อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่พบมากที่สุดในโลก และเป็นธาตุที่พบมากเป็นอันดับสาม คิดเป็น 8% ของเปลือกโลก อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่ถูกใช้อย่างแพร่หลายที่สุดรองจากเหล็กกล้า เนื่องจากคุณสมบัติที่หลากหลาย

การผลิตอลูมิเนียม

อะลูมิเนียมได้มาจากแร่บ็อกไซต์ บ็อกไซต์จะถูกแปลงเป็นอะลูมิเนียมออกไซด์ (อะลูมินา) ผ่านกระบวนการไบเออร์ จากนั้นอะลูมินาจะถูกแปลงเป็นโลหะอะลูมิเนียมโดยใช้เซลล์อิเล็กโทรไลต์และกระบวนการฮอลล์-เฮโรลต์

ความต้องการอลูมิเนียมรายปี

ความต้องการอะลูมิเนียมทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 29 ล้านตันต่อปี โดยประมาณ 22 ล้านตันเป็นอะลูมิเนียมใหม่ และ 7 ล้านตันเป็นเศษอะลูมิเนียมรีไซเคิล การใช้อะลูมิเนียมรีไซเคิลนั้นคุ้มค่าทั้งทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อม การผลิตอะลูมิเนียมใหม่ 1 ตันใช้พลังงาน 14,000 กิโลวัตต์ชั่วโมง ในทางกลับกัน การหลอมและรีไซเคิลอะลูมิเนียม 1 ตันใช้เพียง 5% ของปริมาณนี้เท่านั้น คุณภาพของอะลูมิเนียมอัลลอยด์บริสุทธิ์และอะลูมิเนียมรีไซเคิลไม่มีความแตกต่างกัน

การประยุกต์ใช้อลูมิเนียม

บริสุทธิ์อะลูมิเนียมมีความอ่อนนุ่ม เหนียว ทนต่อการกัดกร่อน และมีค่าการนำไฟฟ้าสูง นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับสายฟอยล์และสายตัวนำไฟฟ้า แต่การผสมกับธาตุอื่นๆ เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้ความแข็งแรงที่สูงขึ้น ซึ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานอื่นๆ อะลูมิเนียมเป็นหนึ่งในโลหะวิศวกรรมที่มีน้ำหนักเบาที่สุด โดยมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่เหนือกว่าเหล็กกล้า

อะลูมิเนียมถูกนำไปใช้งานอย่างแพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ ด้วยการผสมผสานคุณสมบัติอันเป็นประโยชน์ต่างๆ เข้าด้วยกัน เช่น ความแข็งแรง น้ำหนักเบา ความทนทานต่อการกัดกร่อน ความสามารถในการรีไซเคิล และการขึ้นรูป ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีตั้งแต่วัสดุโครงสร้างไปจนถึงฟอยล์บรรจุภัณฑ์แบบบาง

การกำหนดโลหะผสม

อะลูมิเนียมส่วนใหญ่มักผสมเข้ากับทองแดง สังกะสี แมกนีเซียม ซิลิคอน แมงกานีส และลิเธียม นอกจากนี้ยังมีการเติมโครเมียม ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม ตะกั่ว บิสมัท และนิกเกิลในปริมาณเล็กน้อย และเหล็กก็มักจะมีอยู่ในปริมาณเล็กน้อยเสมอ

มีโลหะผสมเหล็กดัดมากกว่า 300 ชนิด โดยมี 50 ชนิดที่นิยมใช้กันโดยทั่วไป โดยทั่วไปแล้วจะระบุด้วยระบบเลขสี่หลัก ซึ่งมีต้นกำเนิดในสหรัฐอเมริกาและเป็นที่ยอมรับกันทั่วไปในปัจจุบัน ตารางที่ 1 อธิบายระบบสำหรับโลหะผสมเหล็กดัด โลหะผสมหล่อมีการกำหนดรหัสที่คล้ายกันและใช้ระบบเลขห้าหลัก

ตารางที่ 1.ชื่อเรียกสำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมดัด

สำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมแบบรีดที่ไม่ได้ผสมโลหะ ซึ่งกำหนดหมายเลข 1XXX ตัวเลขสองหลักสุดท้ายแสดงถึงความบริสุทธิ์ของโลหะ ตัวเลขเหล่านี้เทียบเท่ากับตัวเลขสองหลักสุดท้ายหลังจุดทศนิยม เมื่อแสดงความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมเป็นเปอร์เซ็นต์ที่ใกล้เคียงที่สุด 0.01 หลักที่สองแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงขีดจำกัดของสิ่งเจือปน หากตัวเลขที่สองเป็นศูนย์ แสดงว่าอะลูมิเนียมที่ไม่ได้ผสมโลหะมีขีดจำกัดของสิ่งเจือปนตามธรรมชาติ และตัวเลข 1 ถึง 9 แสดงว่าสิ่งเจือปนหรือธาตุผสมแต่ละชนิด

