อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 – องค์ประกอบ คุณสมบัติ และการใช้งาน
อะลูมิเนียมเชิงพาณิชย์สมัยใหม่มีหลายประเภท เรียกว่าโลหะผสม และ แต่ละประเภทให้ประโยชน์เฉพาะตัวขึ้นอยู่กับโลหะผสมที่เลือก โลหะผสมเป็นวัสดุทางวิศวกรรมที่ได้รับการปรับปรุง โดยการเพิ่มองค์ประกอบพิเศษเข้าไปในโลหะฐาน ในบทความนี้ โลหะพื้นฐานที่เป็นปัญหาคืออะลูมิเนียม และองค์ประกอบเฉพาะเหล่านี้อาจเป็นซิลิคอน ทองแดง สังกะสี และ/หรือองค์ประกอบโลหะอื่นๆ อีกมากมาย องค์ประกอบ "โลหะผสม" เหล่านี้อาจเพิ่มความแข็งแรง การนำไฟฟ้า ความยืดหยุ่น หรือคุณสมบัติทางเคมีของโลหะพื้นฐาน และสามารถทำให้เป็นวัสดุวิศวกรรมได้หลากหลายมากขึ้น อะลูมิเนียมเป็นโลหะผสมได้ง่าย ดังนั้นจึงมีโลหะผสมอะลูมิเนียม หลายแบบที่ได้รับการจัดระเบียบโดย The Aluminium Association (AA Inc.)
โดยพิจารณาจากองค์ประกอบการผสม และ แต่ละองค์ประกอบจะมีชื่อเป็นตัวเลขสี่หลัก อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 จะเป็นจุดสนใจหลักของบทความนี้ ซึ่งมาจากโลหะผสมอลูมิเนียมซีรีส์ 5xxx หรือที่ใช้แมกนีเซียมเป็นองค์ประกอบหลักในการผสม (เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับระบบการตั้งชื่อของโลหะผสมอลูมิเนียม โปรดเยี่ยมชมบทความเกี่ยวกับอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6061) คุณสมบัติทางกายภาพ ทางกล และทางเคมีของอลูมิเนียม 5052 จะถูกเน้นในบทความนี้เพื่อแสดงให้เห็นว่า อลูมิเนียมเป็นทรัพยากรอันล้ำค่าสำหรับการใช้งานที่สำคัญบางอย่าง
ความต้านทานการกัดกร่อน
อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 มีประโยชน์อย่างยิ่งเนื่องจากมีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน โลหะผสมอลูมิเนียมทั้งหมดก่อตัวเป็นชั้นออกไซด์เมื่อมีอากาศ/น้ำ ซึ่งช่วยปกป้องอะลูมิเนียมที่มีฤทธิ์ทางเคมีจากการทำปฏิกิริยาเพิ่มเติมกับสภาพแวดล้อมภายนอก จำนวนความต้านทานการกัดกร่อนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สารเคมีในอากาศ และสภาพแวดล้อมการทำงานใกล้เคียง อย่างไรก็ตามภายใต้สภาพแวดล้อม อลูมิเนียม 5052 นั้นสามารถยึดเกาะได้ดีเป็นพิเศษ อะลูมิเนียมประเภท 5052 ไม่มีส่วนผสมของทองแดง ซึ่งหมายความว่า ไม่สึกกร่อนได้ง่ายในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำเค็ม ซึ่งสามารถโจมตีและทำให้คอมโพสิตโลหะทองแดงอ่อนแอลงได้ ดังนั้น อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 จึงเป็นโลหะผสมที่ต้องการสำหรับการใช้งานทางทะเลและสารเคมี โดยที่อลูมิเนียมชนิดอื่นจะอ่อนตัวลงตามกาลเวลา อะลูมิเนียม 5052 เมื่อมีดินเป็นด่างอาจทำให้เกิดผลกัดกร่อน เช่น การเกิดรูพรุน แต่เป็นการยากที่จะสรุปได้เนื่องจากองค์ประกอบของดินมีความแปรผันสูง เนื่องจากมีปริมาณแมกนีเซียมสูง 5052 จึงต้านทานการกัดกร่อนจากกรดไนตริกเข้มข้น แอมโมเนีย และแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ได้ดีเป็นพิเศษ ผลกระทบจากการกัดกร่อนอื่นๆ สามารถบรรเทา/ลบออกได้โดยใช้การเคลือบชั้นป้องกัน ทำให้อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 มีความน่าสนใจสูงสำหรับการใช้งานที่ต้องการวัสดุเฉื่อย แต่แกร่ง
การใช้อลูมิเนียม 5052
อลูมิเนียม 5052 แข็งแกร่งกว่าโลหะผสมยอดนิยมอื่น ๆ และเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน คุณลักษณะเหล่านี้ช่วยให้อะลูมิเนียม 5052 มีความโดดเด่นในอุตสาหกรรมทางทะเล ตลอดจนการใช้งานด้านอิเล็กทรอนิกส์และเคมีภัณฑ์ การใช้อลูมิเนียม 5052 นั้นมีมากมาย แต่การใช้งานที่โดดเด่นบางอย่าง
