Tổng quan về Nhôm và hợp kim nhôm

Tổng quan về Nhôm và hợp kim nhôm

Nhôm là một kim loại rắn có màu trắng bạc, có tính mềm và trọng lượng nhẹ, tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Mặc dù nhôm khá phổ biến trong tự nhiên nhưng chúng ít khi được tìm thấy ở dạng nguyên chất. Thay vào đó, nhôm thường được tìm thấy trong các chất như đất sét, boxit…

Nhôm có kí hiệu hóa học là Al, nguyên tử khối là 27, với số nguyên tử bằng 13, là một trong ba nguyên tố phổ biến nhất trên Trái đất là Oxy, sillic, nhôm. Nhiệt độ nóng chảy của nhôm là 660,32°C, đạt điểm sôi ở 2519°C

Lịch sử hình thành

Cùng điểm qua một số cái tên gắn liền với sự hình thành nhôm:

• Pierre Berthier tìm ra quặng đá đỏ hay còn gọi là Boxit – làm cơ sở cho việc sản xuất nhôm sau này.
• Hans Christian Oersted là một bác sĩ người Đan Mạch, có công phát hiện nhôm lần đầu tiên bằng phương pháp điện phân vào năm 1925. Tuy nhiên, Friedrich Wohler (nhà hóa học Đức) qua điện phân mới chứng minh sản phẩm mà bác sĩ Đan Mạch tìm ra là một hợp kim của nhôm.
• Charles & Alexander Tissier (Pháp) là nhà máy sản xuất nhôm công nghiệp đầu tiên năm 1856.
• Sainte-Claire Deville (Nga) bằng phương pháp hóa học đã tiến hành chiết xuất nhôm.
• Năm 1886, Paul Louis-Toussaint Helroult và Charles Martin phát minh ra kỹ thuật điện phân, một kĩ thuật quan trọng để chiết xuất nhôm công nghiệp, tìm ra nhôm nguyên chất.
• Năm 1888, Charles Hall (Mỹ) sáng lập nhà máy luyện kim, chiết xuất nhôm bằng phương pháp điện phân.
• Năm 1889, Helroult là người sáng lập ra nhà máy và quyết định chuyển từ luyện kim nhôm công nghiệp sang chiết xuất nhôm nguyên chất đầu tiên, cũng bằng phương pháp điện phân
• Năm 1889, Carl Josef Bayer phát minh ra nhôm oxit. Quy trình sản xuất Bayer được sử dụng để sản xuất nhôm oxit cũng được đặt theo tên ông.

Các hợp kim phổ biến của nhôm

Hợp kim nhôm gồm nguyên tố nhôm kết hợp với một hay nhiều nguyên tố khác như đồng, thép, magie, silic… để tạo thành. Tùy theo mục đích ứng dụng, người ta kết hợp nhôm với các thành tố với tỉ lệ khác nhau để chế tạo ra hợp kim nhôm có tính chất như mong muốn.

Hợp kim nhôm có hai dạng chính: hợp kim nhôm biến dạng (có thể và không thể hóa bền) và hợp kim nhôm đúc. Phương pháp hóa bền là bằng nhiệt luyện. Nếu như hợp kim nhôm đúc chứa lượng hợp kim khá nhiều thì hợp kim nhôm biến dạng chứa ít lượng hợp kim hơn. Vì vậy, tính chất dễ thấy nhất là chúng thường mềm dẻo hơn, dễ tạo hình hơn hợp kim đúc.

Các mác hợp kim nhôm phổ biến hiện nay có thể kể đến như:

Hợp kim nhôm 5052 (biến dạng không hóa bền): Là sự kết hợp giữa nhôm và crom, magie. Nhờ hai thành tố này, nhôm 5052 nhẹ, có khả năng chống oxy hóa cao, độ bền tốt, dễ tạo hình và có thể hàn tốt với kĩ thuật hàn cơ bản. Chúng được ứng dụng khá nhiều trong chế tạo các bộ phận của tàu thuyền, một số chi tiết hoặc sản phẩm được lắp đặt ngoài trời hoặc gần biển.

Hợp kim nhôm 6061 (biến dạng hóa bền): Là sự kết hợp giữa nhôm và crom, magie, silicon. Chúng có độ bền cao, chống oxy hóa, có tính hàn tốt và được ứng dụng khá rộng rãi trong đời sống.

Hợp kim nhôm 6063: Với những đặc tính tốt như bền, khả năng chống mài mòn, dễ gia công và định hình, cứng… nên là hợp kim được sử dụng nhiều nhất trên thị trường hiện nay.

Hợp kim nhôm 7075 (biến dạng hóa bền): Là sự kết hợp giữa nhôm và kẽm, magie… Có độ bền tốt, chịu được tác động lực cao, chi phí giá thành tiết kiệm hơn.

