تحقیق مقاله خواص آلومینیوم

خواص آلومینیوم ( 1 )

 پوشش آلومینیومی دادن Alcladding:

بطور کلی آلیاژهای آلومینیوم با استحکام زیاد از نظر خوردگی کم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادن یکی از روشهای افزایش مقاومت خوردگی به یک آلیاژ با استحکام زیاد است. در این فرآیند یک لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است.

آندایزه کردن (آبکاری) Anodizing:

 در این روش از مقاومت زیاد در مقابل خوردگی لایه پوششی که بلافاصله بر روی سطح آلومینیوم تازه بریده شده تشکیل می‌گردد استفاده می‌شود. همانگونه که قبلاً ذکر گردید این لایه عامل مقاومت به خوردگی طبیعی این فلز است. آندایزه کردن در واقع یکنوع ضخیم کردن لایه اکسیدی به ضخامت تا چندین هزار برابر ضخامت لایه اکسید طبیعی است. نتیجه عمل، لایه‌ای است سخت با ضخامت حدود 5/25 میکرون بر تمام سطح آلومینیوم که علاوه بر مقاومت به خوردگی در مقابل سایش نیز استحکام کافی دارد. آندایزه کردن یک روش الکتریکی است که انواع مختلف آن اساساً از نظر محلولی که فلز در آن مورد عمل قرار می‌گیرد و ضخامت لایه اکسیدی حاصل، فرق می‌نماید. از این طریقه پوشش دادن علاوه بر حفاظت سطحی گاهی به منظور تزئینی نیز استفاده می‌گردد اگر فلز آندایزه شده را با انواع رنگهای مختلف پوشش دهند رنگ حاصل تقریباً بصورت قسمتی از اکسید سطحی بدست می‌آید.

خواص آلومینیوم (2)

 پوشش سخت دادن Hard Coating:

یکی از فرآیندهای آندایزه کردن است که به تدریج اهمیت پیدا می‌کند و آن را آندایزه کردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. این فرآیند گرچه در اساس مشابه آندایزه کردن معمولی است ولی از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسید سولفوریک و درجه حرارت عمل پایین‌تر است. فرآیند بقدری ادامه می‌یابد که لایه اکسیدی به ضخامتی تا حدود 5 برابر ضخامت آندایزه کردن معمولی برسد.
لایه حاصل ممکن است به ضخامتی تا حدود 127 میکرون برسد که پوسته‌ای بسیار سخت است. موارد استفاده یک چنین پوشش سخت و مقاوم سائیدگی بسیار وسیع است. عمر مفید قطعاتی چون چرخ دنده‌ها و پیستون هواپیما، لوله تفنگ، چرخ دنده‌های کامپیوتر، لبه‌های پره‌های هلیکوپتر و افشانک‌های پیستوله‌‌های پاشش فلزات را می‌توان به این طریق افزایش داد.

حفاظت کاتدی Cathodic Protection:

برخی از موارد مصرف دریایی آلومینیوم نیاز به یکنوع حفاظت متفاوت با حفاظتهای فوق‌الذکر دارد. در اینگونه موارد فلز در آب دریا غوطه‌ور می‌گردد، مانند بدنه پایین کشتی‌ها، که به مقاومت خوردگی بیشتری نیازمند هستند. این روش حفاظت در مقابل خوردگی در لوله‌های آلومینیومی زیرزمینی مخصوصاً وقتی که فلزات دیگری نیز در خاک وجود داشته باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

حفاظت کاتدی یکنوع کنترل خوردگی است که در آن یک میله یا صفحه آلومینیومی (آند) برای حفظ و جلوگیری از بین رفتن ساختمان آلومینیومی مورد نظر (کاتد) وجود از بین می‌رود میله یا صفحه از بین رونده از طریق یک مقاومت الکتریکی به ساختمان مورد حفاظت متصل می‌گردد. از طریق عمل الکتروشیمیایی یک ولتاژ مستقیم جریان تولید می‌گردد که به جای خوردگی ساختمان مورد نظر باعث خورده شدن آند می‌شود.

