آلومینیوم: تاریخچه، ویژگی ها، انواع، خواص و کاربردها

آخرین به روزرسانی

مقدمه

آلومینیوم یکی از رایج‌ترین فلزات مورد استفاده در جهان امروز است. این فلز دارای خواص مطلوب متعددی مانند استحکام عالی، انعطاف پذیری، نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت در برابر خوردگی است. در حالی که آلومینیوم و نمک‌ها و اکسیدهای مختلف آن از زمان امپراتوری روم مورد استفاده قرار می‌گرفتند، این فلز تا سال 1808 توسط همفری دیوی رسماً کشف نشد و تا سال 1888 به شکل امروز پالایش و تولید انبوه نشد.

امروزه آلومینیوم در طیف وسیعی از کاربردها و صنایع استفاده می‌شود که از جمله آن‌ها می‌توان به قوطی‌های نوشابه، فویل آشپزخانه، بدنه هواپیما و شاسی خودرو اشاره کرد. این مقاله تعریف جامعی از آلومینیوم ارائه خواهد کرد، به تاریخچه آن می‌پردازد، ویژگی‌ها و خواص آن را تشریح می‌کند و درباره کاربردهای مختلف این فلز همه‌کاره بحث خواهد کرد.

آلومینیوم چیست؟

آلومینیوم فلزی سبک، سفید مایل به نقره‌ای، مقاوم در برابر خوردگی، غیر مغناطیسی و انعطاف‌پذیر است و فراوان‌ترین فلز روی زمین به شمار می‌رود. این فلز پس از اکسیژن و سیلیکون بیش از 8 درصد از ماده موجود در پوسته زمین را تشکیل می‌دهد. آلومینیـوم به دلیل خواص و فراوانی‌اش، پرمصرف‌ترین فلز غیرآهنی (Non-ferrous) تولید شده و پالایش شده است. از این فلز معمولاً در صنایع متعددی از جمله حمل‌ونقل، ساخت‌و‌ساز، بسته‌بندی، ماشین‌سازی و کالاهای مصرفی استفاده می‌شود.

تاریخچه آلومینیوم چیست؟

در حالی که از Al برای قرن‌ها استفاده شده ‌است، انسان تا حد زیادی از این فلز بی‌اطلاع بود، زیرا به ندرت به شکل خالص یافت می‌شود. این عنصر اغلب در سنگ‌ها، مواد معدنی، و رس یافت می‌شود. از دوران باستان تا انقلاب صنعتی، زاج سفید (Alum)، نمکی مبتنی بر آلومینیـوم، رایج‌ترین شکلی بود که در آن از آلومینیـوم استفاده می‌شد. از زاج اغلب به عنوان یک عامل بازدارنده شعله، در رنگ‌ها, داروها و سفالگری استفاده می شد. در سال 1807، همفری دیوی(Humphry Davy) وجود یک فلز ناشناخته در زاج سفید را توصیف کرد و تلاش کرد او در جداسازی آن از طریق الکترولیز ناموفق بود.

در سال 1825، هانس کریستین اورستد(Hans Christian Oersted) با موفقیت آلومینیـوم را با احیای کلرید آلومینیوم(aluminum chloride) جدا کرد. در سال 1854، هنری سنت(Henri Sainte) و کلر دویل(Claire Deville) فرآیند احیا آلومینیوم را برای تولید مقادیر بالاتر فلز بهبود بخشیدند. سپس در سال 1886، چارلز مارتین هال(Charles Martin Hall) و پل لوئیس توسن هرولت(Paul Louis Toussaint Héroult ) به طور همزمان فرآیند ذوب آلومینیـوم را توسعه دادند که هنوز هم مورد استفاده قرار می‌گیرد. در نتیجه در دسترس بودن فرآیند پالایش کارآمدتر، استفاده از Al در قرن بیستم به شدت افزایش یافت.

نماد آلومینیوم چیست؟

نماد آلومینیـوم (Aluminum) در جدول تناوبی “Al” است.

عدد اتمی Al چقدر است؟

عدد اتمی آلومینیوم 13 است. این عنصر، اولین فلز پساانتقالی (Post-transition) در جدول تناوبی است. آلـومینیوم در دوره (ردیف) سوم و در گروه (ستون) سیزدهم قرار دارد.

وزن اتمی Al چیست؟

وزن اتمی آلـومینیوم 26.98 amu (واحد جرم اتمی) است. 1 amu معادل 1/12 اندازه یک اتم کربن خنثی است.