คุณสมบัติทางกายภาพของอลูมิเนียม 5052
ตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ โลหะผสมอลูมิเนียมมีเปอร์เซ็นต์เฉพาะขององค์ประกอบโลหะผสมที่ปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุ เปอร์เซ็นต์เหล่านี้มีความสำคัญ เนื่องจากทำให้โลหะผสมชนิดหนึ่งแตกต่างจากโลหะผสมอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในซีรีส์เดียวกัน อะลูมิเนียมประเภท 5052 ประกอบด้วย Al 97.25%, 2.5%Mg และ 0.25%Cr และความหนาแน่นคือ 2.68 g/cm 3 (0.0968 lb/in 3) โดยทั่วไป อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 มีความแข็งแรงกว่าโลหะผสมยอดนิยมอื่น ๆ เช่นอลูมิเนียม 3003และยังมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้นเนื่องจากไม่มีทองแดงในองค์ประกอบ
คุณสมบัติของอลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 นั้นแตกต่างกันไปตามวิธีการทำงานเย็นหรือทำให้แข็งแกร่งขึ้นโดยใช้กระบวนการชุบแข็ง เมื่อทำงานหรือเปลี่ยนรูปร่างอย่างถาวร (เช่น การดัด การขึ้นรูป การม้วน ฯลฯ) โลหะ เช่น อะลูมิเนียมจะมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น แต่ความอ่อนตัวจะลดลง นี่เป็นผลมาจากโครงสร้างโมเลกุลของโลหะ แต่เพื่อความกระชับของคำอธิบายนี้ ขอเพียงทราบว่า มีวิธีการเชิงกลในการทำให้โลหะผสมอะลูมิเนียมแข็งแรงขึ้น มีขั้นตอนต่างๆ มากมายในการชุบแข็งอะลูมิเนียมอัลลอย 5052 แต่บทความนี้ใช้ค่าความแข็งแรงจากอะลูมิเนียมอัลลอย 5052 ชุบแข็ง H32 (5052-H32) โปรดทราบว่า โลหะผสมนี้ไม่สามารถเสริมความแข็งแกร่งได้โดยใช้กระบวนการอบชุบด้วยความร้อน ซึ่งโลหะผสมอะลูมิเนียมอื่นๆ เช่นอะลูมิเนียม 7075หรืออะลูมิเนียม 6061ได้รับประโยชน์จาก (ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการอบชุบด้วยความร้อนได้ในบทความที่เกี่ยวข้อง)
คุณสมบัติทางกล
มีมาตรวัดที่สำคัญบางประการที่ต้องทราบเมื่อทำความเข้าใจคุณสมบัติทางกลของวัสดุวิศวกรรม และทั้งหมดสรุปไว้ในตารางที่ 1 ด้านล่าง
ค่าสำคัญสองค่าแรกคือโมดูลัสความยืดหยุ่นและโมดูลัสแรงเฉือน ซึ่งแสดงถึงการตอบสนองของวัสดุต่อแรงในแนวแกน (ดึง/ดัน) และแรงเฉือน (บิด/ตัด) ตามลำดับ การวัดเหล่านี้พบได้ในเชิงประจักษ์โดยใช้การทดสอบความเค้น และโมดูลัสความยืดหยุ่นและโมดูลัสแรงเฉือนของอลูมิเนียม 5052 อยู่ที่ 70.3 GPa (10,200 ksi) และ 25.9 GPa (3,760 ksi) ตามลำดับ
ความแข็งแรงของครากและความแข็งแรงสูงสุดเป็นค่ากลางที่ต้องทราบเมื่อระบุวัสดุ พวกมันแสดงถึงปริมาณความเครียดสูงสุดที่ทำให้เกิดการเสียรูปของยางยืด (ไม่ถาวร) และพลาสติก (ถาวร) สำหรับความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับค่าเหล่านี้ โปรดไปที่บทความทั้งหมดเกี่ยวกับอลูมิเนียมอัลลอยด์ 7075 ความแข็งแรงของครากมักจะเป็นค่าที่เกี่ยวข้องมากที่สุดในการใช้งานแบบคงที่ โดยที่วัสดุจะต้องไม่เปลี่ยนรูปอย่างถาวร (เช่น ในการใช้งานโครงสร้าง) อย่างไรก็ตาม ความแข็งแกร่งระดับสูงสุดอาจจำเป็นในบางกรณี ดังนั้นจึงไม่เสียหายที่จะรู้ อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 มีความแข็งแรงครากที่ 193 MPa (28,000 psi) และความต้านทานแรงดึงสูงสุดที่ 228 MPa (33,000 psi) ซึ่งหมายความว่า มีความแข็งแรงปานกลางเมื่อเทียบกับโลหะผสมที่เป็นที่นิยมอื่นๆ