پس از تمام شدن قطعات آند، قطعات جدیدی جایگزین می‌گردد و این عمل معمولاً هر دو تا ده سال بر حسب شدت خوردگی انجام می‌گیرد.

خواص آلومینیوم (3)

وزن مخصوص کم:

یک متر مکعب آلومینیوم خالص 8/2827 کیلوگرم وزن دارد و یک متر مکعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 کیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژ‌های آلومینیوم نیز حداقل 1978 کیلوگرم در هر متر کعب سبک‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است (جدول 1-1). مزیت این کم بودن وزن چیست؟ می‌توان این مزیت را بصورت زیر خلاصه نمود:
مزایای وزن مخصوص عبارتند از:

حمل و نقل ارزانتر: چه در مورد حمل و نقل کالاهای آلومینیومی و چه در مورد وسیله نقلیه ساخته شده از آلومینیوم.

ظرفیت بیشتر: امکان صرفه‌جویی در وزن ساختمان‌های آلومینیومی بخوبی در پایه‌ها و تاسیسات حفاری چاههای نفت دیده می‌شود. لوله‌های حفاری که شافت مته حفاری نیز محسوب می‌گردد امروزه از آلومینیوم ساخته می‌شود. وزن کم این لوله خود می‌تواند ظرفیت دکل حفاری که باید تمام وزن سیم مته را تحمل نماید دو برابر کند.

 صرفه‌جویی در کار: بعلت سبکی که به معنی نصب سریعتر و اقتصادی‌تر ساختمان‌ها، تعداد کمتر کارگر مورد نیاز و خستگی کمتر استفاده از وسایل آلومینیومی خانگی است.

 ممان اینرسی کمتر: در نتیجه دانسیته آلومینیوم ممان اینرسی قطعات آلومینیومی کمتر می‌گردد. این کلمه نام علمی برای تمایل یک قطعه برای متوقف و یا در حالت یکنواخت ماندن مگر اینکه یک نیروی خارجی اعمال گردد می‌باشد. هر چه قطعه سنگین‌تر باشد ممان اینرسی آن بیشتر و کار بیشتری برای حرکت دادن و یا متوقف کردن آن مورد نیاز است. ماشین‌کاری‌های سریع مدرن امروزی نیاز به موادی با ممان اینرسی کم دارد طوریکه که بتوان بسرعت و با بازدهی خوب دستگاه را بکار انداخت و یا از کار باز داشت، این مطلب خصوصاً برای دستگاههای بسته‌بندی و ماشین‌های چاپ با قطعات دارای حرکت متناوب صادق است.

 تعداد قطعات بیشتر به ازای هر کیلو وزن: وزن کمتر بمعنی تعداد قطعات بیشتر به ازای هر کیلو وزن است. میخ، پیچ، مهره و واشر آلومینیومی را می‌توان به ازای واحد وزن تا سه برابر تعداد قطعات مشابه فولادی ساخت.

 مقاومت زیاد در مقابل خوردگی:

یکی دیگر از خواص مشخصه آلیاژهای آلومینیوم مقاومت در مقابل خوردگی است. آلومینیوم خالص وقتی که در هوا قرار گیرد بلافاصله با یک لایه چسبنده اکسید آلومینیومی پوشیده می‌شود، این لایه پوششی، مانع خوردگی می‌گردد. اگر در اثر سائیدگی این لایه کنده شود بلافاصله دوباره تشکیل می‌گردد. ضخامت این لایه نازک طبیعی در حدود 025/0 میکرون (یک میکرون = یکهزارم میلی‌متر) است، با این وجود بقدری محکم است که مانع موثری در مقابل اغلب مواد خورنده محسوب می‌گردد.

البته برخی از آلیاژهای خاص آلومینیوم نسبت به دیگران مقاومتر است. برای مثال گروه آلیاژهای Al-mg مخصوصاً در مقابل هوا و آب دریا مقاوم است. از طرف دیگر آلیاژهای آلومینیوم حاوی مس یا روی از نظر مقاومت خوردگی ضعیف‌تر و از نظر استحکام مکانیکی قویتر می‌باشد.

