Hợp kim nhôm, với tính chất kết hợp giữa nhẹ và bền, đã trở thành một vật liệu không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp trên khắp thế giới. Từ các linh kiện điện tử cho đến các ứng dụng trong xây dựng và sản xuất đồ gia dụng. Trong bài viết này, Stavian Metal sẽ giúp bạn khám phá và có cái nhìn sâu hơn về hợp kim nhôm: từ đặc điểm cơ bản đến các ứng dụng thực tế mà nó mang lại.

Hợp kim nhôm là loại vật liệu được ứng dụng đa dạng trong cuộc sống hiện nay

Hợp kim nhôm là gì ?

Hợp kim nhôm là một loại hợp chất mà nó được tạo thành chủ yếu là từ nhôm và một số các nguyên tố kim loại khác như: magie, kẽm, đồng, silic, sắt cùng nhiều nguyên tố kim loại khác. Thường thì tỷ trọng của nhôm trong hợp kim này cao hơn so với các thành phần kim loại khác, do đó, hợp kim nhôm thường mang nhiều đặc tính của nhôm, bao gồm màu trắng bạc, ánh kim nhẹ, cấu trúc tốt, khả năng chống ăn mòn và oxy hóa tốt, cùng với khối lượng nhẹ, tính mềm, độ cứng và độ bền của hợp kim nhôm cao hơn so với kim loại nhôm nguyên chất.

Hợp kim nhôm là một loại hợp chất mà nó được tạo thành chủ yếu là từ nhôm và một số các nguyên tố kim loại khác như: magie, kẽm, đồng, silic, sắt và tỉ lệ nhôm chiếm đến 90%

Đặc điểm của hợp kim nhôm 

Độ bền cao

Tính chất nổi bật của hợp kim nhôm là độ bền cao. Các hợp kim nhôm thường được bao phủ bề mặt bằng một lớp nhôm oxit sinh ra từ quá trình oxy hóa. Lớp oxit này hoạt động như một lớp bảo vệ, giúp tăng cường sức mạnh và chống lại quá trình ăn mòn, cung cấp độ bền cao mà không cần bất kỳ phủ sơn hoặc mạ nào khác trên bề mặt. Giúp trả lời cho câu hỏi hợp kim nhôm có bị gỉ không của nhiều chủ đầu tư trên thị trường.

Hợp kim nhôm có độ bền cao và khó bị gỉ

Dẫn điện và nhiệt tốt

Hợp kim nhôm được biết đến với tính chất dẫn điện và dẫn nhiệt xuất sắc. Với sự có mặt của nhôm, một kim loại có khả năng dẫn điện tốt (chỉ sau bạc và đồng), hợp kim nhôm thường kế thừa tính năng này. Chỉ số dẫn điện của hợp kim nhôm thường cao gấp khoảng 2/3 so với kim loại đồng và các hợp kim đồng. Ngoài ra, hợp kim nhôm cũng có khả năng dẫn nhiệt cao và khả năng giãn nở nhiệt thấp, làm cho nó trở thành một vật liệu lý tưởng được lựa chọn và ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Hợp kim nhôm có khả năng dẫn điện và nhiệt tốt

Dễ tạo hình và đúc khuôn

Hợp kim nhôm có đặc tính mềm mại, độ cứng của hợp kim nhôm nhẹ và dẻo dai, cho phép nó được dễ dàng tạo hình và đúc khuôn. Với tính linh hoạt này, hợp kim nhôm có thể được biến thành các tấm mỏng, sợi kéo hoặc các hình dạng khác tuỳ thuộc vào nhu cầu gia công. Đặc biệt, do độ nóng chảy không quá cao, thường trong khoảng từ 550 đến 660°C, bạn có thể linh hoạt tạo hình và đúc khuôn hợp kim nhôm một cách dễ dàng, phù hợp với các yêu cầu cụ thể của quy trình sản xuất hoặc thiết kế của bạn.

