Alumini ndiyo metali iliyojaa zaidi duniani na ni kipengele cha tatu kinachojulikana zaidi kinachojumuisha 8% ya ganda la dunia. Utofauti wa alumini hufanya iwe metali inayotumika sana baada ya chuma.

Uzalishaji wa Alumini

Alumini hutokana na madini ya bauxite. Bauxite hubadilishwa kuwa oksidi ya alumini (alumina) kupitia Mchakato wa Bayer. Kisha alumina hubadilishwa kuwa metali ya alumini kwa kutumia seli za elektroliti na Mchakato wa Hall-Heroult.

Mahitaji ya Kila Mwaka ya Alumini

Mahitaji ya alumini duniani kote ni takriban tani milioni 29 kwa mwaka. Takriban tani milioni 22 ni alumini mpya na tani milioni 7 ni chakavu cha alumini kilichosindikwa. Matumizi ya alumini iliyosindikwa yanavutia kiuchumi na kimazingira. Inachukua kWh 14,000 kutengeneza tani 1 ya alumini mpya. Kinyume chake, inachukua 5% tu ya hii kuyeyusha na kuchakata tena tani moja ya alumini. Hakuna tofauti katika ubora kati ya aloi za alumini zisizo na viini na zilizosindikwa.

Matumizi ya Alumini

SafialuminiNi laini, inapitisha hewa, haivumilii kutu na ina upitishaji umeme wa hali ya juu. Inatumika sana kwa nyaya za foil na kondakta, lakini uchanganyaji na vipengele vingine ni muhimu ili kutoa nguvu za juu zinazohitajika kwa matumizi mengine. Alumini ni mojawapo ya metali nyepesi zaidi za uhandisi, ikiwa na uwiano wa nguvu kwa uzito bora kuliko chuma.

Kwa kutumia michanganyiko mbalimbali ya sifa zake nzuri kama vile nguvu, wepesi, upinzani wa kutu, urejelezaji na uundaji, alumini inatumika katika idadi inayoongezeka ya matumizi. Safu hii ya bidhaa huanzia vifaa vya kimuundo hadi foili nyembamba za kufungashia.

Uteuzi wa Aloi

Alumini kwa kawaida huchanganywa na shaba, zinki, magnesiamu, silikoni, manganese na lithiamu. Nyongeza ndogo za kromiamu, titani, zirconium, risasi, bismuth na nikeli pia hutengenezwa na chuma huwepo kwa kiasi kidogo kila mara.

Kuna zaidi ya aloi 300 zilizotengenezwa kwa chuma zenye matumizi ya kawaida 50. Kwa kawaida hutambuliwa na mfumo wa takwimu nne ambao ulianzia Marekani na sasa unakubalika kote ulimwenguni. Jedwali 1 linaelezea mfumo wa aloi zilizotengenezwa kwa chuma. Aloi zilizotengenezwa kwa chuma zina sifa zinazofanana na hutumia mfumo wa tarakimu tano.

Jedwali 1.Uteuzi wa aloi za alumini zilizofumwa.

Kwa aloi za alumini zilizotengenezwa bila mchanganyiko zilizoteuliwa 1XXX, tarakimu mbili za mwisho zinawakilisha usafi wa chuma. Ni sawa na tarakimu mbili za mwisho baada ya nukta ya desimali wakati usafi wa alumini unaonyeshwa kwa asilimia 0.01 iliyo karibu zaidi. Tarakimu ya pili inaonyesha marekebisho katika mipaka ya uchafu. Ikiwa tarakimu ya pili ni sifuri, inaonyesha alumini isiyotengenezwa bila mchanganyiko yenye mipaka ya uchafu wa asili na 1 hadi 9, inaonyesha uchafu wa kibinafsi au vipengele vya kuchanganya.

Kwa vikundi vya 2XXX hadi 8XXX, tarakimu mbili za mwisho hutambua aloi tofauti za alumini katika kundi. Tarakimu ya pili inaonyesha marekebisho ya aloi. Tarakimu ya pili ya sifuri inaonyesha aloi asili na nambari 1 hadi 9 zinaonyesha marekebisho ya aloi mfululizo.

Sifa za Kimwili za Alumini

Uzito wa Alumini

Alumini ina msongamano wa takriban theluthi moja ya chuma au shaba na kuifanya kuwa moja ya metali nyepesi zaidi zinazopatikana kibiashara. Uwiano wa nguvu kubwa na uzito unaotokana na hilo hufanya iwe nyenzo muhimu ya kimuundo inayoruhusu mzigo mkubwa wa malipo au akiba ya mafuta kwa ajili ya viwanda vya usafiri hasa.

Nguvu ya Alumini

Alumini safi haina nguvu ya juu ya mvutano. Hata hivyo, kuongezwa kwa vipengele vya aloi kama vile manganese, silicon, shaba na magnesiamu kunaweza kuongeza sifa za nguvu za alumini na kutoa aloi yenye sifa zinazolingana na matumizi maalum.

AluminiInafaa sana katika mazingira ya baridi. Ina faida zaidi ya chuma kwa kuwa nguvu yake ya mvutano huongezeka kadri halijoto inavyopungua huku ikidumisha uimara wake. Kwa upande mwingine, chuma huvunjika vunjika kwa joto la chini.

