אלומיניום הוא המתכת הנפוצה ביותר בעולם והוא היסוד השלישי בשכיחותו, המהווה 8% מקרום כדור הארץ. הרבגוניות של האלומיניום הופכת אותו למתכת הנפוצה ביותר לאחר פלדה.

ייצור אלומיניום

אלומיניום מופק מהמינרל בוקסיט. בוקסיט מומר לתחמוצת אלומיניום (אלומינה) באמצעות תהליך באייר. לאחר מכן האלומינה מומרת למתכת אלומיניום באמצעות תאים אלקטרוליטיים ותהליך הול-הרולט.

ביקוש שנתי לאלומיניום

הביקוש העולמי לאלומיניום עומד על כ-29 מיליון טון בשנה. כ-22 מיליון טון הוא אלומיניום חדש ו-7 מיליון טון הוא גרוטאות אלומיניום ממוחזר. השימוש באלומיניום ממוחזר הוא משתלם מבחינה כלכלית וסביבתית. נדרשים 14,000 קוט"ש כדי לייצר טון אחד של אלומיניום חדש. לעומת זאת, נדרשים רק 5% מכמות זו כדי להתיך מחדש ולמחזר טון אחד של אלומיניום. אין הבדל באיכות בין סגסוגות אלומיניום בתוליות לממוחזרות.

יישומים של אלומיניום

טָהוֹראֲלוּמִינְיוּםהוא רך, גמיש, עמיד בפני קורוזיה ובעל מוליכות חשמלית גבוהה. הוא נמצא בשימוש נרחב עבור כבלי רדיד ומוליכים, אך סגסוגת עם אלמנטים אחרים נחוצה כדי לספק את החוזקים הגבוהים יותר הדרושים ליישומים אחרים. אלומיניום הוא אחת המתכות ההנדסיות הקלות ביותר, בעלות יחס חוזק למשקל גבוה יותר מפלדה.

באמצעות שילובים שונים של תכונותיו המועילות כגון חוזק, קלילות, עמידות בפני קורוזיה, יכולת מיחזור ויכולת עיצוב, אלומיניום משמש במספר הולך וגדל של יישומים. מגוון המוצרים נע בין חומרים מבניים ועד לרדידי אריזה דקים.

ייעודי סגסוגת

אלומיניום הוא לרוב סגסוגת עם נחושת, אבץ, מגנזיום, סיליקון, מנגן וליתיום. תוספות קטנות של כרום, טיטניום, זירקוניום, עופרת, ביסמוט וניקל נעשות גם כן, וברזל קיים תמיד בכמויות קטנות.

ישנן מעל 300 סגסוגות יצוקות, כאשר 50 מהן נמצאות בשימוש נפוץ. הן מזוהות בדרך כלל על ידי מערכת בת ארבע ספרות שמקורה בארה"ב וכיום מקובלת באופן אוניברסלי. טבלה 1 מתארת ​​את המערכת לסגסוגות יצוקות. לסגסוגות יצוקות יש ייעודים דומים והן משתמשות במערכת בת חמש ספרות.

טבלה 1.ייעודים לסגסוגות אלומיניום יצוק.

עבור סגסוגות אלומיניום יצוק ללא סגסוגת המסומנות ב-1XXX, שתי הספרות האחרונות מייצגות את טוהר המתכת. הן שוות ערך לשתי הספרות האחרונות לאחר הנקודה העשרונית כאשר טוהר האלומיניום מבוטא ב-0.01 אחוז הקרוב ביותר. הספרה השנייה מציינת שינויים במגבלות טוהר. אם הספרה השנייה היא אפס, היא מציינת אלומיניום ללא סגסוגת בעל מגבלות טוהר טבעיות ו-1 עד 9 מציינות זיהומים או יסודות סגסוגת בודדים.

עבור קבוצות 2XXX עד 8XXX, שתי הספרות האחרונות מזהות סגסוגות אלומיניום שונות בקבוצה. הספרה השנייה מציינת שינויים בסגסוגת. ספרה שנייה של אפס מציינת את הסגסוגת המקורית ומספרים שלמים 1 עד 9 מציינים שינויים רצופים בסגסוגת.

תכונות פיזיקליות של אלומיניום

צפיפות האלומיניום

לאלומיניום יש צפיפות של כשליש מזו של פלדה או נחושת, מה שהופך אותו לאחת המתכות הקלות ביותר הזמינות מסחרית. יחס החוזק למשקל הגבוה הנובע מכך הופך אותו לחומר מבני חשוב המאפשר הגדלת עומסים או חיסכון בדלק עבור תעשיות התחבורה בפרט.

חוזק האלומיניום

לאלומיניום טהור אין חוזק מתיחה גבוה. עם זאת, הוספת יסודות סגסוגת כמו מנגן, סיליקון, נחושת ומגנזיום יכולה להגביר את תכונות החוזק של האלומיניום ולייצר סגסוגת בעלת תכונות המותאמות ליישומים ספציפיים.

אֲלוּמִינְיוּםמתאים היטב לסביבות קרות. יש לו יתרון על פני פלדה בכך שחוזק המתיחה שלו עולה עם ירידת הטמפרטורה תוך שמירה על קשיחותו. פלדה, לעומת זאת, הופכת לשבירה בטמפרטורות נמוכות.

