kim loại nền, có thể làm kim loại nền bị rơi ra. Việc hàn nhôm đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận tốc độ di chuyển mỏ hàn. Để đạt kết quả tốt nhất, hãy cân nhắc sử dụng dịch vụ từ một công ty có kinh nghiệm đã được chứng minh trong lĩnh vực hàn nhôm.

Các loại nhôm điển hình

Nhôm nguyên chất có độ bền thấp, do đó thường thêm các kim loại khác để tạo thành hợp kim. Bằng cách bổ sung sắt, kẽm, magiê, đồng, v.v. vào nhôm, có thể tạo ra nhiều loại hợp kim đa dạng.

Vật liệu nhôm công nghiệp được phân loại rộng rãi thành hợp kim nhôm gia công và hợp kim nhôm đúc, tùy thuộc vào mục đích sử dụng sản phẩm cuối cùng ’nhôm gia công có thể được xử lý bằng biến dạng dẻo, trong khi nhôm đúc được dùng để đúc. Hãy ’cùng xem xét các loại hợp kim nhôm gia công tại đây.

Hợp kim nhôm gia công

• hợp kim nhôm 1050

hợp kim nhôm 1050 (1050 AA) là một loại nhôm nguyên chất điển hình. Mặc dù có độ bền thấp, nhưng nó có khả năng gia công tốt và chống ăn mòn xuất sắc, phù hợp để sử dụng cho các vật dụng trang trí và đường dây truyền tải điện.

• hợp kim nhôm 2017

hợp kim nhôm 2017 (2017 AA), còn được gọi là đuyra, có khả năng chống ăn mòn thấp nhưng độ bền cao, phù hợp để sử dụng trong máy bay, ô tô và các chi tiết cơ khí.

• hợp kim nhôm 2024

hợp kim nhôm 2024 (2024 AA), hay còn gọi là siêu đuyra, có độ bền cao hơn so với 2017 AA.

• hợp kim nhôm 5052

hợp kim nhôm 5052 (5052 AA) có khả năng chống ăn mòn, tính dễ gia công và khả năng hàn tuyệt vời, khiến nó trở thành hợp kim nhôm được sử dụng phổ biến nhất. Nó được dùng làm vật liệu khung và các bộ phận kim loại tấm .

• hợp kim nhôm 6061

hợp kim nhôm 6061 (6061 AA) là một loại hợp kim nhôm có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Xử lý nhiệt, chẳng hạn như xử lý T6, làm tăng thêm khả năng chống ăn mòn của nó.

• hợp kim nhôm 6063

hợp kim nhôm 6063 (6063 AA) là loại hợp kim nhôm có khả năng chống ăn mòn và tính chất xử lý bề mặt tốt, chủ yếu được dùng trong các sản phẩm đùn ép như thanh nhôm cửa sổ và vật liệu điện.

• hợp kim nhôm 7075

hợp kim nhôm 7075 (7075 AA), hay còn gọi là đuyra extra-siêu cứng, có độ bền cao nhất trong các hợp kim nhôm. Được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không, nó đã đóng vai trò thiết yếu trong việc chế tạo máy bay, bao gồm những đóng góp quan trọng cho hiệu suất máy bay trong thời chiến.