کاربردهای آلومینیوم

کاربردهای آلومینیوم

ترکیب منحصر به فرد و خواص عالی آلومینیم باعث شده است این فلز یکی از مهمترین مواد مهندسی و ساخت مصالح به شمار آید. جرم سبک ،استحکام به وزن بالا و مقاومت بالا در مقابل خوردگی و زنگ زدگی آلومینیم را تبدیل به یک فلز عالی نموده است. آلومینیم قابل بازیافت است و با محیط زیست سازگار است. آلومینیم با دوام است و سالها بدون پوسیدگی کار می کند. چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش آلومینیم کاربردی ترین فلز بعد از آهن به شمار می آید و تقریبا در تمامی بخش های صنعت دارای اهمیت می باشد.
همه این ویژگی های آلومینیوم را به یک گزینه مناسب جهت کاربرد در شرایط خاص تبدیل نموده است. موارد استفاده آلومینیوم در حمل ونقل، بسته بندی، ساخت و ساز، برق و… می باشد.

برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارتند از:

• متالوژی

آلومینیوم به همراه درصد کمی سیلیس، روی منگنز، منیزیم، مس و یا لیتیوم، آلیاژهای مقاومی در برابر فرسودگی، و زنگ زدن را تشکیل می دهد که برای بسته بندی، ظروف، کالاهای الکتریکی، مصالح ساختمانی، هوا فضا و اتومبیل سازی به کار می رود.

• شیمیایی

آلومینیوم برای تهیه انواع عایق و به عنوان یک رسانای خوب گرمایی، در تهیه وسایل آشپزخانه به کار می رود. آلومینیوم بعد از مس، دومین عنصر رسانای جریان الکتریکی است و به علت ایجاد خطوط بسیار قوی الکتریکی، از آن برای تهیه سیم های انتقال ولتاژ بالای جریان استفاده می شود. بوکسیت ها در تهیه سیمان و ماده ثابت رنگ کاری به کار می روند و همچنین از پودر اکسید آلومینیوم به صورت کانی بوکسیت، برای تهیه سولفات آلومینیوم و آلومینات سدیم در تصفیه آب استفاده می شود. از سولفات آلومین نیز در صنایع کاغذسازی و پارچه بافی استفاده می شود.

• بازیافت

آلومینیوم به طور کامل قابل بازیافت(۹۰%) است و ۹۵ درصد نیز قابلیت ذخیره انرژی دارد. قراضه آلومینیوم در بازار جهانی مورد معامله قرار می گیرد. قراضه های آلومینیوم به طورگسترده به ذوب کنندگان آلومینیوم ثانویه فروخته می شود. این روش هم به حفظ و سلامت محیط زیست کمک می کند و هم از نظر تجاری مقرون به صرفه است؛ چراکه در هزینه ذوب و تولید آلومینیوم از نظر مصرف انرژی صرفه جویی می شود.

• صنعت حمل و نقل

الف- اتومبیل ها

مزایای کاربرد آلومینیم در خودرو

امروزه با وجود رقابتهای جهانی و افزایش ارتباط محیطی ، تولید کنندگان ماشین با رقابتهای جدیدی مواجه شده اند ، تولیدات آنها باید آلودگی کمتری ایجاد کند . و به سادگی مجدداً وارد چرخه ماشین ها بشود ، بدون اینکه امنیت و راحتی آن کاهش یابد ، کارآیی ماشین (تولید) بالا رود و هزینه جاری کاهش یابد . هر ۱۰۰ کیلو گرم کاهش وزن، سبب می شود که ۰٫۶ لیتر در ۱۰۰ کیلو متر، سوخت مصرفی کاهش یابد . گاز کمتری از اگزوز ماشین خارج شود و هزینه کاهش می یابد . آلومینیم یک عامل اساسی برای کاهش وزن است .این کاهش وزن باعث افزایش بهره وری و مصرف کمتر سوخت در خودرو شده است.

کاربرد زیاد آلومینیوم در وسایل نقلیه، می‌‌تواند تا حدود ۲۰درصد انتشار گازهای گلخانه‌‌ای جهان را کاهش دهد. مصرف زیاد آلومینیم در خودرو باعث شده است که از ۱۹۹۰ تاکنون بیش از ۳۵ بیلیون گالن سوخت صرفه‌‌جویی شود.

ب– صنایع هوافضا

آلیاژهای آلومینیوم به سبب مقاومت بالا در برابر کشش به نسبت وزن کم آن، استفاده زیادی در ساخت هواپیماهای تجاری و نظامی دارند. آلومینیوم ماده برتر استفاده شده در هواپیماست که از ۵۵ تا ۸۱ درصد کل وزن آن را تشکیل می دهد.