نام دیگر آلومینیوم چیست؟

اصطلاح دیگر “آلومینیوم” (Aluminium) است. در حالی که “آلومینیوم” (Aluminum) معمولاً در ایالات متحده و کانادا استفاده می‌شود، “آلومینیوم” (Aluminium) اغلب در سایر نقاط انگلیسی‌زبان جهان استفاده می‌شود. انجمن شیمی آمریکا (ACS) اصطلاح “آلومینیوم” (Aluminum) را در سال 1925 به عنوان اصطلاح رسمی برای این عنصر پذیرفت، اما اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC)، “آلومینیوم” (Aluminium) را به عنوان اصطلاح رسمی در سال 1990 پذیرفت.

آلومینیوم از چه ساخته شده است؟

آلومینیوم در طبیعت به صورت زاج سفید (Alum) (اشکال سولفات) و اکسیدها یافت می‌شود. موادی که از آن‌ها می توان آلـومینیوم خالص را پالایش کرد در زیر فهرست شده اند:

1. بوکسیت (Bauxite)
2. رس (Clay)
3. شیل (Shale)
4. اسلیت (Slate)
5. گرانیت (Granite)
6. آنورتوزیت (Anorthosite)

ویژگی‌های Al چیست؟

برخی از ویژگی های اصلی آلومینیـوم در ادامه شرح داده شده است:

1. سبک است و چگالی آن حدود یک سوم فولاد است.
2. دارای نسبت استحکام به وزن بالا است.
3. به دلیل تشکیل یک لایه اکسید محکم روی سطح آن، به طور طبیعی در برابر خوردگی مقاوم است.
4. بسیار انعطاف‌پذیر است.
5. رنگی براق و سفید متمایل به نقره‌ای دارد.
6. دارای هدایت حرارتی و الکتریکی عالی است.

رنگ آلومینیوم چیست؟

Al خالص، آلیاژهای آن و آلـومینیوم فرآوری‌شده همگی دارای رنگ سفید مایل به نقره‌ای هستند.

آلومینیوم چه شکلی است؟

آلومینیم خالص در شکل زیر نشان داده شده است.

آلومینیـوم در طبیعت بیشتر به شکل اکسید در سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود. بوکسیت به رنگ قهوه‌ای مایل به قرمز و مات است و شبیه به خاک رس است. پس از پالایش و فرآوری سنگ معدن بوکسیت، آلومینیـوم خالص شبیه به تصویر بالا می‌شود. آلومینیـوم خالص، فلزی با رنگ سفید نقره‌ای و براق است.

چگالی آلومینیـوم چقدر است؟

چگالی آلومینیوم 2.71 گرم بر سانتی متر مکعب است.

انواع مختلف آلومینیـوم کدام‌ها هستند؟

انواع مختلف Al در زیر شرح داده شده است:

1.آلومینیـوم خالص

Al خالص عاری از عناصر آلیاژی و دارای مقادیر کم آلاینده‌ها است. این فلز تقریباً هرگز در طبیعت به شکل خالص وجود ندارد و با پالایش مواد معدنی و سنگ معدن استخراج‌شده، مانند بوکسیت به دست می‌آید. آلومینیـوم خالص نرم، انعطاف‌پذیر، مقاوم در برابر خوردگی و رسانای الکتریسیته است. آلومینیـوم خالص اغلب برای کاربردهای بدون بارگذاری مکانیکی مانند سیم‌ها، کابل‌ها و فویل استفاده می‌شود.

2.آلیاژهای Al

آلیاژ Al ماده‌ای است که از آلومینیـوم خالص و عناصر آلیاژی تشکیل شده است. عناصر اضافه شده در ساختار Al خالص، آن را قوی‌تر می‌کنند. آلیاژهای Al سخت‌تر و محکم‌تر از آلـومینیوم خالص هستند اما همچنان سبک‌وزن، انعطاف‌پذیر، مقاوم در برابر خوردگی و رسانای الکتریکی هستند. از آلیاژهای آلـومینیوم اغلب برای ساخت موتورهای خودرو و شاسی، بال هواپیما و محصولات مصرفی استفاده می‌شود.