Upinzani wa Kutu wa Alumini

Inapowekwa hewani, safu ya oksidi ya alumini huundwa karibu mara moja juu ya uso wa alumini. Safu hii ina upinzani bora dhidi ya kutu. Inastahimili asidi nyingi lakini haistahimili alkali nyingi.

Upitishaji wa joto wa Alumini

Upitishaji joto wa alumini ni mara tatu zaidi ya ule wa chuma. Hii inafanya alumini kuwa nyenzo muhimu kwa matumizi ya kupoeza na kupasha joto kama vile vibadilisha joto. Pamoja na kutokuwa na sumu, sifa hii ina maana kwamba alumini hutumika sana katika vyombo vya kupikia na vyombo vya jikoni.

Upitishaji wa Umeme wa Alumini

Pamoja na shaba, alumini ina upitishaji umeme wa kutosha kutumika kama kondakta wa umeme. Ingawa upitishaji wa aloi inayotumika sana (1350) ni karibu 62% tu ya shaba iliyochomwa, ni theluthi moja tu ya uzito na kwa hivyo inaweza kutoa umeme mara mbili zaidi ikilinganishwa na shaba yenye uzito sawa.

Mwangaza wa Alumini

Kuanzia UV hadi infra-red, alumini ni kiakisi bora cha nishati ya mionzi. Mwangaza unaoonekana wa takriban 80% unamaanisha kuwa hutumika sana katika vifaa vya taa. Sifa zile zile za mwangaza hufanyaaluminibora kama nyenzo ya kuhami joto ili kulinda dhidi ya miale ya jua wakati wa kiangazi, huku ikihami joto dhidi ya upotevu wa joto wakati wa baridi.

Jedwali 2.Sifa za alumini.

Sifa za Kimitambo za Alumini

Alumini inaweza kuharibika vibaya bila kushindwa. Hii inaruhusu alumini kuundwa kwa kuviringisha, kutoa, kuchora, kutengeneza na michakato mingine ya kiufundi. Inaweza pia kutupwa kwa uvumilivu wa hali ya juu.

Kuchanganya, kufanya kazi kwa baridi na kutibu joto vyote vinaweza kutumika kurekebisha sifa za alumini.

Nguvu ya mvutano ya alumini safi ni karibu MPa 90 lakini hii inaweza kuongezwa hadi zaidi ya MPa 690 kwa baadhi ya aloi zinazoweza kutibiwa kwa joto.

Viwango vya Alumini

Kiwango cha zamani cha BS1470 kimebadilishwa na viwango tisa vya EN. Viwango vya EN vimetolewa katika jedwali la 4.

Jedwali 4.Viwango vya EN vya alumini

Viwango vya EN vinatofautiana na kiwango cha zamani, BS1470 katika maeneo yafuatayo:

• Misombo ya kemikali - isiyobadilika.
• Mfumo wa nambari za aloi - haujabadilika.
• Uainishaji wa halijoto kwa aloi zinazotibiwa kwa joto sasa hufunika aina mbalimbali za halijoto maalum. Hadi tarakimu nne baada ya T zimeanzishwa kwa matumizi yasiyo ya kawaida (km T6151).
• Uainishaji wa halijoto kwa aloi zisizotibika kwa joto - halijoto zilizopo hazijabadilika lakini halijoto sasa zimefafanuliwa kwa kina zaidi kulingana na jinsi zinavyoundwa. Halijoto laini (O) sasa ni H111 na halijoto ya kati H112 imeanzishwa. Kwa aloi, halijoto 5251 sasa zinaonyeshwa kama H32/H34/H36/H38 (sawa na H22/H24, nk). H19/H22 na H24 sasa zinaonyeshwa kando.
• Sifa za kiufundi - zinabaki sawa na takwimu zilizopita. Uthibitisho wa 0.2% Mkazo lazima sasa unukuliwe kwenye vyeti vya majaribio.
• Uvumilivu umeimarishwa kwa viwango mbalimbali.
  

  Matibabu ya Joto ya Alumini

  Matibabu mbalimbali ya joto yanaweza kutumika kwa aloi za alumini:

  • Homogenisation - kuondolewa kwa mgawanyiko kwa kupasha joto baada ya kutupwa.
  • Kuunganisha - hutumika baada ya kufanya kazi kwa baridi ili kulainisha aloi za ugumu wa kazi (1XXX, 3XXX na 5XXX).
  • Mvua au ugumu wa kuzeeka (aloi 2XXX, 6XXX na 7XXX).
  • Matibabu ya joto ya suluhisho kabla ya kuzeeka kwa aloi za ugumu wa mvua.
  • Kuweka jiko kwa ajili ya kulainisha mipako
  • Baada ya matibabu ya joto, kiambishi tamati huongezwa kwenye nambari za uteuzi.
  • Kiambishi tamati F kinamaanisha "kama ilivyobuniwa".
  • O inamaanisha "bidhaa zilizotengenezwa kwa chuma cha pua".
  • T ina maana kwamba "imetibiwa kwa joto".
  • W inamaanisha kuwa nyenzo hiyo imetibiwa kwa joto.
  • H inarejelea aloi zisizotibika kwa joto ambazo "zimetengenezwa kwa baridi" au "zimeimarishwa".
  • Aloi zisizotibika kwa joto ni zile zilizo katika vikundi vya 3XXX, 4XXX na 5XXX.