Đặc tính của nhôm

• Thẫm mỹ: Nhôm có màu trắng ánh bạc đẹp, sáng láng, ngoại hình nổi bật.
• Trọng lượng nhẹ: Nhôm và các hợp kim của nhôm khá nhẹ so với các kim loại khác và chỉ nặng khoảng bằng 1/3 so với sắt.
• Độ bền cao: Nhôm có đặc tính độ bền cao và có thể điều chỉnh độ bền theo nhiệt độ. Nhiệt độ càng giảm, độ bền nhôm càng cao. Ngoài ra, khi kết hợp với các kim loại khác, hợp kim nhôm có độ bền cao hơn tùy thuộc vào tính chất và tỉ lệ của thành phần được kết hợp. Những kim loại thường được kết hợp với nhôm là kẽm, crom, mangan, magie, silicon, đồng…
• Tính dẫn nhiệt: Nhôm có tính dẫn nhiệt cao nên thường được sử dụng cho các ứng dụng làm mát hoặc dẫn nhiệt.
• Tính dẫn điện: Cũng như đồng, nhôm có tính dẫn điện cao. Với giá thành rẻ hơn đồng nên chúng cũng được ứng dụng khá rộng rãi với mục đích dẫn điện. Hợp kim khác nhau sẽ có độ dẫn điện khác nhau, nhìn chung vẫn cao hơn nhiều kim loại khác.
• Chống mài mòn: Nhờ lớp màng oxit bên ngoài, nhôm có khả năng chống mài mòn tốt. Nếu lớp màng oxit này mỏng, độ chống mài mòn sẽ giảm hơn. Người ta thường sơn bên ngoài hoặc xi để gia tăng thời gian cũng như khả năng chống mài mòn của nhôm
• Từ tính: Nhôm không có từ tính
• Khả năng chống cháy: Nhôm là kim loại chống cháy dù ở nhiệt độ cao.
• Khả năng định hình: Nhôm dễ gia công, cắt, uốn, ép, kéo… Vì thế chúng dễ tạo hình thành nhiều sản phẩm có hình dạng phong phú, thích hợp cho nhiều lĩnh vực.
• Khả năng tái chế: Nhôm có thể được tái chế nhiều lần giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.

Giá thành như thế nào?

Một phần, vì nhôm có bề ngoài sáng bóng ánh bạc khá đẹp, quy trình chiết tách nhôm từ quặng nhôm khó hơn nên nhìn chung nhôm có giá hơi cao hơn các vật liệu khác như sắt, thép.

Tuy nhiên, nhờ đặc tính về trọng lượng nên chi phí vận chuyển của nhôm thấp hơn. Với một xe tải có cùng tải trọng, vận chuyển nhôm so với sắt, đồng được xem là tiết kiệm hơn về nhiên liệu và số lượng trên một chuyến hàng.

Các ứng dụng phổ biến của hợp kim nhôm

Có lẽ ứng dụng của hợp kim nhôm đã len lỏi vào mọi sản phẩm, công trình trong đời sống thiết yếu của con người. Cơ khí Huỳnh Gia An sẽ gợi ý những ứng dụng cơ bản như:

Ngành biển: Nhôm có tính chống mài mòn tốt nên thường được sử dụng để sản xuất những bộ phận trong công nghiệp tàu biển như ống thủy lực và các phụ kiện tiếp xúc dưới biển hay phục vụ cho ngành dầu khí biển.

Ngành giao thông vận tải: Nhôm và hợp kim nhôm được dùng để chế tạo phụ tùng xe ô tô, xe máy, xe đạp và nhiều loại phương tiện khác.

Ngành hàng không vũ trụ: Nhờ trọng lượng nhẹ và độ bền, sự thẫm mỹ, chúng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy bay (vỏ máy bay, một số bộ phận trên thân máy bay) và cũng như các thiết bị, máy móc cho ngành hàng không vũ trụ.

Ngành cơ khí: Nhôm được uốn, ép đùn… tạo thành các bộ phận cho máy móc ngành cơ khí sản xuất, xây dựng, các băng chuyền tải hàng, vỏ máy, khung máy

Ngành dân dụng: Nhôm và hợp kim nhôm đúc thường được ứng dụng sản xuất cửa, cổng, cầu thang… Ngoài ra, nhôm còn được dùng để làm vỏ ngoài cho các thiết bị điện tử như laptop, điện thoại, máy nghe nhạc, đồng hồ, máy tính bảng …

Ngành bếp: Ứng dụng sản xuất các thiết bị bếp như nồi, chảo, rổ, rá… Chúng vừa sáng bóng sang trọng, vừa có giá thành phù hợp.

Bảng so sánh giữa Nhôm và Sắt

Nhôm và sắt đều có những ưu điểm riêng. Bảng sau đây cung cấp một số thông tin về hai vật liệu phổ biến này nhằm giúp người tiêu dùng lựa chọn được phong phú hơn. Nhìn chung, với những sản phẩm mà người dùng ưu tiên cho ngoại hình, kĩ thuật uốn, dát mỏng hay dẫn điện thì nên sử dụng từ vật liệu nhôm, hợp kim nhôm. Những sản phẩm cần ưu tiên về giá thành, độ cứng cáp, độ bền, sự chắc chắn hoặc cần nhiệt độ nóng chảy cao thì dùng vật liệu từ sắt.

Kết luận

Nhôm và hợp kim nhôm vô cùng phong phú với mức độ được sử dụng phổ biến cao đứng thứ 2 trong các kim loại. Với bề ngoài thẫm mỹ, tính năng cơ lý và hóa học tốt, chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Với một số ngành và sản phẩm nhất định, nhôm đóng vai trò khá quan trọng và cần thiết.