3.آلومینیوم ریخته‌گری شده (Cast)

محصولات آلومینیومی ریخته‌گری شده از آلیاژهای Al ساخته می‌شوند که ذوب شده و سپس در قالب‌ها ریخته می‌شوند تا شکل نهایی ایجاد شود. ریخته‌گری Al یک روش مقرون به صرفه برای تولید مقادیر زیادی از قطعات است. با این حال، قطعات آلومینیومی ریخته‌گری دارای استحکام کششی و انعطاف‌پذیری کمتری نسبت به قطعات آلومینیومی تحت فرآیند متالورژی پودر هستند. ریخته‌گری برای قطعات موتور و قطعات مصنوعی اندام یا پروتز (Prosthetic) استفاده می‌شود.

4.آلومینیوم کار شده (Wrought)

Al و آلیاژهای آلومینیـوم کارشده، با استفاده از فرآیندهای شکل‌دهی مانند اکستروژن، نورد یا آهنگری(فورجینگ) آلومینیـوم، شکل داده می‌شوند. این فرآیندها برای تولید شمش، میلگرد و بلوک برای سایر فرآیندهای ساخت مانند ماشینکاری استفاده می‌شوند. از این نوع آلومینیـوم برای ماشینکاری و ساخت ورق فلز برای تولید قطعات در صنایع خودروسازی، هوافضا، پزشکی و محصولات مصرفی استفاده می‌شود.

5.آلومینیوم آنودایز شده (Anodized)

Al آنودایز شده، آلومینیـوم یا آلیاژ آلومینیومی است که سطح آن از طریق واکنش‌های الکتروشیمیایی سخت‌تر و بادوام‌تر شده است. آنودایز کردن همچنین می‌تواند برای ایجاد سطوح رنگی با روکش مات یا براق استفاده شود. آلومینیـوم آنودایز شده اغلب در موارد زیر استفاده می‌شود:

• محصولات ساختمانی و معماری مانند قاب پنجره و تابلوها
• اجزای داخلی هواپیما و قطار
• سطوح جذاب برای محصولات مصرفی مانند لوازم الکترونیکی و لوازم آشپزخانه

6.آلومینیوم روکش‌دار (Clad)

آلومینیـوم روکش‌دار که به عنوان آلکلاد (Alclad) نیز شناخته می‌شود، آلیاژ آلومینیومی است که با پوشاندن لایه‌های اضافی از آلومینیـوم خالص یا آلیاژ آلومینیـوم بر روی یک بستر آلیاژ آلومینیـوم برای افزایش بیشتر مقاومت خوردگی آن ساخته می‌شود. آلیاژ آلومینیـوم روکش‌دار آندیک است و از نظر الکتروشیمیایی بستر را در برابر خوردگی محافظت می‌کند. آلکلاد معمولاً در کاربردهای هوافضا استفاده می‌شود و با نورد آلیاژ بر روی بستر و گرم کردن مواد کامپوزیت تا دمای بالا ساخته می‌شود.

آلومینیوم چه نوع فلزی است؟

آلومینیـوم یک فلز پساانتقالی در گروه 13 یا گروه بور در جدول تناوبی است. این عنصر تمایل به تشکیل ترکیبات شیمیایی با حالت اکسیداسیون +3 به دلیل کاتیون +3 خود دارد. این امر باعث می‌شود آلومینیـوم به راحتی با عناصر دیگر، به‌ویژه اکسیژن و هر آنیونی که حالت -3 را ارائه می‌دهد، پیوند برقرار کند.

خواص آلومینیوم چیست؟

Al دارای خواص فیزیکی و شیمیایی مطلوب متعددی از جمله هدایت الکتریکی و حرارتی خوب است. خواص فیزیکی و شیمیایی قابل توجه آن در جداول زیر نشان داده شده است:

جدول 1: خواص فیزیکی آلومینیـوم

ویژگی	تعریف	مثال	واحد	اهمیت
چگالی	جرم ماده در واحد حجم	2.71 گرم بر سانتی متر مکعب	گرم بر سانتی متر مکعب	ماده سبک با نسبت استحکام به وزن بالا
استحکام	توانایی یک ماده برای تحمل بار	80 مگاپاسکال (AA1050A 0) تا 570 مگاپاسکال (AA7075 T6)	مگاپاسکال یا psi	با توجه به وزن کم، استحکام بالایی دارد که به آن اجازه می‌دهد در چندین کاربرد باربری استفاده شود.
رنگ	طول موج نور منعکس شده از یک ماده	رنگ سفید نقره‌ای براق	–	ظاهر جذاب برای محصولات و سازه‌های مختلف مصرفی
انعطاف‌پذیری	توانایی یک ماده برای خم شدن یا کشش قبل از شکستگی	بسیار انعطاف‌پذیر	بدون واحد	انرژی را قبل از شکستگی به عنوان تغییر شکل پلاستیک جذب می‌کند، به راحتی شکل می‌گیرد.