Hợp kim nhôm còn là loại vật liệu dễ tạo hình và đúc khuôn

Một số ứng dụng thực tế của hợp kim nhôm trong đời sống

Hợp kim nhôm, với các đặc tính nổi bật mà nó sở hữu, đã trở thành vật liệu không thể thiếu và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau:

• Công nghệ vận tải: Hợp kim nhôm được sử dụng để sản xuất các linh kiện và phụ tùng cho các phương tiện giao thông như xe đạp, xe máy, xe hơi, xe tải, tàu biển, và xe tàu hỏa.
• Linh kiện điện tử: Nhiều chi tiết trong điện thoại, laptop, đồng hồ và các thiết bị điện tử khác được làm từ vật liệu hợp kim nhôm.
• Cơ khí, xây dựng, nội thất: tấm hợp kim nhôm aluminium thường được sản xuất và sử dụng rộng rãi trong quá trình chế tạo máy móc, làm cửa sổ, đúc cửa chính hoặc khung cửa và các nội thất như bàn ghế, cầu thang cũng như đường ống dẫn nước cho gia đình.
• Gia dụng: Được sử dụng trong ngành sản xuất giấy nhôm, màng bọc thực phẩm, nồi, chảo, vòi rửa chén, dụng cụ gia đình. Thang nhôm cũng là một ứng dụng phổ biến với độ bền và tính chịu lực, chịu nhiệt tốt.

Các lĩnh vực đa dạng khác: tấm hợp kim nhôm aluminium là nguyên liệu chính và vô cùng quan trọng trong ngành chế tạo máy bay, tên lửa cũng như là các thiết bị cho ngành hàng không vũ trụ.  Ngoài ra, tấm alu còn dùng trong việc điều chế kim loại có mức nhiệt nóng chảy cao như Vonfram, Crom. Nó cũng được sử dụng làm thành phần sản xuất pháo hoa.

Ứng dụng phổ biến nhất của hợp kim nhôm trong đời sống là dùng làm nồi, chảo

Nguyên tố có trong nhôm và hợp kim nhôm

Hợp kim nhôm sẽ được cải thiện một số thuộc tính của nó khi nó được kết hợp với một trong các loại nguyên tố sau:

Silic trong nhôm

Trong hợp kim nhôm, sự kết hợp với các nguyên tố như silic có thể cải thiện một số thuộc tính của kim loại nhôm. Dưới đây là những ảnh hưởng chính của silic:

• Hàm lượng silic trong hợp kim nhôm từ 0 đến 11.7%: Khi hàm lượng silic đạt khoảng này, nó giúp làm lỏng của kim loại, đồng thời tăng độ cứng và giảm trọng lượng riêng của hợp kim (vì silic có trọng lượng ít hơn nhôm). Ngoài ra, sự giãn nở nhiệt cũng giảm, cùng với khả năng chống ăn mòn được cải thiện.
• Hàm lượng silic từ 11.7% đến khoảng 17%: Khi hàm lượng silic tăng lên trong khoảng này, tính lưu động và khả năng chống mài mòn của hợp kim tăng đáng kể, nhờ vào sự hiện diện của silicon nguyên sinh trong hợp kim.
• Tính lưu động và nhiệt kết tinh trong silic: Silic góp phần vào tính lưu động chủ yếu do nhiệt độ kết tinh trong silic cao. Khi silic đông đặc, nó giải phóng một lượng nhiệt lớn, làm nóng phần nhôm lỏng còn lại, trì hoãn quá trình đông đặc và cho phép hợp kim tiếp tục chảy.

Đồng trong nhôm

Hàm lượng đồng từ 2.0% đến 3.0%: Khi hàm lượng đồng trong khoảng này, nó giúp tăng độ bền kéo và độ cứng của hợp kim, đặc biệt là ở nhiệt độ cao. Đồng cũng cải thiện các tính chất cơ học của hợp kim trong điều kiện nhiệt độ cao hơn.

Mặc dù đồng thường có mật độ cao hơn so với nhôm, nhưng với hàm lượng đồng từ 2.0% đến 3.0%, ảnh hưởng đến mật độ của hợp kim chỉ là nhẹ nhàng và không đáng kể.