กำลังรับแรงเฉือนคือกำลังของวัสดุเมื่อถูก "แรงเฉือน" โดยแรงต้านตามแนวระนาบ โลหะผสมอลูมิเนียม 5052 มักจะสัมผัสกับความเครียดนี้ เนื่องจากมักถูกประทับตราจากแผ่นโลหะแผ่น โดยพื้นฐานแล้ว แรงประทับจะตรงข้ามกับแรงของเพลตบนพื้นผิวงาน แรงเฉือน (หรือการตัด) โลหะผ่านระนาบตั้งฉาก (หรือมิติที่บางที่สุดของแผ่นโลหะ) เพื่อความเข้าใจที่ง่ายขึ้นเกี่ยวกับค่าเหล่านี้ โปรดเยี่ยมชมบทความ เกี่ยวกับอลู มิเนียมอัลลอยด์ 6061 ของเรา ความต้านทานแรงเฉือนของโลหะผสมอลูมิเนียม 5052 คือ 138 MPa (20000 psi) ซึ่งมีความแข็งแรงกว่าโลหะผสมทั่วไปอื่น ๆ ในระดับปานกลาง
คุณสมบัติของอลูมิเนียม
ลักษณะภายนอกของอลูมิเนียมคือมีสีเงิน มีความหนาแน่นน้อย น้ำหนักเบา และมีกำลังวัสดุต่อหน่วยน้ำหนัก (Strenght-to-Weght Ratio)สูง มีความเหนียวจุดหลอมเหลวต่ำหล่อหลอมได้ง่ายอลูมิเนียมบริสุทธิ์ เมื่อทิ้งไว้ในอากาศจะเกิดออกไซด์ของอลูมิเนียมขึ้นเป็นอลูมิเนียมออกไซด์ (Aluminum Oxide) เคลือบอยู่เป็นผิวบางๆ ทำให้อลูเนียมนั้นทนต่อบรรยากาศ ไม่ถูกกัดกร่อน คุณสมบัติการนำไฟฟ้าประมาณ2/3 เท่าของ
ทองแดง แต่ อลูมิเนียมเบากว่าทองแดง สายเคเบิลแรงสูงจึงนิยมใช้อลูมิเนียมเป็นตัวนำความร้อนได้ดีและเหมาะอย่างยิ่งกับงานขึ้นรูป และงาน ปาดผิวโลหะเช่นอัด รีด ดึง ตัด เจาะ กลึง ไส กัด และนอกจากนี้อลูมิเนียมก็ยังเป็นวัสดุประสมที่มีประโยชน์มากคือใช้อลูมิเนียมเพียงเล็กน้อย ผสมลงไปในโลหะประสมที่มีทองแดงแมงกานีส และ แมกนีเซียม จะให้ความแข็งและคุณสมบัติในการกลึงให้ดีเด่นมากอย่างประหลาดเลย
ทีเดียว
ประเภทอลูมิเนียม (เกรดต่างๆ)
บริการพิเศษตัดแก๊ส ตัดเลเซอร์ตามขนาดที่ต้องการ และจำหน่ายตามขนาดมาตรฐาน
อลูมิเนียมเส้น (Aluminum Bar) - 6063,5052,A5052,AL5052,A5052 H112,A5052 H32
- อลูมิเนียมเส้นกลม (Aluminum Round Bar)
- อลูมิเนียมเส้นสี่เหลี่ยม (Aluminum Square Bar)
- อลูมิเนียมเส้นฉาก (Aluminum Angle Bar)
- อลูมิเนียมเส้นแบน (Aluminum Flat Bar)
- อลูมิเนียมแผ่น (Aluminum Sheet) - 1100 5050 A5052 H32
- อลูมิเนียมอัลลอย์ดเส้น (Aluminum Alloy Bar) - 6061, 7022, 7075, 2011
- อลูมิเนียมอัลลอย์ดแผ่น (Aluminum Alloy Sheet) - 2024, 5052, 5083, 6061, 7022, 7075, 2011
- อลูมิเนียมรีด (Aluminum Drawn)
- อลูมิเนียมหล่อ (Aluminum Casting)
- เพลาอลูมิเนียม (Aluminum Round Bar) - 6060
- ท่ออลูมิเนียม (Aluminum Pipe); mso-hansi-font-famil
อะลูมิเนียม 5052 เป็นโลหะผสมอเนกประสงค์ที่มีคุณสมบัติและการใช้งานที่หลากหลาย มีความต้านทานการกัดกร่อนดีเยี่ยม เชื่อมได้ดีเยี่ยม ขึ้นรูปได้ดี และขึ้นรูปได้ดี และมีความแข็งแรงปานกลาง โลหะผสมนี้ใช้ในอุตสาหกรรมและการใช้งานหลายประเภทเนื่องจากความสามารถรอบด้าน ตั้ง แต่ชิ้นส่วนยานยนต์ เครื่องครัว ไปจนถึงตู้ไฟฟ้า ในบล็อกโพสต์นี้ เราจะพูดถึงองค์ประกอบ คุณสมบัติทางกายภาพ คุณสมบัติทางกล การใช้งาน ความต้านทานการกัดกร่อน การรักษาความร้อน และการตัดเฉือนอะลูมิเนียม 5052
ส่วนประกอบอลูมิเนียม 5052
อะลูมิเนียม 5052 เป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 95.6% และแมกนีเซียม 4.4% โดยน้ำหนัก การเติมแมกนีเซียมจะเพิ่มความแข็งแกร่งของโลหะในขณะที่ยังคงรักษาความเหนียวและการขึ้นรูปได้ดีเยี่ยม แมกนีเซียมยังช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะด้วยการสร้างฟิล์มออกไซด์ป้องกันบนพื้นผิวเมื่อสัมผัสกับอากาศหรือความชื้น
การใช้อลูมิเนียม 5052
เนื่องจากต้นทุนต่ำและคุณสมบัติเชิงกลที่ดี อะลูมิเนียม 5052 จึงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมและการใช้งานหลายประเภท เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์ (เช่น ล้อ) เครื่องครัว ตู้ไฟฟ้า (เนื่องจากทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม) ถังเชื้อเพลิง (เนื่องจากน้ำหนักเบา) และอื่น ๆ .