جدول 2: خواص شیمیایی آلومینیـوم

ویژگی	تعریف	مثال	اهمیت
پتانسیل اکسیداسیون	تمایل به واکنش معمولاً با هوا	اکسیدهای Alدر بوکسیت	به راحتی با هوا واکنش نشان می‌دهد و معمولاً در طبیعت به صورت اکسید یافت می‌شود.
توانایی تشکیل آلیاژ	سهولت تشکیل آلیاژ با Al	وجود صدها آلیاژ مختلف Al	اجازه می‌دهد تا خواص فیزیکی و مکانیکی مورد نظر به دست آید که در Al خالص وجود ندارند.
واکنش‌پذیری	توانایی تشکیل محلول‌های آبی و دوجانبه (mutual) با مواد دیگر	Al با اسیدهای معدنی و مواد قلیایی واکنش می‌دهد تا محلول‌های آبی ایجاد کند.	اسیدهای آلومینیوم مانند هیدروکسید آلومینیوم معمولاً به عنوان بازدارنده شعله و در داروسازی استفاده می‌شوند. بازهای آلومینیوم معمولاً در تصفیه آب و تسریع سخت شدن بتن استفاده می‌شوند.
مقاومت در برابر خوردگی	توانایی یک ماده در برابر تخریب ناشی از خوردگی	به طور معمول به صورت اکسید Al در طبیعت یافت می‌شود، که باعث مقاومت طبیعی در برابر خوردگی می‌شود.	مقاومت طبیعی در برابر خوردگی، امکان استفاده از آلومینیـوم و آلیاژهای آن را در طیف وسیعی از محیط‌ها فراهم می‌کند.

جدول 3: خواص مکانیکی آلومینیوم

ویژگی	تعریف	مثال	واحد	اهمیت
سختی	مقاومت یک ماده در برابر خراشیدگی	15 تا 95 برینل	برینل	مقاومت در برابر سایش و خراش را نشان می‌دهد
انعطاف‌پذیری	توانایی یک ماده برای خم شدن بدون شکستگی	بسیار انعطاف‌پذیر	بدون واحد	می‌تواند به اشکال مختلف خم و شکل داده شود
مقاومت خستگی	توانایی یک ماده برای تحمل بارهای متناوب قبل از شکست	100 تا 700 مگاپاسکال	مگاپاسکال	مقاومت در برابر بارهای دینامیکی و لرزه‌ای
چگالی	جرم ماده در واحد حجم	2.7 گرم بر سانتی‌متر مکعب	گرم بر سانتی‌متر مکعب	نشان‌دهنده‌ی سبکی آلومینیـوم
مقاومت کششی	نیروی لازم برای شکستن یک ماده	100 تا 700 مگاپاسکال	مگاپاسکال	نشان‌دهنده‌ی استحکام آلومینیـوم
مدول الاستیسیته	سختی یا مقاومت ماده در برابر تغییر شکل الاستیک	70 گیگاپاسکال	گیگاپاسکال	نشان‌دهنده‌ی سختی و انعطاف‌پذیری آلومینیـوم
انبساط حرارتی	افزایش طول یا حجم ماده به ازای تغییر دما	23.2 میکرومتر بر متر کلوین	میکرومتر بر متر کلوین	نشان‌دهنده‌ی نرخ بالای انبساط حرارتی آلومینیـوم