Magie trong nhôm

Magie đóng vai trò quan trọng trong hợp kim nhôm với những ảnh hưởng sau:

• Hàm lượng magie thấp ( 0,1%): Magie trong hầu hết các loại  hợp kim nhôm thường được kiểm soát ở mức tương đối thấp, thường chỉ khoảng mức 0,1%. Ở mức này, magie không gây ảnh hưởng lớn đến độ dẻo của hợp kim.
• Hàm lượng magie cao (trên 0,3%): Tuy nhiên, nếu nồng độ magie trong hợp kim cao hơn, đặc biệt là trên 0,30%, có thể làm giảm độ dẻo của hợp kim. Tuy nhiên, việc kiểm soát chính xác hàm lượng magie trong phạm vi quy định có thể cải thiện độ bền và khả năng chống ăn mòn của hợp kim nhôm.

Sự kết hợp giữa hợp kim nhôm bao gồm nhôm, magie, mangan và sắt sẽ tạo ra hợp kim nhôm 6061, đây là loại hợp kim nhôm được sử dụng nhiều nhất tại thị trường Việt Nam mà bạn có thể tham khảo cho công trình của mình.

Sắt trong nhôm

Sắt đóng vai trò quan trọng trong hợp kim nhôm với những ảnh hưởng chính sau:

• Bảo vệ chống ăn mòn: Sắt là thành phần cần thiết trong hợp kim nhôm vì nếu hợp kim lỏng không chứa sắt, nó sẽ dễ bị tấn công mạnh bởi các kim loại đen như thép chết, gây ra hiện tượng xói mòn nghiêm trọng.
• Ngăn chặn sự ăn mòn và tăng độ bền: Hàm lượng sắt trong khoảng từ 0,60% đến 1,20% trong hợp kim nhôm có xu hướng ngăn chặn sự ăn mòn, từ đó giúp tăng độ bền của hợp kim.
• Hạn chế bám vào bề mặt khuôn: Sắt cũng có thể giúp hạn chế hiện tượng bám vào bề mặt khuôn, giúp quá trình sản xuất diễn ra một cách trơn tru và hiệu quả hơn.

Mangan trong nhôm

Mangan đóng vai trò quan trọng trong hợp kim nhôm với những ảnh hưởng chính sau:

• Ngăn chặn quá trình kết tinh: Mangan giúp ngăn chặn quá trình kết tinh của hợp kim nhôm, điều này làm tăng nhiệt độ kết tinh lại và tinh chế các hạt kết tinh, cải thiện tính chất cơ học và cấu trúc của hợp kim.
• Tăng độ bền và độ dẻo dai: Mangan có khả năng hòa tan vào dung dịch rắn với tỉ lệ 1,82%, giúp tăng độ bền và độ dẻo dai của hợp kim nhôm, cũng như cải thiện khả năng chống ăn mòn và các tính chất khác của hợp kim.

Kẽm trong nhôm

Kẽm đóng vai trò quan trọng trong hợp kim nhôm với những ảnh hưởng chính sau:

• Tăng độ bền: Kẽm có khả năng tan vào dung dịch rắn trong hợp kim nhôm, và khi được kết hợp với mangan và đồng, nó giúp cải thiện độ bền của hợp kim.
• Giới hạn lượng kẽm: Tuy nhiên, lượng kẽm trong các hợp kim nhôm thương mại thường được giới hạn ở khoảng từ 0,5% đến 3,0%. Việc sử dụng lượng kẽm quá nhiều có thể gây ra hiện tượng nứt nẻ trong hợp kim.
• Tối ưu hóa tỷ lệ: Khi sử dụng lượng vừa đủ kẽm và kết hợp với magie và đồng, có thể tối ưu hóa các tính chất của hợp kim nhôm, bao gồm cải thiện độ bền và khả năng chống ăn mòn.