ความต้านทานการกัดกร่อน
อะลูมิเนียม 5052 มีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมเนื่องจากมีแมกนีเซียมในองค์ประกอบ ซึ่งสร้างฟิล์มออกไซด์ป้องกันบนพื้นผิวเมื่อสัมผัสกับอากาศหรือความชื้น ทำให้ทนทานต่อการกัดกร่อนจากกรด ด่าง และเกลือในสภาพแวดล้อมทั้งในร่มและกลางแจ้ง . นอกจากนี้ยังไม่ได้รับผลกระทบจากการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดเหมือนโลหะผสมอลูมิเนียมอื่น ๆ เมื่อสัมผัสกับความเครียดในระดับสูงร่วมกับสารประกอบที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในสภาพแวดล้อมบางประเภท เช่น น้ำทะเลหรือดินที่อุดมด้วยคลอไรด์ไอออน (Cl-)
รักษาความร้อน
อะลูมิเนียม 5052 เป็นโลหะผสมชนิดหนึ่งที่มักใช้ในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ และการอบชุบด้วยความร้อนมีข้อได้เปรียบที่สำคัญบางประการ การเพิ่มความร้อนจะทำให้อะลูมิเนียมอ่อนตัวและทนทานต่อการสึกหรอได้มากขึ้น ซึ่งช่วยยืดความทนทานของชิ้นส่วนและส่วนประกอบต่างๆ ส่วนประกอบของอะลูมิเนียม 5052 ยังทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำเค็ม ซึ่งหมายความว่า เมื่อได้รับความร้อนแล้ว จะสามารถต้านทานผลกระทบที่เสื่อมสภาพจากการสัมผัสกับองค์ประกอบต่างๆ ในระยะยาวได้อย่างง่ายดาย เมื่อรวมกับโลหะผสมอื่นๆ เช่น แมกนีเซียม อะลูมิเนียมเกรดนี้สามารถบรรลุระดับความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่งที่โดดเด่นควบคู่ไปกับความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนที่น่าประทับใจอยู่แล้ว อะลูมิเนียมที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อน 5052 เป็นส่วนสำคัญในการผลิตผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงที่มีอายุการใช้งานยาวนาน
เครื่องจักรกล
การตัดเฉือนอลูมิเนียม 5052 ช่วยให้สามารถใช้โลหะผสมอลูมิเนียมที่เป็นที่นิยมมากสำหรับชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่มีความแม่นยำ ประสิทธิภาพของกระบวนการตัดเฉือนนี้มีความโดดเด่นเนื่องจากความนุ่มนวลของอะลูมิเนียม 5052 แต่ความแข็งแรงและความทนทานต่อการเกิดสนิมทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เป็นที่นิยมโดยเฉพาะในโครงการสถาปัตยกรรม ซึ่งวัสดุแข็งแรง แต่น้ำหนักเบาเป็นสิ่งจำเป็น การตัดเฉือนอะลูมิเนียม 5052 สามารถสร้างรูปทรงและโครงร่างแบบกำหนดเองได้ ช่วยให้วิศวกรและนักออกแบบสร้างชิ้นงานแบบครั้งเดียวที่มีรูปร่างซับซ้อน ซึ่งวัสดุอื่นเทียบไม่ได้ ในโครงสร้างทางอุตสาหกรรมที่มีการพัฒนาตลอดเวลาในปัจจุบัน ชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำ ซึ่งทำจากอะลูมิเนียม 5052 กลายเป็นสิ่งจำเป็น และการทำความเข้าใจกระบวนการตัดเฉือนเฉพาะนี้เป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกศักยภาพของโลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายนี้
การเชื่อม
การเชื่อมอลูมิเนียม 5052 อาจต้องใช้เวลาและความแม่นยำ อย่างไรก็ตาม ด้วยเครื่องมือและความรู้ที่เหมาะสม กระบวนการนี้ค่อนข้างตรงไปตรงมา ด้วยการเรียนรู้พื้นฐานการตั้งค่าอุปกรณ์เชื่อม การกำหนดประเภทกระแสไฟฟ้าที่ถูกต้อง การเลือกระดับแอมแปร์ และการปฏิบัติตามระเบียบความปลอดภัยเฉพาะ ช่างเชื่อมสามารถเพลิดเพลินกับความพึงพอใจในการสร้างรอยเชื่อมอะลูมิเนียมคุณภาพสูง ความแข็งแรงเชิงกลที่เพิ่มขึ้นพร้อมกับข้อกำหนดการต้านทานการกัดกร่อนที่ได้รับจากการเชื่อมอะลูมิเนียม 5052 สามารถทำให้ความพยายามทั้งหมดคุ้มค่าเนื่องจากชิ้นส่วนหรือโครงสร้างที่วางใจได้จะคงอยู่ตลอดอายุการใช้งาน
บทสรุป
อะลูมิเนียม 5052 เป็นวัสดุสำหรับอากาศยานที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากราคาย่อมเยา ความหนาแน่นต่ำ และอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ดี นอกจากนี้ยังทนทานต่อความล้า การกัดกร่อน และการแตกร้าว อย่างไรก็ตาม มีความต้านทานต่อความร้อนต่ำกว่าโลหะผสมอื่นๆ หากคุณกำลังมองหาอะลูมิเนียมอัลลอยที่แข็งแรง น้ำหนักเบา และราคาไม่แพง อะลูมิเนียม 5052 คือตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบ
ลักษณะของอลูมิเนียม
อลูมิเนียมเส้น,อลูมิเนียมเส้นกลม,อลูมิเนียมแผ่น,อลูมิเนียมแท่ง,อลูมิเนียมแท่งกลม,อลูมิเนียมเส้นสี่เหลี่ยม,อลูมิเนียมเส้มกลม,เพลาอลูมิเนียม,อลูมิเนียมเพลากลม,อลูมิเนียมเส้นแบน,อลูมิเนียมกลม,อลูมิเนียมแผ่น,อลูมิเนียมแผ่นเรียบ,แผ่นอลูมิเนียม
ความพยายามแยกอะลูมิเนียม
มนุษย์รู้จักใช้ประโยชน์จากสารประกอบอะลูมิเนียมตั้ง แต่สมัยโบราณแล้ว โดยชาวกรีก-โรมันโบราณนำสารส้ม (alum) มาใช้เป็นสารช่วยย้อมเพื่อให้สีติดเนื้อผ้า และใช้เป็นสารช่วยสมานบาดแผล ส่วนชาวอียิปต์โบราณจะนำสารอะลูมินา ซึ่งเป็นสารประกอบอีกชนิดของอะลูมิเนียมมาเป็นส่วนประกอบยา แต่หากจะกล่าวถึงการทดลองแยกอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ออกมานั้น พบว่า เริ่มมีการทดลองกันในปี ค.ศ. 1807 โดยเซอร์ฮัมฟรีย์ เดวีย์ (Sir Humphry Davy) นักเคมีชาวอังกฤษเป็นคนแรกที่พยายามทดลองแยกอะลูมิเนียมออกจากสารอะลูมินาด้วยวิธีการต่างๆ รวมถึงการแยกโดยใช้กระแสไฟฟ้า แต่การทดลองทั้งหมดของเขาไม่ประสบผล แต่อย่างใด แม้กระนั้นก็ตามเซอร์ฮัมฟรีย์ก็ยังมั่นใจมากว่า สารอะลูมินาจะต้องมีโลหะเป็นองค์ประกอบแน่นอน เขาจึงตั้งชื่อโลหะปริศนาตัวนี้ล่วงหน้าว่า อะลูมินัม (aluminum) ซึ่งในเวลา ต่อมาเขาได้เปลี่ยนชื่อโลหะนี้เป็นอะลูมิเนียม (aluminium)
จนถึงปี ค.ศ. 1825 นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์กชื่อ ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด (Hans Christian Oersted) ก็สามารถแยกโลหะอะลูมิเนียมออกมาได้ โดยใช้วิธีให้ความร้อนแก่สารอะลูมิเนียมคลอไรด์ (aluminium chloride) รวมกับโพแทสเซียมอะมัลกัม (potassium amalgum) วิธีนี้แม้จะแยกอะลูมิเนียมออกมาได้ แต่ก็ยังไม่สามารถใช้แยกอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ได้
ต่อมา ฟรีดริช โวเลอร์ (Friedrich Wohler) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันนำวิธีการของฮันส์มาพัฒนาต่อในช่วงปี ค.ศ.1827-1845 และทำให้ฟรีดริชเป็นบุคคลแรกที่สามารถแยกโลหะอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ออกมาได้สำเร็จ แต่วิธีแยกอะลูมิเนียมของฟรีดริชก็ไม่สามารถนำมาใช้ผลิตอะลูมิเนียมจริงในเชิงอุตสาหกรรมได้
อองรี แซงต์ แคลร์ เดอวีล (Henri Sainte-Claire Deville) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสนำวิธีแยกอะลูมิเนียมของฟรีดริชมาพัฒนาต่อและประสบผลสำเร็จในปี ค.ศ. 1854 ทั้งนี้เขาเปลี่ยนจากการใช้โพแทสเซียมอะมัลกัมที่มีราคาแพงมาใช้เป็นสารโซเดียม (sodium) แทนและเปลี่ยนจากการใช้สารอะลูมิเนียมคลอไรด์เป็นสารโซเดียมอะลูมิเนียมคลอไรด์ (sodium aluminium chloride) ซึ่งวิธีการของอองรีถูกนำมาใช้ผลิตอะลูมิเนียมในเชิงพาณิชย์ แต่เนื่องจากต้นทุนของกระบวนการที่ใช้แยกมีราคาสูงมาก ทำให้ในยุคนั้นอะลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีราคาแพงกว่าทองคำอีก
การผลิตอะลูมิเนียมสมัยใหม่
การผลิตอะลูมิเนียมจากสินแร่ในปัจจุบันประกอบด้วย 2 ขั้นตอน โดย
ขั้นตอนที่ 1 เป็นการแยกสารอะลูมิเนียมออกไซด์หรือสารอะลูมินาที่อยู่ในแร่บอกไซต์ (bauxite) ออกมาโดยใช้กระบวนการของเบเออร์ (Bayer Process) ประกอบด้วยขั้นตอนย่อย 4 ขั้น คือ
- การย่อย (Digestion) นำแร่บอกไซต์บดให้มีขนาดเล็กลง และนำไปผสมกับสารโซเดียมไฮดรอกไซด์ (sodium hydroxide) ของผสมจะถูกเทลงไปในถังย่อย (digester) การใช้สารเคมีที่มีฤทธิ์เป็นด่าง และความร้อน ทำให้สารอะลูมินาในแร่บอกไซต์ละลายออกมาในรูปของสารประกอบอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (Al(OH)3) ส่วนสารมลทินจะไม่ละลายออกมา และตกตะกอนอยู่ใต้ถัง