جدول 4: خواص حرارتی آلومینیوم

ویژگی	تعریف	مثال	واحد	اهمیت
هدایت حرارتی	توانایی یک ماده برای انتقال گرما	237 وات بر متر کلوین	وات بر متر کلوین	انتقال سریع گرما را در کاربردهایی مانند ظروف آشپزی و مبدل‌های حرارتی ترویج می‌کند
نقطه ذوب	دمایی که در آن یک ماده از جامد به مایع تبدیل می‌شود	660 درجه سانتی گراد	درجه سانتی گراد	نقطه ذوب نسبتاً پایین
ظرفیت گرمایی	توانایی یک ماده برای ذخیره گرما	897 ژول بر کیلوگرم کلوین	ژول بر کیلوگرم کلوین	نشان می‌دهد که آلومینیـوم در مقایسه با سایر فلزات ظرفیت گرمایی بالایی دارد
انبساط حرارتی	افزایش طول یا حجم ماده به ازای تغییر دما	23.2 میکرومتر بر متر کلوین	میکرومتر بر متر کلوین	نشان‌دهنده‌ی نرخ بالای انبساط حرارتی آلومینیـوم
ضریب انبساط حرارتی	میزان افزایش ابعادی یک ماده به ازای هر واحد افزایش دما	23.1 × 10^-6 /°C	1/°C	مهم برای طراحی قطعاتی که در محیط‌های دمایی متفاوت قرار می‌گیرند
مقاومت در برابر اکسیداسیون	توانایی یک ماده در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا	تشکیل یک لایه اکسید محافظ	بدون واحد	حفاظت از آلومینیـوم در برابر خوردگی در شرایط سخت و دماهای بالا

مقاومت در برابر اکسیداسیون اگرچه مستقیماً یک خاصیت حرارتی نیست، مقاومت آلومینیـوم در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا نکته مهمی است که نشان‌دهنده توانایی آن در حفظ عملکرد در شرایط سخت است. آلومینیـوم تشکیل یک لایه اکسید محافظ بر سطح خود می‌دهد که از آن در برابر خوردگی حفاظت می‌کند.

جدول 5: خواص الکتریکی آلومینیوم

ویژگی	تعریف	مثال	واحد	اهمیت
هدایت الکتریکی	توانایی یک ماده برای انتقال الکتریسیته	37.7 MS/m	MS/m	رسانای الکتریکی خوب، مناسب برای سیم‌ها و کابل‌ها
مقاومت الکتریکی	مقاومت یک ماده در برابر جریان الکتریکی	2.65 میکرو اهم متر	میکرو اهم متر	مقاومت الکتریکی پایین، اتلاف انرژی الکتریکی را کاهش می‌دهد
نفوذپذیری مغناطیسی	میزان واکنش یک ماده نسبت به میدان‌های مغناطیسی	1.256 × 10^-6 Tm/A	Tm/A	پایین، مناسب برای کاربردهای حساس به میدان مغناطیسی
پتانسیل الکترود استاندارد	تمایل یک ماده برای ایجاد واکنش‌های اکسایشی یا کاهشی	-1.663 ولت	ولت	نشان‌دهنده پتانسیل اکسایش، کاربرد در محافظت کاتدی
ثابت دی‌الکتریک	مقاومت یک ماده در برابر میدان الکتریکی	(برای اکسید آلومینیوم) 8.8	بدون واحد	اکسید آلومینیوم (Al2O3) با ثابت دی‌الکتریک بالا، کاربرد در عایق‌بندی

1. نفوذپذیری مغناطیسی: نشان‌دهنده میزان واکنش یک ماده نسبت به میدان‌های مغناطیسی است. آلومینیـوم، مانند بسیاری از فلزات غیر آهنی، دارای نفوذپذیری مغناطیسی بسیار پایینی است، که آن را برای کاربردهایی که حساسیت به میدان‌های مغناطیسی وجود دارد، مناسب می‌سازد.در سیستم SI، واحد استاندارد نفوذپذیری مغناطیسی هانری بر متر (H/m) است.معمولاً از واحد تسلای متر بر آمپر (Tm/A) نیز به طور گسترده استفاده می‌شود.
2. پتانسیل الکترود استاندارد: این معیار از تمایل یک ماده برای ایجاد واکنش‌های اکسایشی یا کاهشی سخن می‌گوید. برای آلومینیـوم، این مقدار نشان‌دهنده پتانسیل اکسایش است که می‌تواند در محافظت کاتدی و کاربردهایی که در آنها مقاومت در برابر خوردگی مهم است، کاربرد داشته باشد.
3. ثابت دی‌الکتریک: این ویژگی برای مواد عایق که در میدان‌های الکتریکی قرار می‌گیرند، اهمیت دارد و نشان‌دهنده میزان مقاومت یک ماده در برابر میدان الکتریکی است. اگرچه آلومینیـوم یک رسانا است، اما اکسید آلومینیوم (Al2O3) که بر روی سطح آن تشکیل می‌شود، دارای ثابت دی‌الکتریک بالایی است و می‌تواند در کاربردهای عایق‌بندی مورد استفاده قرار گیرد.

آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژهای آAl از ترکیب آلومینیـوم با عناصر دیگر ساخته می‌شوند. عناصر آلیاژی می‌توانند خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی آلومینیـوم را به طور قابل توجهی تغییر دهند.

نام آلیاژ	عناصر آلیاژی	کاربرد
1000 (آلومینیوم خالص)	–	سیم‌ها، کابل‌ها، فویل
2000 (آلیاژهای سری 2000)	مس	مقاومت بالا، رسانای الکتریکی خوب
3000 (آلیاژهای سری 3000)	منگنز	مقاومت به خوردگی، کاربردهای ساختمانی
4000 (آلیاژهای سری 4000)	سیلیسیم	مقاومت به حرارت، کاربردهای

کاربردهای آلومینیوم چیست؟

کاربردهای Al در صنایع مختلف در زیر شرح داده شده است:

1. حمل و نقل

آلومینیوم به دلیل وزن کم و نسبت استحکام به وزن بالا در صنایع خودروسازی، هوافضا و دریایی استفاده می‌شود. از این فلز برای بدنه خودرو، اجزای موتور و چرخ‌ها برای کاهش وزن و افزایش راندمان سوخت استفاده می‌شود. آلومینیـوم برای اجزای سازه‌ای در هواپیما مانند بال‌ها و بدنه برای کاهش وزن و بهبود آیرودینامیک استفاده می‌شود. به دلیل مقاومت در برابر خوردگی در محیط‌های آب شور، برای بدنه، دکل‌ها و سایر اجزای کشتی استفاده می‌شود.

2. بسته‌بندی

آلومینیوم به دلیل قابلیت بازیافت، وزن کم و مقاومت در برابر خوردگی در بسته‌بندی مواد مصرفی استفاده می‌شود. اغلب برای قوطی‌های نوشیدنی و بسته‌بندی دارو استفاده می‌شود.

3. ساخت و ساز

آلومینیوم به دلیل استحکام، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر خوردگی در ساخت و ساز استفاده می‌شود. به طور مرتب در سازه‌هایی مانند خانه‌ها، ساختمان‌های بلند و پل‌ها استفاده می‌شود. وزن سبک آن استفاده از آن را در ساخت و ساز آسان، کارآمد و مقرون به صرفه می‌کند. آلومینیـوم به کاهش وزن کلی سازه کمک می‌کند که منجر به کاهش هزینه‌های مرتبط با فونداسیون می‌شود.

4. لوازم الکتریکی

آلومینیوم به دلیل وزن کم و هدایت الکتریکی خوب در لوازم الکتریکی استفاده می‌شود. اغلب در موتورها، آنتن‌های تلویزیون، لوازم خانگی و دیش‌های ماهواره استفاده می‌شود. آلومینیـوم به دلیل وزن کم، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر خوردگی، اغلب برای خطوط برق استفاده می‌شود.

5. کالاهای مصرفی

ظاهر براق و صاف آلومینیوم و همچنین دوام، وزن کم و هدایت حرارتی عالی آن، این ماده را به انتخابی ایده‌آل برای استفاده در کالاهای مصرفی تبدیل می‌کند. از آلومینیـوم به عنوان قاب گوشی‌های هوشمند، تلویزیون‌ها و لپ‌تاپ‌ها به دلیل وزن کم، ظاهر و توانایی آن در جلوگیری از گرم شدن بیش از حد دستگاه‌ها استفاده می‌شود. همچنین به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، وزن کم و هدایت حرارتی، اغلب در ظروف آشپزی استفاده می‌شود که توزیع یکنواخت گرما را ترویج می‌کند.

6. ماشین‌آلات و تجهیزات

آلومینیوم به دلیل وزن کم، نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت در برابر خوردگی در ماشین‌آلات و تجهیزات استفاده می‌شود. از آن برای ساخت قاب‌ها و مکانیزم‌های کنترل حرکت برای ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود. همچنین اغلب برای سنسورها، نقاله‌ها و سایر اجزای صنعتی استفاده می‌شود.

7. تجهیزات پزشکی

آلومینیوم به دلیل وزن کم و استحکام آن در تجهیزاتی مانند ویلچر، واکر و عصا استفاده می‌شود. همچنین به دلیل زیست‌سازگاری و مقاومت در برابر خوردگی در بدن، برای ابزارهای جراحی و ایمپلنت‌ها استفاده می‌شود.