اگر مقاومت طبیعی آلومینیوم برای بعضی از محیط‌ها کافی نباشد در آن صورت روشهایی وجود دارد که بتوان مقاومت آن را افزایش داد. برخی از این روشها عبارتند از: «پوشش دادن با آلومینیوم Alcladding»، «آندایزه کردن (آبکاری) Anodizing»، «پوشش سخت دادن Hard Coating» و «محافظت کاتدی Cathodic Protection».

در زیر، هر یک از این روشها به طور مختصر شرح داده می‌شود که در یکی از فصول بعدی نیز به تفضیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

بررسی عوامل موثر بریز دانگی آلیژاهای آلومینیوم

چکیده :

در تحقیق حاضر تاثیر انواع متغیر های ریخته گری را بر روی ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم مطالعه و بررسی شده است. تحقیقات نشان داده است که عوامل متعدد و روشهای گوناگونی جهت ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم وجود دارد. بطور عمده به سه روش گرمایی (1-سرعت سرد کردن 2-فوق ذوب 3-فشار ) ، شیمیایی (1- مواد جوانه زا 2-پودر فلزات ) و دینامیکی (1-لرزانش 2-حبابهای گازی 3-پوششهای فرار) تقسیم بندی می شوند. در پروژه حاضر عوامل و روشهای گوناگون به طور مطلوبی بررسی شده و یکی از روشها که لرزانش مذاب است بطور عملی آزمایش گردیده است. به این منظور 6 نمونه ریخته شده و مورد بررسیهای ماکروسکوپی قرار گرفتند. این بررسی ها نشان داد که در عملیات لرزانش ریزدانگی به صورت بسیار خوبی صورت گرفته است ولی در عین حال سبب افزایش خلل وفرج شده است.
مقدمه

عموما ساختارهای ریز دانه دارای خواص مطلوب تری از ساختارهای درشت دانه می باشند.به این منظور همواره ریخته گران به دنبال یافتن روشهای برای ریز کردن دانه ها می باشند.اضافه کردن جوانه زا به مذاب متداول ترین روش ریز کردن دانه ها می باشد. علاوه بر این روش، عوامل و روشهای دیگری نیز برای ریز کردن دانه ها وجود دارد که در شرایط خاص مورد استفاده قرار می گیرند. این پژوهش در پی آن است که عوامل و روشهای گوناگون مطرح در مقالات منتشر شده را به طور خلاصه بررسی نماید. همچنین روش لرزانش مذاب در همگام انجماد را بصورت عملی مورد آزمایش قرار دهد.

1-بررسی مقالات علمی :

روشهای ریز کردن دانه بندی آلیاژهای آلومینیوم بطور عمده به سه روش گرمایی (1-سرعت سرد کردن 2-فوق ذوب 3-فشار ) ، شیمیایی (1- مواد جوانه زا 2-پودر فلزات ) و دینامیکی (1-لرزانش 2-حبابهای گازی 3-پوششهای فرار) تقسیم بندی می شوند، که در زیر به تفکیک مورد بررسی قرار می گیرند.

1- روشهای گرمایی:

تاثیر سرعت سرد کردن بر اندازه دانه:

سرعت سرد شدن به عنوان یک پارامتر مهم در انجماد قطعات ریختگی همواره مورد توجه بوده است . سرعتهای انجمادی مختلف باعث تغییر ریز ساختار ، اندازه دانه ، مورفولوژی سیلیسیم یوتکتیکی ، فاصله بین بازوهای دندریت و فازهای بین فلزی و بطور کلی خواص مکانیکی آلیاژ های آلومینیم می گردد .

برای بررسی اثر سرعت سرد کردن دو گونه آزمایش انجام شده است. تعدادی با استفاده از نمونه پله ای جهت بررسی اثر ضخامتهای مختلف (سرعتهای مختلف سرد شدن ) بر روی ریز دانگی و تعداد دیگری با استفاده از انواع مختلف قالب ( جنس قالب و میزان انتقال حرارت در آن ) به بررسی اثر نوع قالب بر روی ریز دانگی پرداخته اند.
پس از بررسی نمونه ها مشاهده گردیده است با افزایش ضخامت از 5 تا 30 میلیمتر اندازه دانه ها زیاد می شود علت افزایش اندازه دانه در ضخامتهای بالاتر افزایش زمان انجماد و کاهش سرعت سردشدن می باشد که منجر به ایجاد دانه های درشت تر در انتهای انجماد می گردد . با توجه به نتایج تجربی بدست آمده ( شکل (1)) مقدار افزایش اندازه دانه حدود 8 درصد می باشد. [1]