نسل جدید آلیاژهای آلومینیوم- لیتیومی، وزن هواپیما را ۲۵ درصد کاهش می‌دهد. این آلیاژها دارای چگالی کمتر،‌ چقرمگی بالا و مقاومت دربرابر تخریب بیشتری نسبت به مواد به‌کار رفته قبلی در صنعت هوا-فضاست. نخستین نسل آلیاژهای آلومینیوم-لیتیومی در صنایع هوا-فضا و صنایع دفاع به‌کار رفته‌اند. این آلیاژها اولین‌بار در ایرباس  ۳۸۰ A مورد استفاده قرار گرفتند. پس از آن بوئینگ۷۸۷ مورد تحول قرار گرفت و از این آلیاژ در تولید محصولات خود بهره برد .استفاده از آلیاژهای آلومینیوم-لیتیومی در هواپیماسازی نسبت به مصرف کامپوزیت‌ها، مصرف سوخت را ۲۷-۲۲ درصد و وزن هواپیما را ۱۰-۶ درصد کاهش می‌دهد. درعین‌حال مقاومت به خوردگی و ساختار بدنه هواپیما ۱۰۰ درصد بهبود می‌یابد. به‌نظر می‌رسد با ورود نسل جدید آلیاژهای آلومینیوم-لیتیومی به بازار آینده مثبتی در انتظار صنایع هواپیماسازی باشد.

ج– صنایع دریایی

آلومینیوم موارد استفاده های زیاد و متنوعی در صنایع کشتی سازی دارد. علت استفاده آلومینیوم در این صنایع وزن سبک، مقاومت بالا و ایستادگی آن در برابر خوردگی است. آلیاژهای آلومینیم گروه ۶۰۰۰ استحکام و مقاومت به خوردگی خوبی در سازههای دریایی دارند. بازار استفاده از آلومینیوم به خصوص در قایق های تندرو بیشتر است. مهمترین و بزرگترین پتانسیل استفاده از آلومینیوم در این صنعت، کشتی های مخصوص حمل مسافر و بار است که می خواهند از سرعت زیادی نیز برخوردار باشند.

د– صنایع حمل و نقل ریلی

مقاومت بالا به نسبت وزن کم آلومینیوم سبب می شود که از آن در ساخت قسمت های چرخشی قطارها استفاده شود که به قطار اجازه می دهد تا سوخت و بار بیشتری را حمل نماید. آلومینیوم اغلب در برابر زنگ زدن مقاوم است که باعث می شود بتوان از آن در مصارف طولانی مدت استفاده نمود. آلومینیوم در این صنعت، مصارف متنوع و گوناگونی دارد که می توان به ساخت واگن های حمل بار و مسافر، لکوموتیوها و مترو اشاره کرد. ریل هایی از جنس آلومینیوم می توانند در انواع سیستم ریل مغناطیسی گسترش یابند. در ترن های سریع السیر نیز که برای حمل مسافر از آنها استفاده می شود از آلومینیوم استفاده می شود.

• قوطی ها وبسته بندیها

استفاده از آلومینیوم در بدنه و سر و ته قوطی های کنسرو، مهمترین استعمال آلومینیوم در این بخش از صنعت است که۹۰درصد آن را تشکیل می دهد. صنایع بسته بندی، دومین صنعت بزرگ استفاده از آلومینیوم بعد از صنعت حمل و نقل هستند، ولی مقادیر بسیار متفاوتی از آلومینیوم در این صنعت در کشورهای جهان مصرف می شود.

• صنعت ساختمان

صنعت ساختمان، بازار مهمی برای آلومینیوم است که در آن آلومینیوم و آلیاژهای آن مورد استفاده قرار می گیرند. مهمترین فاکتورهایی که باعث می شوند از آلومینیوم در این قسمت استفاده شود، وزن کم، شکل پذیری بالا، مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی، هزینه کم برای نگهداری، عمرطولانی و عدم نیاز به رنگ کردن است. وزن کم آلومینیوم باعث می شود که هزینه احداث بنا پایین آمده، زمان ساخت نیز کاهش یابد. چین و  آمریکا بزرگترین مصرف کننده گان آلومینیوم در ساختمان سازی هستند.

• صنایع برق

منیزیم و سیلیس برای افزایش خواص فیزیکی آلومینیوم به آن اضافه می شوند تا آلیاژی مقاوم از آلومینیوم بسازند. اما آلیاژ حاصل، خاصیت هدایت الکتریکی ضعیف تری نسبت به آلومینیوم خواهد داشت. آلومینیوم ۶۰ درصد هدایت الکتریکی مس را دارد، ولی چگالی آن بسیار کمتر از مس است (۶/۲ در برابر۹ ) وزن رساناهای ساخته شده از آلومینیوم کمتر از نصف وزن رساناهای مسی است.