Các loại hợp kim nhôm phổ biến trên thị trường là gì

Hợp kim nhôm đúc

Hợp kim nhôm đúc được sản xuất từ ​​bôxit, một loại khoáng sản tự nhiên chứa khoảng 15-20% nhôm. Bôxit là loại quặng duy nhất vẫn được sử dụng rộng rãi để khai thác nhôm thương mại. Quá trình chiết xuất nhôm từ bôxit đòi hỏi một lượng lớn năng lượng.

Ứng dụng của hợp kim nhôm đúc

• Công cụ máy móc: Các thành phần nhôm đúc được sử dụng trong sản xuất các công cụ máy móc với tính linh hoạt trong thiết kế và độ bền cơ học.
• Đầu xi lanh động cơ: Sử dụng trong sản xuất đầu xi lanh động cơ để tạo ra các bộ phận quan trọng có khả năng chịu nhiệt và áp lực.
• Vỏ hộp số và vỏ trục: Nhôm đúc được ứng dụng trong việc sản xuất các vỏ hộp số và vỏ trục của máy móc, đảm bảo tính chính xác và độ bền.
• Bánh xe đúc: Sản xuất bánh xe đúc cho các ứng dụng trong công nghiệp và vận tải, với khả năng chịu tải và độ bền cao.
• Phụ kiện cửa sổ: Các bộ phận nhôm đúc được sử dụng trong sản xuất phụ kiện cửa sổ, giúp tạo ra các sản phẩm chất lượng và bền bỉ.
• Thiết bị nông nghiệp và dụng cụ làm vườn: Nhôm đúc được sử dụng trong sản xuất các thiết bị nông nghiệp và dụng cụ làm vườn như máy cắt cỏ, bánh xe cày, và các dụng cụ khác.

Hợp kim nhôm đúc

Ưu điểm của hợp kim nhôm đúc

• Giá hợp kim nhôm đúc có giá thành thấp hơn so với nhôm rèn: Quá trình sản xuất nhôm đúc thường đòi hỏi ít công năng và chi phí hơn so với quá trình rèn nhôm.
• Tính linh hoạt trong thiết kế: Nhôm đúc có thể được tạo thành trong nhiều hình dạng khác nhau, giúp tạo ra các sản phẩm với tính thẩm mỹ và chức năng đa dạng.
• Sẵn có các hợp kim chuyên dụng: Một số hợp kim nhôm đúc chỉ có sẵn dưới dạng đúc do tính chất dẻo thấp của chúng, giúp cải thiện hiệu suất và độ bền của sản phẩm.

Hợp kim nhôm rèn

Hợp kim nhôm rèn được sản xuất thông qua quá trình sau bao gồm các bước:

Nấu chảy: Các thỏi nhôm nguyên chất được nấu chảy cùng với các nguyên tố hợp kim cụ thể theo tỷ lệ phù hợp để tạo ra một loại hợp kim nhôm mong muốn. Quá trình nấu chảy này thường được thực hiện với nhiệt độ cao trong lò nung.

Đúc và tạo phôi: Hợp kim nhôm nấu chảy sau đó được đúc thành các phôi hoặc tấm lớn, tạo nên một dạng cơ bản cho việc gia công tiếp theo.

Cán, rèn hoặc đùn: Các phôi hoặc tấm hợp kim nhôm sau đó được gia công bằng cách cán, rèn hoặc đùn thành hình dạng cuối cùng. Quá trình này giúp cải thiện cấu trúc và tính chất cơ học của vật liệu.

Xử lý nhiệt (nếu cần): Trong một số trường hợp, các hợp kim nhôm rèn có thể được xử lý nhiệt để tăng cường thêm các đặc tính của chúng, bao gồm độ cứng, độ bền và độ dẻo.

Nhôm rèn thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ bền cao và tính chịu nhiệt tốt, như trong ngành hàng không, công nghiệp ô tô, công nghiệp hàng hải và nhiều ngành công nghiệp khác.

