Hợp kim nhôm là gì?
Hợp kim nhôm là một hợp chất hóa học trong đó các nguyên tố khác được thêm vào nhôm nguyên chất để tăng cường các tính chất của nó, chủ yếu là để tăng độ bền. Các nguyên tố khác này bao gồm sắt, silic, đồng, magie, mangan và kẽm ở mức độ kết hợp có thể chiếm tới 15% trọng lượng hợp kim. Hợp kim được đánh số bốn chữ số, trong đó chữ số đầu tiên xác định một nhóm hoặc một dãy chung, được đặc trưng bởi các nguyên tố hợp kim chính.
Nhôm nguyên chất
Dòng 1xxx
Hợp kim dòng 1xxx được làm từ nhôm có độ tinh khiết 99% trở lên. Dòng này có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, khả năng gia công tốt, cũng như độ dẫn nhiệt và dẫn điện cao. Đây là lý do tại sao dòng 1xxx thường được sử dụng cho đường dây truyền tải hoặc lưới điện. Ký hiệu hợp kim phổ biến trong dòng này là 1350, dùng cho các ứng dụng điện, và 1100, dùng cho khay đựng thực phẩm.
Hợp kim có thể xử lý nhiệt
Một số hợp kim được gia cường bằng cách xử lý nhiệt dung dịch rồi làm nguội nhanh. Xử lý nhiệt đưa kim loại hợp kim rắn vào và nung nóng đến một nhiệt độ nhất định. Các nguyên tố hợp kim, được gọi là chất tan, được phân bố đồng đều với nhôm khi đặt chúng vào dung dịch rắn. Sau đó, kim loại được làm nguội nhanh, làm đông cứng các nguyên tử chất tan tại chỗ. Các nguyên tử chất tan kết hợp thành một chất kết tủa phân bố mịn. Quá trình này xảy ra ở nhiệt độ phòng, được gọi là lão hóa tự nhiên, hoặc trong lò nung ở nhiệt độ thấp, được gọi là lão hóa nhân tạo.
Dòng 2xxx
Trong nhóm 2xxx, đồng được sử dụng làm nguyên tố hợp kim chính và có thể được gia cường đáng kể thông qua quá trình nhiệt luyện dung dịch. Các hợp kim này sở hữu sự kết hợp tốt giữa độ bền và độ dẻo dai cao, nhưng không có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển như nhiều hợp kim nhôm khác. Do đó, các hợp kim này thường được sơn hoặc phủ để chống lại các điều kiện như vậy. Chúng thường được phủ bằng hợp kim có độ tinh khiết cao hoặc hợp kim nhóm 6xxx để chống ăn mòn hiệu quả. Hợp kim 2024 có lẽ là hợp kim máy bay được biết đến rộng rãi nhất.
Dòng 6xxx
Dòng 6xxx đa năng, có thể xử lý nhiệt, dễ định hình, dễ hàn và có độ bền tương đối cao cùng khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Hợp kim trong dòng này chứa silic và magie để tạo thành magie silicide bên trong hợp kim. Các sản phẩm đùn từ dòng 6xxx là lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng kiến trúc và kết cấu. Hợp kim 6061 là hợp kim được sử dụng rộng rãi nhất trong dòng này và thường được dùng trong khung xe tải và tàu biển. Ngoài ra, một số ốp lưng điện thoại cũng được làm từ hợp kim dòng 6xxx.
Dòng 7xxx
Kẽm là tác nhân tạo hợp kim chính cho dòng sản phẩm này, và khi thêm magiê với lượng nhỏ hơn, kết quả sẽ là một hợp kim có thể xử lý nhiệt và có độ bền rất cao. Các nguyên tố khác như đồng và crom cũng có thể được thêm vào với lượng nhỏ. Các hợp kim phổ biến nhất là 7050 và 7075, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp máy bay.
Hợp kim không thể xử lý nhiệt
Hợp kim không qua xử lý nhiệt được gia cường thông qua quá trình gia công nguội. Quá trình gia công nguội diễn ra trong quá trình cán hoặc rèn, là quá trình “gia công” kim loại để làm cho nó cứng hơn. Ví dụ, khi cán nhôm thành những tấm mỏng hơn, nó sẽ trở nên cứng hơn. Điều này là do quá trình gia công nguội tạo ra các sai lệch và lỗ hổng trong cấu trúc, từ đó ức chế sự chuyển động tương đối của các nguyên tử với nhau. Điều này làm tăng độ bền của kim loại. Các nguyên tố hợp kim như magie sẽ tăng cường hiệu ứng này, dẫn đến độ bền thậm chí còn cao hơn.
Dòng 3xxx
Mangan là nguyên tố hợp kim chính trong nhóm này, thường được bổ sung một lượng nhỏ magie. Tuy nhiên, chỉ một tỷ lệ mangan hạn chế mới có thể được bổ sung hiệu quả vào nhôm. 3003 là một hợp kim phổ biến cho mục đích chung vì có độ bền vừa phải và khả năng gia công tốt, có thể được sử dụng trong các ứng dụng như bộ trao đổi nhiệt và dụng cụ nấu nướng. Hợp kim 3004 và các biến thể của nó được sử dụng trong thân lon nước giải khát bằng nhôm.
Dòng 4xxx
Hợp kim dòng 4xxx được kết hợp với silicon, có thể được bổ sung với lượng đủ để hạ thấp nhiệt độ nóng chảy của nhôm mà không gây giòn. Nhờ đó, dòng 4xxx tạo ra dây hàn và hợp kim hàn tuyệt vời khi cần nhiệt độ nóng chảy thấp hơn. Hợp kim 4043 là một trong những hợp kim hàn được sử dụng rộng rãi nhất để hàn hợp kim dòng 6xxx cho các ứng dụng kết cấu và ô tô.
Dòng 5xxx
Magiê là tác nhân tạo hợp kim chính trong nhóm 5xxx và là một trong những nguyên tố hợp kim hiệu quả và được sử dụng rộng rãi nhất cho nhôm. Các hợp kim trong nhóm này có đặc tính cường độ từ trung bình đến cao, cũng như khả năng hàn và chống ăn mòn tốt trong môi trường biển. Nhờ đó, hợp kim nhôm-magiê được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, bồn chứa, bình chịu áp lực và các ứng dụng hàng hải. Một số ứng dụng phổ biến của hợp kim bao gồm: 5052 trong điện tử, 5083 trong ứng dụng hàng hải, tấm anot hóa 5005 cho ứng dụng kiến trúc và 5182 làm nắp lon nước giải khát bằng nhôm.