از دهه ۱۹۲۰ تاکنون آلومینیوم برای قسمت بالای دکل های انتقال برق فشار قوی به کار می رود. استحکام بالا به نسبت وزن کم، باعث می شود که بتوان با آن دکل های بلند و مستحکمی ساخت که باعث کاهش قیمت در سیستم انتقال نیرو می شود. آلومینیوم اغلب در برابر خوردگی مقاوم است.

• مصارف وسایل با دوام

کولرها، یخچال ها و فریزرها و ماشین لباسشویی، بخش عمدهای از کل تقاضای آلومینیوم را تشکیل می دهند. استفاده از آلومینیوم در این سه صنعت در ۱۵ سال اخیر ۲ برابر شده است. البته استفاده از آلومینیوم در وسایل پخت وپز مثل اجاق گاز، رو به کاهش نهاده است، زیرا گفته شده که می تواند باعث بیماری آلزایمر شود. این فلز از آن جهت در این صنعت مورد استفاده قرار می گیرد که قابلیت انتقال گرمای بالایی دارد، وزن سبکی دارد و در مقابل خوردگی مقاوم است.

• ماشین ها و تجهیزات

این بخش شامل صنایع کشاورزی، ساختمان سازی و تجهیزات کارخانه هاست. این موارد شامل لوله های آبیاری، نردبان ها، داربست ها، وسایل اتصاالت و سخت افزارهای دیگر است

• تصفیه وگالوانیزه کردن فولاد

آلومینیوم در پروسه های مدرن تولید فولاد و برای پالایش فولاد به کار می رود. آلومینیوم به فولاد اضافه می شود تا خصوصیات مکانیکی (فیزیکی) فولاد را بهبود بخشد. آلومینیوم به فولادهای دارای کربن کم اضافه می شود تا با کاهش میزان نیتروژن، میزان کشش آن را افزایش دهد. یکی از مصارف مهم آلومینیوم، استفاده از آن به عنوان محافظ ورقه های فولاد برای جلوگیری از زنگ زدگی است. این ترکیب پوشاننده فولاد، شامل ۵۵% آلومینیوم، ۵/۴۳ %روی و ۵/۱ %سیلیسیم است. استفاده اصلی از آهن گالوانیزه و ترکیبات مشابه آن در صنایع اتومبیل سازی است که معمولاً برای خطوط انتقال سوخت، خطوط خنک کننده روغن و خطوط هدایت نیرو به کار می رود.

• باتری ها

آلومینیوم در موارد متعددی برای تولید و ذخیره سازی انرژی الکتریکی مورد آزمایش قرار گرفته است. استفاده از باتری های آلومینیوم هوا بخصوص در ماشین هایی که با انرژی الکتریسیته فعالیت می کنند، گسترش یافته است. البته این میزان در ماشین های دیگری که انرژی کمتری مصرف می کنند نیز گسترش یافته است. از سال ۱۹۸۸ تلاشی آغاز شده تا باتری های آلومینیوم هوا در مراکز سوییچ مخابراتی، جایگزین باتری های سرب اسید شوند. باتری های این مراکز باید دارای شرایط ویژه ای باشند که سعی شده در محصولات تولید لحاظ شود. این باتری ها بعنوان ذخیره باتری های سرب- اسید فعالیت می کنند و یا باتریی های که در صورت نقص در باتری‌های سرب-‌ اسید از آنها جهت امور مخابراتی استفاده می‌شود.

• نیمه رساناها

آلومینیوم یکی از موادی است که پتانسیل لازم برای تولید رساناهای با قدرت بالا را داراست. رساناهای با قدرت بالا، مواد یا آلیاژهایی هستند که مقاومتی در برابر جریان برق ندارند وآن را بدون اتلاف انرژی و به سرعت منتقل می نمایند. بیشتر رساناهای با قدرت بالای که تاکنون گسترش یافته اند، فقط در دمای بسیار پایین، فعالیت می کنند.

• سایر مصارف

استفاده دیگر آلومینیوم در مهمات سازی است که البته اندک است. از آلومینیوم در تفنگ ها استفاده می شود تا قابلیت و کارایی آنها بالا رود. در بعضی موارد هم در کلت های کمری نیروهای پلیس و در بعضی از کشورها در ضرب سکه به کار می رود. از پودر آلومینیوم در صنایع معدنی نیز استفاده می شود.