- การทำให้ใส (Clarification) สารมลทินต่างๆ นอกเหนือจากสารอะลูมินาจะถูกแยกออกด้วยการกรอง ส่วนสารละลายที่ประกอบด้วยสารอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะถูกส่งไปถังตกตะกอน
- การตกตะกอน (Precipitation) สารละลายอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ถูกทำให้เย็น และปล่อยให้ตกตะกอนออกมา ซึ่งตะกอนที่ได้มีลักษณะเป็นของแข็งสีขาว
- การเผาไล่น้ำ (Calcination) ตะกอนของสารอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะถูกส่งเข้าเตาเผา และเผาที่อุณหภูมิ 1,050 ๐C เพื่อทำให้สารอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์สลายตัวเป็นสารอะลูมินาและให้ไอน้ำออกมา
ขั้นตอนที่ 2 เป็นการแยกอะลูมิเนียมออกจากสารอะลูมินาด้วยกระบวนการของฮอลล์-เอรูลต์ (Hall-H?roult process) ซึ่งเป็นวิธีแยกด้วยการใช้ปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมี เริ่มจากการเปลี่ยนสารอะลูมินาให้มีสภาพเป็นสารอิเล็กโทรไลต์ก่อน แต่เนื่องจากอะลูมินาบริสุทธิ์มีจุดหลอมเหลวสูงถึง 2,000๐C ดังนั้นจึงต้องนำอะลูมินามาละลายในสารไครโอไลต์ (cryolite, Na 3AlF6) หลอมเหลวที่อุณหภูมิ 1,000 ๐C เพื่อลดอุณหภูมิของกระบวนการ โดยสารไครโอไลต์จะทำหน้าที่เป็นฟลักซ์หรือสารที่ช่วยให้เกิดการหลอมตัวและไหลตัวเมื่อได้รับความร้อน
ถังที่ใช้ในกระบวนการแยกอะลูมิเนียมออกมานี้ จะใช้ถังเหล็กที่ผนังด้านในเคลือบด้วยแกร์ไฟต์ โดยถังเหล็กจะเป็นขั้วแคโทด และใช้แท่งคาร์บอนเป็นขั้วแอโนด (ดังรูปข้างล่าง) เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าลงไปจะเกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีขึ้น อะลูมิเนียมเหลวจะเกิดขึ้นที่ขั้วแคโทด เนื่องจากอุณหภูมิของกระบวนการแยกสูงประมาณ 1,000๐C ขณะที่อะลูมิเนียมมีจุดหลอมเหลวที่อุณหภูมิประมาณ 660 ๐C ดังนั้นโลหะอะลูมิเนียมที่ถูกแยกออกมาจะจมตัวอยู่ก้นถังในสภาพโลหะเหลว ส่วนที่ขั้วแอโนดจะเกิดก๊าซออกซิเจนขึ้น ซึ่งก๊าซออกซิเจนนี้จะทำปฏิกิริยากับแท่งคาร์บอนกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้แท่งคาร์บอนค่อยๆ สึกหรอไป
การผลิตอลูมิเนียมบริสุทธิ์ด้วยการแยกสกัดออกจากอลูมิน่าจะใช้กระบวนการถลุงด้วยไฟฟ้าในเตาหลอมไฟฟ้าขนาดใหญ่ โดยโลหะอลูมิเนียมบริสุทธิ์จะแยกตัวออกจากอลูมิน่าลงสู่ด้านล่างของเตาหลอม และไหลออกจากเตาหลอมด้วยวิธีกาลักน้ำ
สำหรับในประเทศไทยจะไม่มีการผลิตอะลูมิเนียมจากแหล่งแร่ต้นน้ำ แต่จะมีเพียงการผลิตอลูมิเนียมบริสุทธิ์จากการหลอมเศษอลูมิเนียมเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่
ชนิดของอลูมิเนียม แบ่งตามการผลิต
1.อลูมิเนียมบริสุทธิ์ เป็นอลูมิเนียมที่ได้จากการถลุงแร่หรือการหลอมให้มีความบริสุทธิ์ 99.00% และมีธาตุอื่นเจือปนเพียง 1% เท่านั้น เป็นอลูมิเนียมที่มีความเหนียวสูง สามมารถขึ้นรูปได้ดี
2.อลูมิเนียมผสม เป็นอลูมิเนียมที่ได้จากการหลอมร่วมกับโลหะชนิดอื่นตั้ง แต่ 1 ชนิดขึ้นไป ได้แก่ ทองแดง แมกนีเซียม แมงกานีส โครเมียม ซิลิกอน นิเกิล ดีบุก สังกะสี เป็นต้น เพื่อเป็นโลหะผสมให้มีคุณสมบัติทนต่อแรงดึงสูง
สัญลักษณ์แสดงกลุ่มอลูมิเนียมขึ้นรูป
1xxx หมายถึง อลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ไม่น้อยกว่า 99.00%
2xxx หมายถึง ทองแดง (Copper, Cu)
3xxx หมายถึง แมงกานีส (Manganese, Mn)
4xxx หมายถึง ซิลิกอน (Silicon, Si)
5xxx หมายถึง แมกนีเซียม (Magnesium, Mg)
6xxx หมายถึง แมกนีเซียม (Magnesium, Mg) และซิลิกอน (Silicon, Si)
7xxx หมายถึง สังกะสี (Zinc, Zn)
8xxx หมายถึง ธาตุอื่นๆ เช่น นิเกิล (Nickel, Ni), ไททาเนียม (Titanium, Ti), โครเมียม (Chromium, Cr), บิสมัท (Bismuth, Bi) และตะกั่ว (Lead, Pb)
9xxx หมายถึง ยังไม่มีใช้