עמידות בפני קורוזיה של אלומיניום

כאשר נחשפים לאוויר, נוצרת שכבה של תחמוצת אלומיניום כמעט באופן מיידי על פני השטח של האלומיניום. לשכבה זו עמידות מצוינת בפני קורוזיה. היא עמידה למדי בפני רוב החומצות אך פחות עמידה בפני בסיסים.

מוליכות תרמית של אלומיניום

המוליכות התרמית של אלומיניום גדולה פי שלושה בערך מזו של פלדה. דבר זה הופך את האלומיניום לחומר חשוב הן ליישומי קירור והן לחימום, כגון מחליפי חום. בשילוב עם היותו לא רעיל, תכונה זו מאפשרת שימוש נרחב באלומיניום בכלי בישול וכלי מטבח.

מוליכות חשמלית של אלומיניום

יחד עם נחושת, לאלומיניום יש מוליכות חשמלית גבוהה מספיק לשימוש כמוליך חשמלי. למרות שהמוליכות של סגסוגת המוליכה הנפוצה (1350) היא רק כ-62% מזו של נחושת מחושלת, משקלה רק שליש ולכן יכולה להוליך כמות חשמל כפולה בהשוואה לנחושת באותו משקל.

רפלקטיביות של אלומיניום

מ-UV ועד אינפרא אדום, אלומיניום הוא מחזיר אור מצוין של אנרגיית קרינה. החזרת אור גלוי של כ-80% משמעותה שהוא נמצא בשימוש נרחב בגופי תאורה. אותן תכונות של החזרה הופכותאֲלוּמִינְיוּםאידיאלי כחומר מבודד להגנה מפני קרני השמש בקיץ, תוך בידוד מפני אובדן חום בחורף.

טבלה 2.תכונות של אלומיניום.

תכונות מכניות של אלומיניום

אלומיניום יכול לעבור עיוות חמור ללא כשל. זה מאפשר ליצור אלומיניום על ידי גלגול, שיחול, משיכה, עיבוד שבבי ותהליכים מכניים אחרים. ניתן גם ליצוק אותו בסבילות גבוהה.

סגסוגת, עיבוד קר וטיפול בחום - כולם יכולים לשמש להתאמת תכונות האלומיניום.

חוזק המתיחה של אלומיניום טהור הוא כ-90 מגה פסקל, אך ניתן להגדיל אותו ליותר מ-690 מגה פסקל עבור סגסוגות מסוימות הניתנות לטיפול בחום.

תקני אלומיניום

תקן BS1470 הישן הוחלף בתשעה תקני EN. תקני ה-EN מופיעים בטבלה 4.

טבלה 4.תקני EN לאלומיניום

תקני EN שונים מהתקן הישן, BS1470, בתחומים הבאים:

• הרכבים כימיים - ללא שינוי.
• שיטת מספור הסגסוגות - ללא שינוי.
• כינויי טמפרטורת חום עבור סגסוגות הניתנות לטיפול בחום מכסים כעת מגוון רחב יותר של טמפרטורות מיוחדות. עד ארבע ספרות לאחר ה-T הוצגו עבור יישומים לא סטנדרטיים (למשל T6151).
• כינויי טמפרטורת חום עבור סגסוגות שאינן ניתנות לטיפול בחום - טמפרטורות קיימות נותרו ללא שינוי אך טמפרטורות מוגדרות כעת בצורה מקיפה יותר מבחינת אופן יצירתן. טמפרטורת חום רכה (O) היא כעת H111 וטמפרטורת חום ביניים H112 הוצגה. עבור סגסוגת 5251, טמפרטורות מוצגות כעת כ-H32/H34/H36/H38 (שווה ערך ל-H22/H24 וכו'). H19/H22 ו-H24 מוצגים כעת בנפרד.
• תכונות מכניות - נותרות דומות לנתונים הקודמים. כעת יש לציין מאמץ הוכחה של 0.2% בתעודות הבדיקה.
• הסבולות הוחמרו בדרגות שונות.
  

  טיפול בחום של אלומיניום

  ניתן לבצע מגוון טיפולי חום על סגסוגות אלומיניום:

  • הומוגניזציה - הסרת הפרדה באמצעות חימום לאחר היציקה.
  • חישול – משמש לאחר עיבוד קר לריכוך סגסוגות הקשחה בעבודה (1XXX, 3XXX ו-5XXX).
  • משקעים או התקשות עקב גיל (סגסוגות 2XXX, 6XXX ו-7XXX).
  • טיפול בחום בתמיסה לפני הזדקנות של סגסוגות התקשות משקעים.
  • תנור לייבוש ציפויים
  • לאחר טיפול בחום, נוסף סיומת למספרי הייעוד.
  • הסיומת F פירושה "כפי שיוצר".
  • O פירושו "מוצרים מחושלים".
  • T פירושו שהוא "עבר טיפול בחום".
  • W פירושו שהחומר עבר טיפול בחום בתמיסה.
  • H מתייחס לסגסוגות שאינן ניתנות לטיפול בחום שהן "מעובדות בקור" או "מוקשחות במאמץ".
  • הסגסוגות שאינן ניתנות לטיפול בחום הן אלו מקבוצות 3XXX, 4XXX ו-5XXX.