Hợp kim nhôm rèn

Các ứng dụng hợp kim rèn

• Ép đùn: Nhôm rèn được sử dụng trong quá trình ép đùn để tạo ra các chi tiết phức tạp với độ bền và độ chính xác cao, đặc biệt trong ngành công nghiệp ô tô và ngành công nghieejo hàng không.
• Thanh dẫn điện & thanh cái: Các thanh nhôm rèn được sử dụng trong ngành điện tử và điện lực với tính dẫn điện tốt và khả năng chịu nhiệt.
• Khung máy bay: Hợp kim nhôm rèn được sử dụng trong sản xuất các khung máy bay, đảm bảo tính chịu lực và tính năng an toàn của các phương tiện bay.
• Dụng cụ nấu ăn: Nhôm rèn được sử dụng để sản xuất các dụng cụ nấu ăn như chảo, nồi và chảo rán với tính năng truyền nhiệt nhanh và đều.
• Que hàn: Hợp kim nhôm rèn cũng được sử dụng trong việc sản xuất que hàn cho ngành công nghiệp chế tạo, đảm bảo độ bền và khả năng chịu nhiệt.
• Bình áp lực: Các bình áp lực nhôm rèn được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ bền cao và tính chịu áp suất tốt.
• Khung xe máy: Hợp kim nhôm rèn được sử dụng để sản xuất các khung xe máy với tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn.

Ưu điểm hợp kim rèn

• Tính chất cơ học tuyệt vời: Nhôm rèn có độ bền kéo cao hơn so với nhôm đúc, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ bền cao.
• Tính toàn vẹn của cấu trúc: Không có lỗi từ quá trình đúc, nhôm rèn có cấu trúc tổ chức tốt, đảm bảo tính toàn vẹn của sản phẩm.
• Hoàn thiện bề mặt tốt hơn: Bề mặt của nhôm rèn thường được xử lý tốt hơn, mang lại kết quả esthetically pleasing.
• Dễ sản xuất và gia công: Nhôm rèn dễ dàng gia công bằng các phương pháp như hàn và gia công máy, giúp tạo ra các sản phẩm với độ chính xác cao.
• Dễ tạo hình: Nhôm rèn có thể được đùn thành các hình dạng phức tạp và tùy chỉnh để phù hợp với các yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

Hợp kim nhôm đúc và rèn khác nhau ở điểm nào?

Hợp kim nhôm đúc và nhôm rèn là hai loại vật liệu có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Sự khác biệt chính giữa chúng nằm ở quá trình chế tạo và các đặc điểm vật lý của sản phẩm cuối cùng. Hợp kim nhôm đúc được tạo ra thông qua quá trình nấu chảy nguyên liệu và đúc vào khuôn, tạo ra sản phẩm cuối cùng với tính chất vật lý đồng nhất và bề mặt hoàn thiện tốt. 

Trái lại, hợp kim nhôm rèn được sản xuất bằng cách nấu chảy nguyên liệu và sau đó được ép, đùn hoặc rèn thành hình dạng mong muốn, dẫn đến sự thay đổi cấu trúc và tính chất vật lý của sản phẩm. Mặc dù cả hai loại hợp kim đều có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhưng sự khác biệt trong quá trình chế tạo và tính chất vật lý là điểm quan trọng để xem xét khi lựa chọn loại vật liệu phù hợp cho các ứng dụng cụ thể.

Lời kết

Từ những thông tin trên, Stavian Metal đã giúp bạn có cái nhìn tổng quan về vật liệu hợp kim nhôm và các ứng dụng đa dạng của nó trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ những ứng dụng trong lĩnh vực điện tử, gia dụng đến ngành hàng không và nông nghiệp, sự linh hoạt, tính chịu lực, và khả năng chống ăn mòn của hợp kim nhôm đã tạo ra những tiến bộ đáng kể trong công nghệ và cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Tham khảo thêm

• Các loại nhôm định hình phổ biến hiện nay
• Nhôm billet là gì? Đặc điểm, giá thành
• Nhôm hoạt tính (alumina) là gì? Các ứng dụng
• Bảng giá nhôm Ingot mới nhất
• Nhôm định hình là gì? Đặc điểm, thông số kỹ thuật
• Tấm Alu là gì? Bảng giá, kích thước