หลักที่หนึ่ง เป็นสัญลักษณ์ที่สำคัญที่สุดในการแสดงหมวดหมู่ของโลหะผสมใน 8 กลุ่ม ดังรายละเอียดในขั้นต้น เช่น 1xxx แทนหมวดโลหะอลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ไม่น้อยกว่าร้อยละ 99.00 โดยน้ำหนัก
หลักที่สอง เป็นตัวเลขที่ใช้กำกับโลหะอลูมิเนียมที่มีการผสมโลหะอื่นให้มีปริมาณทีเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม เช่น 2024 ที่ประกอบด้วย 4.5Cu, 1.5Mg, 0.5Si และ0.1Cr เมื่อเปลี่ยนเป็น 2218 จะประกอบด้วย 4.0Cu, 2.0Ni, 1.5Mg และ0.2Si ซึ่งเป็นการผสม Ni แทนCr
หลักที่สาม และสี่ เป็นตัวเลขที่แสดงชนิดย่อยของโลหะผสมที่เป็นชนิดเดียวกัน แต่แสดงส่วนผสมที่แตกต่างกัน เช่น 2014 ที่ประกอบด้วย 4.4Cu, 0.8Si, 0.8Mn และ0.4Mg เมื่อเปลี่ยนเป็น 2017 จะประกอบด้วย 4.0Cu, 0.8Si, 0.5Mn และ0.1Cr
อลูมิเนียมบริสุทธิ์ (มากกว่า 99.00%) เป็นอลูมิเนียมทางการค้า มักพบในช่วงความบริสุทธิ์ที่ 99.30%-99.70% เหมาะสำหรับนำมาใช้งานในด้านตัวนำไฟฟ้า และแผ่นสะท้อนแสง เป็นต้น
อลูมิเนียมผสมทองแดง (2xxx) เป็นอลูมิเนียมที่ผสมทองแดง โดยพบว่า ทองแดงสามารถละลายได้ในอลูมิเนียมสูงสุดที่ 5.65% ที่อุณหภูมิ 548 องศาเซลเซียส และจะละลายได้น้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น จนเหลือประมาณ 0.5% ที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส เหมาะสำหรับนำไปประยุกต์ใช้งานทางด้านความร้อน
อลูมิเนียมผสมแมงกานีส (3xxx) เป็นอลูมิเนียมที่ผสมแร่แมงกานีส โดยหากเพิ่มแร่แมงกานีสที่ 1.2% จะทำให้เป็นโลหะผสมที่มีความแข็งแรงพอควร เหมาะสำหรับใช้งานในด้านโครงสร้างต่างๆ
อลูมิเนียมผสมซิลิกอน (4xxx) มักพบเป็นอลูมิเนียมที่ผสมด้วยซิลิกอนพร้อมกับแร่อื่นๆ แต่มีอัตราส่วนน้อยกว่า เช่น ซิลิกอน 11.0-13.5% ทองแดง 0.5-1.3% สังกะสี 0.5% เหล็ก 1% แมกนีเซียม 0.8-1.3% และนิเกิล 0.5-1.3% เหมาะสำหรับประยุกต์ใช้งานประเภทที่ทนความร้อน เช่น กระบอกสูบ ลูกสูบ ก้านสูบ ห้องเครื่อง เป็นต้น
อลูมิเนียมผสมแมกนีเซียม (5xxx) เป็นอลูมิเนียมที่ผสมแร่แมกนีเซียม แต่พบน้อยมากในอัตราส่วนผสมของแมกนีเซียมมากๆ ส่วนมากมักใช้ผสมร่วมกับแร่อื่นๆ เนื่องจากมีความสามารถในการละลาย และหลอมรวมกับอลูมิเนียมได้ไม่ดี หากใช้เป็นส่วนผสมมากจะทำให้วัสดุแข็ง และเปราะหักง่าย
อลูมิเนียมผสมแมกนีเซียมกับซิลิกอน (6xxx) มักเป็นอลูมิเนียมผสมที่มีสัดส่วนของแมกนีเซียม และซิลิกอนในอัตราส่วนน้อย โดยทั่วไปผสมแมกนีเซียม 0.6-1.2% ซิลิกอน 0.4-1.3% นอกจากนี้อาจมีการผสมโครเมียมหรือทองแดงเพื่อเพิ่มความแข็งแรงด้วย
อลูมิเนียมผสมสังกะสี (7xxx) มักเป็นอลูมิเนียมผสมที่มีสัดส่วนของสังกะสีหรืออาจผสมแร่อื่นๆ ร่วมด้วยเล็กน้อย เช่น แมกนีเซียม กลุ่มอลูมิเนียมนี้มักประยุกต์ใช้ในด้านความทนทาน แข็งแรงสูง เช่น ยานอาวกาศ โครงสร้างขนาดใหญ่ เป็นต้น
อลูมิเนียมผสมแร่อื่นๆ (8xxx) เป็นอลูมิเนียมผสมที่ใช้แร่ผสมชนิดอื่นนอกเหนือจากข้างต้น เช่น นิเกิล, ไททาเนียม, โครเมียม, บิสมัท และตะกั่ว
ประโยชน์อลูมิเนียม
1. ด้านการก่อสร้าง
มักใช้เป็นโครงสร้าง และวัสดุตก แต่งในงานต่างๆ โครงสร้างเสา กอบประตู หน้าต่าง รั้ว ราวกั้น บันได เนื่องจากมีคุณสมบัติคงทน น้ำหนักเบา และอื่นๆ ซึ่งสามารถทดแทนไม้ และเหล็กได้เป็นอย่างดี
การนำไปใช้
ประมาณ 85 % ของบอกไซต์ที่ขุดมาทั้งโลกจะถูกนำไปผลิตอลูมินาสำหรับการสกัดเป็นโลหะอลูมิเนียม อีก 10 % จะนำไปผลิตอลูมินาสำหรับใช้ในผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวกับเคมี , การขัด และอิฐทนไฟ ที่เหลืออีก 5% จะนำไปทำวัสดุที่ใช้ในการขัด , วัสดุทนไฟ และสารประกอบอลูมิเนียม สำหรับโลหะอลูมิเนียมจะถูกนำไปใช้ในวงการ การขนส่ง , บรรจุภัณฑ์ เช่น กระป๋องเครื่องดื่ม , การก่อสร้างอาคาร , เครื่องใช้ไฟฟ้า เป็นต้น คุณสมบัติที่เป็นข้อดีของโลหะอลูมิเนียมก็คือ มีน้ำหนักเบา , มีความแข็งแรง , มีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี และไม่เป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์
