อลูมิเนียม (Aluminium)

อลูมิเนียม (Aluminium)

"อลูมิเนียม (Aluminium)" ถือเป็นโลหะที่ถูกนำมาใช้ประโยชน์มากทั้งในภาคอุตสาหกรรม และภาคครัวเรือน สำหรับภาคอุตสาหกรรมใช้ในการผลิตอลูมิเนียมผสม และผลิตภัณฑ์อลูมิเนียม ส่วนภาคครัวเรือนมีใช้มากในการก่อสร้าง และตกแต่งบ้าน ทดแทนไม้ และเหล็ก เนื่องจากเป็นโลหะที่มีคุณสมบัติคงทนต่อการหัก ความร้อน การกัดกร่อน น้ำหนักเบา และมีความสามารถในการสะท้อนแสง และความร้อนได้ดี มักใช้ในงานก่อสร้าง งานตกแต่ง เช่น การทำประตู หน้าต่าง ฝ้า ราวกั้น และโครงสร้างต่างๆ

คุณสมบัติอลูมิเนียม

อลูมิเนียมมีจุดหลอมละลายที่ 660 องศาเซลเซียส เป็นโลหะที่มีความหนาแน่นน้อย น้ำหนักเบา รับภาระน้ำหนักได้สูง สามารถขึ้นรูปได้ง่าย ไม่เสี่ยงต่อรอยร้าว และการแตกหัก ไม่เป็นสนิม ทนต่อการกัดกร่อน และไม่เป็นพิษต่อมนุษย์ โดยเฉพาะการนำมาผสมกับโลหะอื่นๆแล้วจะทำให้คุณสมบัติต่างๆเพิ่มมากขึ้น เช่น จุกหลอมเหลวของอลูมิเนียมผสมจะอยู่ที่ 1140-1205 องศาเซลเซียส จึงนิยมนำมาผลิตเป็นชิ้นส่วนต่างๆ รวมถึงวัสดุหรือภาชนะที่เกี่ยวข้องกับอาหาร นอกจากนั้น ยังมีคุณสมบัติทางเคมีของอลูมิเนียมในลักษณะต่างๆ ได้แก่

1.เมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจะทำให้เกิดชั้นฟิล์มบางๆ เรียกว่า อลูมิเนียมออกไซด์ เคลือบบนชั้นผิวอลูมิเนียมป้องกันการเกิดปฏิกิริยาอื่นๆได้ดี
2.การทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนจะทำให้เกิดไนไตรด์ที่อุณหภูมิสูง
3.ไม่ทำปฏิกิริยากับกำมะถัน
4.เมื่อทำปฏิกิิริยากับไฮโดรเจน ไฮโดรเจนจะแทรกซึมเข้าสู่ชั้นในของอลูมิเนียม จึงจำเป็นต้องกำจัดออก
5.สามารถทนต่อกรดอนินทรีย์เข้มข้นได้ปานกลาง
6.ทนต่อปฏิกิริยาของด่างได้เล็กน้อย สามารถละลายได้ในสภาวะที่เป็นด่างเข้มข้น
7.เกิดปฏิกิิริยากับเกลือได้ ทำให้เกิดการกัดกร่อน

การผลิตอลูมิเนียม

อะลูมิเนียมถูกผลิตเริ่มต้นจากอุตสาหกรรมต้นน้ำในเหมืองแร่ผลิตแร่บอกไซด์ ซึ่งมีลักษณะเป็นก้อนแข็ง อัดตัวแน่น มีสีเหลืองออกสีน้ำตาลจนถึงน้ำตาลแดง แต่อาจพบในลักษณะสีอื่น เช่น สีขาว สีน้ำตาล ซึ่งมีการผลิตในต่างประเทศด้วยการนำแร่บอกไซด์มาถลุงจนได้อลูมิน่าบริสุทธิ์ และนำอลูมิน่าเข้าหลอมเป็นแท่งจนได้แท่งอลูมิเนียมบริสุทธิ์กลายเป็นวัตถุดิบในการแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์อื่นๆ สำหรับเศษอลูมิเนียมเก่าสามารถนำมาหลอมเป็นแท่งอลูมิเนียมนำกลับมาใช้เป็นวัตถุดิบใหม่ได้

การผลิตอลูมิเนียมบริสุทธิ์ด้วยการแยกสกัดออกจากอลูมิน่าจะใช้กระบวนการถลุงด้วยไฟฟ้าในเตาหลอมไฟฟ้าขนาดใหญ่ โดยโลหะอลูมิเนียมบริสุทธิ์จะแยกตัวออกจากอลูมิน่าลงสู่ด้านล่างของเตาหลอม และไหลออกจากเตาหลอมด้วยวิธีกาลักน้ำ

สำหรับในประเทศไทยจะไม่มีการผลิตอะลูมิเนียมจากแหล่งแร่ต้นน้ำ แต่จะมีเพียงการผลิตอลูมิเนียมบริสุทธิ์จากการหลอมเศษอลูมิเนียมเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่