مزایای آلومینیوم چیست؟

مزایای آلومینیـوم در زیر فهرست شده است:

1. سبک: چگالی آن (2.71 گرم بر سانتی متر مکعب) حدود یک سوم فولاد است. در کاربردهایی که کاهش وزن مطلوب است، مانند صنعت خودروسازی یا هوافضا مفید است.
2. مقاوم در برابر خوردگی: به دلیل تشکیل طبیعی یک لایه اکسید محافظ روی سطح آن، در برابر خوردگی مقاوم است. می‌تواند طیف وسیعی از شرایط محیطی را در صنایعی مانند حمل و نقل، ساخت و ساز و کالاهای مصرفی تحمل کند.

محدودیت‌های آلومینیوم چیست؟

محدودیت‌های آلـومینیوم در زیر فهرست شده است:

1. استحکام کمتر: با وجود اینکه آلومینیـوم یک فلز محکم است، اما استحکام آن به طور معمول کمتر از فولاد (steel) است.
2. هزینه بالاتر: Al در مقایسه با موادی مانند فولاد یا پلاستیک پرهزینه‌تر است. قیمت مواد خام اولیه و انرژی موردنیاز برای تولید آلومینیـوم و آلیاژهای آن از عوامل تاثیرگذار بر قیمت بالای آلومینیـوم محسوب می‌شوند.
3. هدایت حرارتی بالا: هدایت حرارتی بالای آلومینیـوم فرآیند جوشکاری (welding) آن را سخت می‌کند. دلیل این امر، انجماد بسیار سریع اتصالات جوش‌ خورده آلومینیـوم در مقایسه با فولاد است.

بازیافت Al

آلومینیوم به دلیل مزایای متعددی که دارد، به عنوان “فلز سبز” شناخته می‌شود. یکی از مهم‌ترین این مزایا، قابلیت بازیافت آسان و مقرون به صرفه‌ی آن است. در واقع، آلومینیـوم یکی از قابل بازیافت‌ترین فلزات در جهان به حساب می‌آید.

چرا بازیافت آلومینیوم اهمیت دارد؟

• صرفه‌جویی در مصرف انرژی: فرآیند بازیافت آلومینیـوم به طور قابل توجهی (حدود 95%) کمتر از تولید اولیه Al از بوکسیت انرژی مصرف می‌کند. این امر به حفظ منابع انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند.
• کاهش آلودگی: بازیافت آلومینیـوم، آلودگی هوا و آب را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.
• حفاظت از منابع طبیعی: بوکسیت، ماده اولیه تولید آلومینیـوم، یک منبع طبیعی محدود است. بازیافت آلومینیـوم به حفظ این منبع و همچنین کاهش نیاز به معدن‌کاوی و اکتشافات جدید کمک می‌کند.
• مزیت اقتصادی: بازیافت Al یک صنعت سودآور است که فرصت‌های شغلی جدیدی ایجاد می‌کند.

فرآیند بازیافت آلومینیوم چگونه انجام می‌شود؟

1. جمع‌آوری: قوطی‌ها و ضایعات آلومینیومی از منابع مختلف جمع‌آوری می‌شوند.
2. جداسازی: آلومینیـوم از سایر مواد مانند پلاستیک و کاغذ جدا می‌شود.
3. ذوب شدن: ضایعات آلومینیومی ذوب می‌شوند.
4. تصفیه: ناخالصی‌ها از فلز مذاب جدا می‌شوند.
5. قالب‌گیری: فلز مذاب به شکل شمش یا سایر محصولات آلومینیومی در می‌آید.

مزایای بازیافت Al:

• صرفه‌جویی در منابع: بازیافت آلومینیـوم به حفظ منابع طبیعی مانند بوکسیت و همچنین منابع انرژی کمک می‌کند.
• کاهش آلودگی: بازیافت آلومینیـوم، آلودگی هوا و آب را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.
• مزیت اقتصادی: بازیافت آلومینیـوم یک صنعت سودآور است که فرصت‌های شغلی جدیدی ایجاد می‌کند.
• حفظ ارزش: آلومینیـوم بازیافتی به همان اندازه آلومینیـوم اولیه با ارزش است.

آمار جالب

• بیش از 75% از آلومینیومی که تا به حال تولید شده است، هنوز هم در حال استفاده است.
• قوطی‌های آلومینیومی بازیافتی می‌توانند در عرض 60 روز به قوطی‌های جدید تبدیل شوند.