สำหรับกลุ่ม 2XXX ถึง 8XXX ตัวเลขสองหลักสุดท้ายระบุโลหะผสมอะลูมิเนียมที่แตกต่างกันในกลุ่ม ตัวเลขหลักที่สองแสดงถึงการดัดแปลงโลหะผสม ตัวเลขหลักที่สองที่เป็นศูนย์แสดงถึงโลหะผสมดั้งเดิม และเลขจำนวนเต็ม 1 ถึง 9 แสดงถึงการดัดแปลงโลหะผสมที่ต่อเนื่องกัน

คุณสมบัติทางกายภาพของอะลูมิเนียม

ความหนาแน่นของอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมมีความหนาแน่นประมาณหนึ่งในสามของเหล็กหรือทองแดง ทำให้เป็นหนึ่งในโลหะที่มีน้ำหนักเบาที่สุดที่มีจำหน่ายในท้องตลาด อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูงส่งผลให้อะลูมิเนียมเป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญ ช่วยเพิ่มปริมาณบรรทุกหรือประหยัดเชื้อเพลิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุตสาหกรรมการขนส่ง

ความแข็งแรงของอลูมิเนียม

อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ไม่มีความแข็งแรงดึงสูง อย่างไรก็ตาม การเติมธาตุผสม เช่น แมงกานีส ซิลิกอน ทองแดง และแมกนีเซียม สามารถเพิ่มคุณสมบัติความแข็งแรงของอะลูมิเนียม และผลิตโลหะผสมที่มีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน

อะลูมิเนียมเหมาะกับสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็น มีข้อได้เปรียบเหนือเหล็กตรงที่ความแข็งแรงแรงดึงจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่ลดลง ในขณะที่ยังคงความเหนียวเอาไว้ได้ ในทางกลับกัน เหล็กจะเปราะเมื่ออุณหภูมิต่ำ

ความต้านทานการกัดกร่อนของอลูมิเนียม

เมื่อสัมผัสกับอากาศ ชั้นอะลูมิเนียมออกไซด์จะก่อตัวขึ้นเกือบจะทันทีบนพื้นผิวของอะลูมิเนียม ชั้นนี้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ทนทานต่อกรดส่วนใหญ่ได้ดี แต่ทนทานต่อด่างได้น้อยกว่า

การนำความร้อนของอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมมีค่าการนำความร้อนสูงกว่าเหล็กประมาณสามเท่า ทำให้อะลูมิเนียมเป็นวัสดุสำคัญสำหรับทั้งการทำความเย็นและความร้อน เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เมื่อรวมกับคุณสมบัติที่ไม่เป็นพิษ จึงทำให้อะลูมิเนียมถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องครัวและเครื่องครัว

การนำไฟฟ้าของอะลูมิเนียม

นอกจากทองแดงแล้ว อะลูมิเนียมยังมีค่าการนำไฟฟ้าสูงพอที่จะใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าได้ แม้ว่าค่าการนำไฟฟ้าของโลหะผสมตัวนำไฟฟ้าที่นิยมใช้กัน (1350) จะมีค่าเพียงประมาณ 62% ของทองแดงอบอ่อน แต่มีน้ำหนักเพียงหนึ่งในสามเท่านั้น จึงสามารถนำไฟฟ้าได้มากกว่าทองแดงที่มีน้ำหนักเท่ากันถึงสองเท่า

ค่าการสะท้อนแสงของอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมสามารถสะท้อนพลังงานรังสีได้อย่างดีเยี่ยม ตั้งแต่รังสี UV ไปจนถึงอินฟราเรด อะลูมิเนียมมีค่าการสะท้อนแสงที่มองเห็นได้ประมาณ 80% ซึ่งหมายความว่าอะลูมิเนียมถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในโคมไฟ คุณสมบัติการสะท้อนแสงแบบเดียวกันนี้ทำให้อะลูมิเนียมเหมาะอย่างยิ่งในการใช้เป็นวัสดุฉนวนเพื่อป้องกันแสงแดดในฤดูร้อน และในขณะเดียวกันก็ช่วยป้องกันการสูญเสียความร้อนในฤดูหนาว

