ما هو سبيكة الألومنيوم؟
سبيكة الألومنيوم هي تركيبة كيميائية تُضاف إليها عناصر أخرى للألومنيوم النقي لتحسين خصائصه، وخاصةً لزيادة متانته. تشمل هذه العناصر الأخرى الحديد والسيليكون والنحاس والمغنيسيوم والمنغنيز والزنك بنسب قد تصل مجتمعةً إلى 15% من وزن السبيكة. يُحدد لكل سبيكة رقم مكون من أربعة أرقام، حيث يُحدد الرقم الأول فئة عامة، أو سلسلة، تُميزها عناصر السبائك الرئيسية.
الألومنيوم النقي
سلسلة 1xxx
تتكون سبائك سلسلة 1xxx من الألومنيوم بنسبة نقاء 99% أو أعلى. تتميز هذه السلسلة بمقاومة ممتازة للتآكل، وقابلية تشغيل ممتازة، بالإضافة إلى موصلية حرارية وكهربائية عالية. ولذلك، تُستخدم سلسلة 1xxx بشكل شائع في خطوط النقل أو شبكات الطاقة. تسميات السبائك الشائعة في هذه السلسلة هي 1350 للتطبيقات الكهربائية، و1100 لصواني تغليف المواد الغذائية.
سبائك قابلة للمعالجة بالحرارة
تُقوّى بعض السبائك بالمعالجة الحرارية بالمحلول، ثم الإخماد، أو التبريد السريع. تُسخّن المعالجة الحرارية المعدن الصلب المُسبَك إلى درجة حرارة محددة. تُوزّع عناصر السبائك، التي تُسمى المُذاب، بشكل متجانس مع وضع الألومنيوم لها في محلول صلب. يُخمد المعدن بعد ذلك، أو يُبرّد بسرعة، مما يُجمّد ذرات المُذاب في مكانها. تتحد ذرات المُذاب بالتالي لتكوين راسب مُوزّع بدقة. يحدث هذا في درجة حرارة الغرفة، ويُسمى التقادم الطبيعي، أو في فرن منخفض الحرارة، ويُسمى التقادم الاصطناعي.
سلسلة 2xxx
في سلسلة 2xxx، يُستخدم النحاس كعنصر أساسي في السبائك، ويمكن تقويته بشكل كبير من خلال المعالجة الحرارية بالمحلول. تتميز هذه السبائك بمزيج جيد من القوة والمتانة العالية، إلا أنها لا تتمتع بمستويات مقاومة التآكل الجوي التي تتمتع بها العديد من سبائك الألومنيوم الأخرى. لذلك، عادةً ما تُطلى هذه السبائك أو تُكسى لمقاومة هذه التأثيرات. وعادةً ما تُكسى بسبيكة عالية النقاء أو بسبيكة من سلسلة 6xxx لمقاومة التآكل بشكل كبير. ولعل سبيكة 2024 هي أشهر سبيكة طائرات.
سلسلة 6xxx
سلسلة 6xxx متعددة الاستخدامات، وقابلة للمعالجة الحرارية، وقابلة للتشكيل واللحام بدرجة عالية، وتتميز بقوة عالية نسبيًا ومقاومة ممتازة للتآكل. تحتوي سبائك هذه السلسلة على السيليكون والمغنيسيوم لتشكيل سيليسيد المغنيسيوم داخل السبيكة. تُعد منتجات البثق من سلسلة 6xxx الخيار الأمثل للتطبيقات المعمارية والإنشائية. تُعد سبيكة 6061 الأكثر استخدامًا في هذه السلسلة، وغالبًا ما تُستخدم في هياكل الشاحنات والمركبات البحرية. بالإضافة إلى ذلك، صُنعت بعض أغطية الهواتف من سبيكة سلسلة 6xxx.
سلسلة 7xxx
الزنك هو عامل السبائك الرئيسي لهذه السلسلة، وعند إضافة المغنيسيوم بكمية أقل، نحصل على سبيكة عالية المتانة وقابلة للمعالجة الحرارية. كما يمكن إضافة عناصر أخرى، مثل النحاس والكروم، بكميات قليلة. أشهر هذه السبائك هما 7050 و7075، وهما مستخدمان على نطاق واسع في صناعة الطائرات.
سبائك غير قابلة للمعالجة الحرارية
تُقوّى السبائك غير المعالجة حرارياً بالتشكيل البارد. يحدث التشكيل البارد أثناء طرق الدرفلة أو التشكيل بالطرق، وهو عملية "تشكيل" المعدن لجعله أقوى. على سبيل المثال، عند دحرجة الألومنيوم إلى سماكات أرق، يزداد قوة. يعود ذلك إلى أن التشكيل البارد يُسبب خلخلات وفراغات في البنية، مما يُعيق حركة الذرات بالنسبة لبعضها البعض. هذا يزيد من قوة المعدن. تُعزز عناصر السبائك، مثل المغنيسيوم، هذا التأثير، مما يُؤدي إلى قوة أكبر.
سلسلة 3xxx
يُعدّ المنغنيز العنصرَ الرئيسي في هذه السلسلة، وغالبًا ما يُضاف إليه كمياتٌ أقل من المغنيسيوم. ومع ذلك، لا يُمكن إضافة سوى نسبةٍ محدودةٍ من المنغنيز بفعاليةٍ إلى الألومنيوم. يُعدّ سبيكة 3003 سبيكةً شائعةً للأغراض العامة نظرًا لمتانتها المتوسطة وقابليتها العالية للتشكيل، ويمكن استخدامها في تطبيقاتٍ مثل المبادلات الحرارية وأدوات الطهي. تُستخدم سبيكة 3004 وتعديلاتها في هياكل علب المشروبات المصنوعة من الألومنيوم.
سلسلة 4xxx
تُدمج سبائك سلسلة 4xxx مع السيليكون، الذي يُمكن إضافته بكميات كافية لخفض درجة انصهار الألومنيوم دون التسبب في هشاشة. ونتيجةً لذلك، تُنتج سلسلة 4xxx أسلاك لحام ممتازة وسبائك لحام ذات درجة انصهار منخفضة. تُعد سبيكة 4043 من أكثر سبائك الحشو استخدامًا في لحام سبائك سلسلة 6xxx في التطبيقات الإنشائية والسيارات.
سلسلة 5xxx
المغنيسيوم هو عامل السبائك الرئيسي في سلسلة 5xxx، وهو من أكثر عناصر السبائك فعاليةً وانتشارًا في صناعة الألومنيوم. تتميز سبائك هذه السلسلة بخصائص قوة تتراوح بين متوسطة وعالية، بالإضافة إلى قابلية لحام ممتازة ومقاومة ممتازة للتآكل في البيئة البحرية. ولذلك، تُستخدم سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم على نطاق واسع في البناء والتشييد، وخزانات التخزين، وأوعية الضغط، والتطبيقات البحرية. من أمثلة تطبيقات السبائك الشائعة: 5052 في الإلكترونيات، و5083 في التطبيقات البحرية، وصفائح 5005 المؤكسدة للتطبيقات المعمارية، و5182 المستخدمة في أغطية علب المشروبات المصنوعة من الألومنيوم.