اثرات زیست محیطی Al

تولید آلومینیوم اولیه از بوکسیت به دلیل مصرف زیاد انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای، اثرات مخربی بر محیط زیست می‌گذارد. این فرآیند 14 مگاوات ساعت برق به ازای هر تن آلومینیـوم مصرف می‌کند و 4 تن دی‌اکسید کربن منتشر می‌کند.

مزیت بزرگ آلومینیوم، قابلیت بازیافت آن است. بازیافت آلومینیـوم 95% انرژی و گازهای گلخانه‌ای کمتری نسبت به تولید اولیه از بوکسیت مصرف و منتشر می‌کند.

معدنکاری بوکسیت نیز می‌تواند منجر به تخریب جنگل‌ها، آلودگی آب و خاک و جابجایی جوامع محلی شود.

راهکارهای پایدار برای کاهش اثرات زیست محیطی آلومینیـوم شامل افزایش بازیافت، استفاده از منابع انرژی تجدید‌پذیر و کاهش مصرف Al است.

در نهایت، آلومینیـوم فلزی مفید با کاربردهای فراوان است، اما تولید آن به قیمت آسیب به محیط زیست تمام می‌شود.

راه حل؟ بازیافت بیشتر، مصرف کمتر و استفاده از منابع انرژی پاک.

آینده آلومینیوم

آلومینیوم به دلیل خواص مطلوب و قابلیت بازیافت، در آینده تقاضای فزاینده‌ای خواهد داشت. این فلز در صنایع حمل و نقل، ساخت و ساز، بسته‌بندی و کالاهای مصرفی کاربرد فراوان دارد. تقاضا برای Al با رشد اقتصادی جهانی، گرایش به سمت پایداری و نوآوری در این صنعت افزایش خواهد یافت.

تحقیقات و توسعه برای بهبود خواص و یافتن کاربردهای جدید برای Al در حال انجام است. استفاده از آلومینیـوم در ساخت خودروها، هواپیماها، قطارها، پل‌ها، ساختمان‌ها و قوطی‌های مواد غذایی رو به افزایش است. از این فلز در چاپ سه‌بعدی نیز استفاده می‌شود.

چالش‌های پیش روی صنعت آلومینیوم شامل نوسانات قیمت و اثرات زیست محیطی تولید آن است. افزایش بازیافت، استفاده از منابع انرژی تجدید‌پذیر و توسعه آلیاژهای جدید با خواص و عملکرد بهتر می‌تواند به حل این چالش‌ها کمک کند.

آلومینیوم فلزی با آینده روشن است و صنعت آلومینیوم با نوآوری و سرمایه‌گذاری در زمینه‌های جدید، می‌تواند به طور فزاینده‌ای در پاسخگویی به نیازهای جهانی نقش ایفا کند.

به دلیل خواص مطلوب و قابلیت بازیافت، آلومینیـوم در آینده تقاضای فزاینده‌ای خواهد داشت. تقاضای آلومینیـوم در صنایع حمل و نقل، ساخت و ساز، بسته‌بندی و کالاهای مصرفی افزایش خواهد یافت. تحقیقات و توسعه برای بهبود خواص و یافتن کاربردهای جدید برای آلومینیـوم در حال انجام است.

آیا Al سبک است؟

بله، آلومینیـوم سبک است. چگالی آلومینیـوم 2.71 g/cm3 است که حدود یک سوم چگالی فولاد محسوب می‌شود.

آیا آلومینیوم بادوام است؟

بله، آلومینیوم بادوام است. آلومینیـوم در طیف وسیعی از کاربردها مانند بسته‌بندی، ساخت و ساز و حمل و نقل استفاده می‌شود.

آیا Al کاربردی است؟

• بله، آلومینیوم کاربردی است. این فلز سبک‌وزن، مقاوم، بادوام و رسانای خوبی برای گرما و الکتریسیته است.

آیا آلومینیوم یک نوع فلز است؟

• بله، آلومینیـوم فلز است. آلومینیـوم به این دلیل به عنوان فلز در نظر گرفته می‌شود که رسانای خوبی برای گرما و الکتریسیته است، ظاهری براق دارد و به راحتی الکترون از دست می‌دهد تا یون‌های مثبت (کاتیون‌ها) را تشکیل دهد.

خلاصه

این مقاله آلومینیوم را معرفی کرد، ماهیت آن‌ را توضیح داد و با جزییات کامل این ماده را مورد بحث قرار داد.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/materials/what-is-aluminum

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.