อลูมิเนียมและอลูมิเนียมผสม Aluminium and Aluminium Alloys
คุณสมบัติทั่วไปของอลูมิเนียมอลูมิเนียม จัดว่า เป็นโลหะเบา มีค่าความต้านแรงดึงต่ำ แต่สามารถทำให้มีค่าเพิ่มขึ้นได้ด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การขึ้นรูปเเย็น (Work hardening) การทำให้เกรนละเอียด การผสมสารเจือ และ การบ่มแข็ง (Age hardening)
อลูมิเนียม มีคุณสมบัติทนต่อดินฟ้าอากาศ และทนต่อการกัดกร่อนจากสารเคมีบางชนิด เป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี สามารถสะท้อนแสงและความร้อนได้ดี สามารถนำไปตัดเฉือนและขึ้นรูปได้ง่าย การขึ้นรูปสามารถทำได้ทั้งร้อนและเย็น ผิวของอลูมิเนียมสามารถทำการปรับปรุงได้ เช่น การย้อมี การอันโนไดซิ่ง (Anodizing) ซึ่งเป็นการทำให้ผิวชิ้นงานเกิดอ๊อกไซด์ อลูมิเนียมออกไซด์ มีความแข็งและจุดหลอมเหลวสูง จึงทำให้ผิวของอลูมิเนียมทนต่อการสึกกร่อนและทนต่อการขีดข่วน และนอกจากนี้ อลูมิเนียมยังเป็นโลหะที่แม่เหล็กดูดไม่ติด
การเชื่อม อลูมิเนียมสามารถนำไปทำการเชื่อมและบัดกรีได้ดี แต่ไม่สามารถตัดได้ด้วยแก๊สเหมือนเหล็กทั่วไป ทั้งนี้ เพราะจุดไหม้ไฟอยู่สูงกว่าจุดหลอมเหลวมาก
ผิวอลูมิเนียม เป็นออกไซด์ได้ง่าย ซึ่งมีคุณสมบัติแข็งและมีจุดหลอมเหลวสูงคือ 2060 °C ทำให้ทนต่อการกัดกร่อนจากกรด ด่าง และอากาศ ความสามารถในการทนต่อการกัดกร่อนของอลูมิเนียมนั้น ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของอลูมิเนียม ธาตุบางชนิดที่อยู่ในอลูมิเนียม เช่น ทองแดง เหล็ก จะทำให้ความสามารถต่อการทนต่อการกัดกร่อนลดลง ความแข็งของอลูมิเนียมมีค่าต่ำ คือ 15-25 HB ค่าความต้านแรงดึงมีค่า 40-100 Mpa ค่าความเค้นราก 10-80 MPa ค่ายังโมดูลัส 71000 Mpa (1/3 ของเหล็ก)
ค่าความต้านแรงดึงของอลูมิเนียม จะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อได้รับความร้อน เช่นที่ 200 °C ค่าความต้านแรงดึงจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด ค่าความต้านแรงดึงที่เพิ่มขึ้นจากการขึ้นรูปเย็น จะลดลงถ้าอลูมิเนียมได้รับความร้อน อลูมิเนียมมีโอกาสเป็นรูพรุนได้ง่ายขณะทำการเชื่อม ซึ่งเกิดจากแก๊สไฮโดรเจนอันเกิดขึ้นในระหว่างเชื่อม
อลูมิเนียมเป็นโลหะที่สำคัญและรู้จักกันดีโดยทั่วไป นิยมนำมาใช้งานกันมากที่สุดในกลุ่มโลหะเบา มีคุณสมบัติดีเด่นโดยสรุปหลายประการ ดังนี้
มีความหนาแน่นน้อย ประมาณ 1/3 ของเหล็กกล้าหรือทองแดงผสม
มีความแข็งแรงต่อหน่วยน้ำหนักสูงกว่าเหล็กกล้าทนแรงดึงสูง จึงนิยมนำมาใช้ทำเครื่องใช้ในบ้าน ทำเครื่องบิน จรวด ขีปนาวุธ ฯลฯ
มีความเหนียวมาก (Good Malleability) และมีความสามารถนำมาขึ้นรูปได้ดี (Good Formability) ด้วยกรรมวิธีต่างๆ ได้ง่าย รุนแรง ไม่เสี่ยงต่อการแตกหัก
ทนต่อการเกิดสนิมและการกัดกร่อนในบรรยากาศที่ใช้งานทั่วไป แต่ไม่ทนต่อการกัดกร่อนของกรดและด่าง
มีคุณสมบัติ ไม่เป็นแม่เหล็ก (Nonmagnetic) ไม่เป็นสารพิษต่อร่างกาย (Nontoxic) ไม่เกิดการสปาร์ค (Nonsparking)
เป็นตัวนำความร้อนที่ดี จึงนิยมนำมาใช้ทำภาชนะหุงต้ม
เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้า (Electrical Conductivity) มีค่า 62% ของทองแดง แต่มีน้ำหนักเบากว่า
ผิวหน้าของอลูมิเนียมบริสุทธิ์ มีความมันสูง สามารถสะท้อนกลับของแสงได้สูงมาก จึงใช้ทำโคมไฟฟ้า หรือใช้ทำแผ่นแฟลชถ่ายรูป
อลูมิเนียมบริสุทธิ์ มีค่าทนต่อแรงดึงเพียง 13,000 PSI แต่ถ้านำผ่านกระบวนการขึ้นรูปเย็น (Cold Working) และเติมโลหะผสม (Alloying Element) เข้าไปแล้วนำมาผ่านการอบชุบ (Heat Treatment) จะได้ค่าทนต่อแรงดึงสูงถึง 100,000 PSI
อลูมิเนียมมีจุดหลอมเหลวต่ำ หล่อหลอมง่าย
สามารถซื้อหาได้ง่ายในท้องตลาดและราคาถูก
สามารถนำไปกลึง แต่งได้ง่าย (Machinability)
แหล่งอ้างอิง:
https://www.bloggang.com/m/viewdiary.php?id=stainless-aluminium&month=01-2016&date=12&group=1&gblog=11