شکل (1) نتایج حاصل از اتدازه دانه در ضخامت مختلف نمونه پله ای[1]

برای بررسی اثر نوع قالب نمونه هایی در قالب های ماسه ای و فلزی ریخته شده و نتایج حاصل را بر روی اندازه دانه در جدول (1) مشاهده می کنیم:

جدول (1)تاثیر سرعت سرد شدن با تغییر نوع قالب و دمای فوق گداز بر روی اندازه دانه های نمونه های آلومینیومی ریخته شده:
1-1-2- اثر فوق ذوب بر ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم:

دمای فوق گداز کم سبب کاهش اندازه دانه در قطعات آلومینیومی می گردد. در صورتی که فوق گداز زیاد باعث درشت دانگی می گردد. به خلاصه نتایج آزمایشات تجربی در جدول (1) توجه کنید.[2]

تاثیر فشار در ریز کردن دانه ها :

با افزایش فشار نقطه ذوب اکثر آلیاژها در یک دمای مطلق افزایش یافته بنابراین با افزایش فشار یک مادون انجماد حرارتی بوجود آمده و سرعت جوانه زنی به شدت افزایش می یابد و از طرف دیگر با افزایش فشار فاصله هوایی میان قالب و مذاب از میان رفته سرعت انتقال حرارت افزایش یافته و یک ریز دانگی نسبتا مطلوبی را می توان حاصل می شود. [3]
1- 2- روشهای شیمیایی

1-2-1- ریز دانگی با استفاده از ریز کننده ها Ti)،B، Zr، (Sc:

افزایش برخی عناصر آلیاژی،بدون آنکه تاثیر قابل ملاحظه ای از نظر آلیاژی کردن داشته باشند،باعث ریز شدن دانه ها می شوند .
ریز کننده ها ذرات معلق در مذاب هستند که مانند هسته های غیر یکنواخت در انجماد عمل می کنندوبا افزایش مراکز جوانه زنی موجب کوچک و یکنواخت شدن دانه ها می شوند .نقطه ذوب بالا ،شباهت ساختمان کریستالی ونزدیکی ابعاد سلولی آن به ساختمان جامد آلومینیوم، قابلیت چسبندگی وآغشته پذیری بالااز مشخصه های عمومی این ذرات است. [4]
نتایج حاصل از آزمایشات حاکی از این است که استفاده ازTi در حد 1/0 تا 15/0 درصد، جهت ریزدانگی آلیاژهایAl موثر است. آزمایشات بیشتر نشان داد که B اثر بیشتری در ریز کردن دانه نسبت به Ti دارد. این نتیجه زمانی معکوس میشود که Al خالص یا آلیازهای بالای 98%Al ریخته شود.
اضافه کردن Zr و Sc به صورت مجزا و یا ترکیبی در آلیاژهای 356 نتایج مشابهی نسبت به Ti و B داشته است. Zr در محدوده %3/0- %1/0 بهترین رسوبات وذرات اینترمتالیک را برای جلوگیری از رشد دانه ها و بازیابی آنها در آلیاژهای کارشده Al دارد. افزودن Zr در آلیاژهای ریختگی Al مفید بودن آنرا برروی ریزدانگی ثابت می کند اما تاثیرکمتری نسبت به Ti دارد . Zr را می توان به صورت آمیژان Al- Zr ویا Zr اسفنجی اضافه نمود .افزایش واندازه گیری باقیمانده بعد از عملیات ریزدانگی به عمل ذوب و عملیاتی نظیر گاززدایی و زدن فلاکس بستگی دارد . بطور کلی می توان گفت که تاثیر همه ریز کننده ها با غلظت تغییر می کند . Sc در محدوده 75/0- 39/. درصد و Zr در محدوده 69/0 - 37/0 درصد ریز کننده می باشند.