ตารางที่ 2.คุณสมบัติของอลูมิเนียม

สมบัติเชิงกลของอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมสามารถเสียรูปได้อย่างรุนแรงโดยไม่เกิดการเสียหาย ซึ่งทำให้สามารถขึ้นรูปอะลูมิเนียมได้ด้วยการรีด การอัด การดึง การกลึง และกระบวนการทางกลอื่นๆ นอกจากนี้ยังสามารถหล่อให้มีความทนทานสูงได้อีกด้วย

การผสมโลหะผสม การทำงานแบบเย็น และการอบชุบด้วยความร้อน สามารถใช้เพื่อปรับแต่งคุณสมบัติของอะลูมิเนียมได้

ความแข็งแรงแรงดึงของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์อยู่ที่ประมาณ 90 MPa แต่สามารถเพิ่มเป็นมากกว่า 690 MPa ได้สำหรับโลหะผสมที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนบางชนิด

มาตรฐานอลูมิเนียม

มาตรฐาน BS1470 เดิมถูกแทนที่ด้วยมาตรฐาน EN จำนวน 9 มาตรฐาน รายละเอียดมาตรฐาน EN อยู่ในตารางที่ 4

ตารางที่ 4.มาตรฐาน EN สำหรับอลูมิเนียม

มาตรฐาน EN แตกต่างจากมาตรฐานเก่า BS1470 ในด้านต่อไปนี้:

• องค์ประกอบทางเคมี – ไม่เปลี่ยนแปลง
• ระบบการนับโลหะผสม – ไม่มีการเปลี่ยนแปลง
• ปัจจุบันการกำหนดอุณหภูมิสำหรับโลหะผสมที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนครอบคลุมช่วงอุณหภูมิพิเศษที่กว้างขึ้น มีการเพิ่มตัวเลขสูงสุดสี่หลักหลัง T สำหรับการใช้งานที่ไม่ได้มาตรฐาน (เช่น T6151)
• การกำหนดสูตรการอบชุบสำหรับโลหะผสมที่ไม่สามารถอบชุบด้วยความร้อนได้ – สูตรการอบชุบที่มีอยู่เดิมยังคงเดิม แต่สูตรการอบชุบมีการกำหนดวิธีการอบชุบให้ครอบคลุมมากขึ้น สูตรการอบชุบแบบอ่อน (O) คือ H111 และสูตรการอบชุบระดับกลางคือ H112 สำหรับโลหะผสม 5251 สูตรการอบชุบจะแสดงเป็น H32/H34/H36/H38 (เทียบเท่ากับ H22/H24 เป็นต้น) ส่วน H19/H22 และ H24 จะแสดงแยกกัน
• คุณสมบัติเชิงกล – ยังคงคล้ายกับตัวเลขก่อนหน้า ขณะนี้ต้องมีการระบุค่าความเค้นพิสูจน์ 0.2% บนใบรับรองการทดสอบ
• ระดับความคลาดเคลื่อนได้รับการปรับให้เข้มงวดขึ้นในระดับต่างๆ
  

  การอบชุบด้วยความร้อนของอลูมิเนียม

  การอบชุบด้วยความร้อนสามารถนำไปใช้กับโลหะผสมอลูมิเนียมได้หลายวิธี:

  • การทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน – การกำจัดการแยกส่วนด้วยความร้อนหลังการหล่อ
  • การอบอ่อน – ใช้หลังการทำงานแบบเย็นเพื่อทำให้โลหะผสมที่แข็งตัวจากการทำงาน (1XXX, 3XXX และ 5XXX) อ่อนตัวลง
  • การตกตะกอนหรือการแข็งตัวตามอายุ (โลหะผสม 2XXX, 6XXX และ 7XXX)
  • การอบชุบด้วยความร้อนสารละลายก่อนการทำให้โลหะผสมแข็งตัวจากการตกตะกอนมีอายุนาน
  • การอบเพื่อบ่มสารเคลือบ
  • หลังการอบด้วยความร้อน จะมีการเพิ่มคำต่อท้ายลงในหมายเลขกำหนด
  • คำต่อท้าย F แปลว่า “ตามที่ประดิษฐ์ขึ้น”
  • O หมายถึง “ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการอบอ่อน”
  • T หมายถึงได้รับการ “อบด้วยความร้อน”
  • W หมายถึงวัสดุได้รับการอบด้วยความร้อน
  • H หมายถึงโลหะผสมที่ไม่สามารถอบชุบด้วยความร้อนได้ ซึ่งเรียกว่า “โลหะผสมที่ผ่านการขึ้นรูปเย็น” หรือ “ชุบแข็งด้วยความเครียด”
  • โลหะผสมที่ไม่สามารถผ่านการอบชุบด้วยความร้อนได้คือโลหะผสมในกลุ่ม 3XXX, 4XXX และ 5XXX