แบ่งเกรดอลูมิเนียมกำหนดขึ้นโดยสมาคมอลูมเนียมแห่งสหรัฐอเมริกา(JIS)

1.อลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์มากกว่า9 9.00% AL แทนด้วย 1XXX เหมาะสำหรับนำแผ่นมาสะท้อนแสง และเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าได้ดีสำหรับงานอิเล็กทรอนิกส์มีระดับความทนทานต่ำทำให้ง่ายต่อกการแปรรูปทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเช่น AA1100, AA1050

2.อลูมิเนียมผสมทองแดง Copper(Cu) Al-Cu แทนด้วย 2XXX เหมาะสำหรับนำไปใช้งานทางด้านความร้อนซึ่งทองแดงสามารถละลายได้อลูมิเนียมสูงสุด 5.65%ณอุณหภูมิ 548 องศสเซนเซียสและความสามารถในการละลายจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นดดยณ อุณหภูมิ200องศาเซลเซียส ความสามารถในการละลายของทองแดงจะลดลงเหลือประมาณ 0.5%ได้แก่เกรด A2001, A2014, A2017, A2024

3.อลูมิเนียมผสมแมงกานีส Manganese(Mn) AL-Mn แทนด้วย 3XXX ซึ่งหากเพิ่มแร่แมงกีสที่ 1.2% จะได้วัสดุดลหะผสมที่ค่อนข้างมีความแข็งแรง แต่เข้ากระบวนการแปรรูปได้ไม่ดีเหมาะกับการนำไปใช้งานด้านการผลิตโครงสร้างที่ต้องการความทนทาน ได้แก่ A3003

4.อลูมิเนียมผสมซิลิกอน Silicon(Si) AL-SI แทนด้วย 4XXX เหมาะในการนำไปใช้สำหรับงานที่ต้องการการทนทานต่อความร้อนได้แก่ลูกสูบ กระบอกสูบ ห้องเครื่องและก้านสูบเป็นต้นได้แก่ A4032

5.อลูมิเนียมผสมแมกนีเซียม Magnesium(Mg) Al-Mg แทนด้วย 5XXX แร่แมกนีเซียมมีความสามารถในการละลายรวมถึงการหลอมรวมกับอลูมิเนียมต่ำ หากนำมาผสมมากจะทำให้วัสดุเปราะแตกหักง่ายและแข็งจึงพบอลูมิเนียมที่ผสมในอัตราส่วนที่มากได้ค่อนข้างน้อยได้แก่ A5052, A5056, A5083

6.อลูมิเนียมผสม Magnesium(Mg) แมกนีเซียม และ Silicon(Si) AL-Mg-Si แทนด้วย 6XXX เป็นอลูมิเนียมผสมที่มีสัดส่วนและปริมาณดดยทั่วไปคือแมกนีเซียม 0.6-1.2% และซิลิคอน 0.4-1.3% ซึ่งถือว่าเป็นส่วนผสมที่มีอัตราส่วนน้อย ซึ่งสามารถเพิ่มความแข็งแรงด้วยการเติมสัดส่วนโครเมืยมหรือทองแดงเข้าไปได้ได้แก่ A6061, A6063

7.อลูมิเนียมผสมสังกะสี Zinc(Zn) AL-Zn-Mg แทนด้วย 7XXX มีคุณสมบัติเด่นในด้านความแข็งแรงและมีความทนทานสูงสุดในกลุ่มอลูมิเนียมอัลลอยทั้งหมดนำไปใช้งานด้านการผลิตยานอวกาสและโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่ได้แก่ A7075

8.อลูมิเนียมผสมธาตุอื่นๆเช่น Nickel(Ni) นิเกิลล Titanium(Ti) ไททาเนียม, Chromium(Cr) โครเมียม, Bimuth(Bi) บิสมัท และ Lead(Pb) ตะกั่ว แทนด้วย 8XXX

9.อลูมิเนียม 9XXX หมายถึงยังไม่มีใช้

ความหมายของแต่ละหลักของเกรด

หลักที่1 แสดงหมวดหมู่ของโลหะผสม ตัวเลขหลักแรกถือว่าเป็นสัญลักษณ์ที่มีความสำคัญมากที่สุดเช่น 1XXX แทนถึง โลหะอลูมิเนียมหมวดที่มีความบริสุทธิ์มากกว่าร้อยละ 99.00ดดยน้ำหนัก

หลักที่2 ตัวเลขหลักนี้เป็นหลักที่ใช้แทนโลหะอลูมเนียมถูกเปลี่ยนแปลงปริมาณโดยการนำไปผสมเข้ากับโลหะชนิดอื่นๆเช่น 2024 มัดส่วนของส่วนผสมคือ 4.5Cu, 1.5Mg, 0.5Si และ 0.1Cr เมื่อเปลี่ยนตัวเลขเป็น 2218 ปริมานสัดส่วนเป็น 4.0Cu, 2.0Ni, 1.5Mg และ 0.2Si ซึ่งเป็นการผสมด้วยNiแทนการใช้ Cr

หลักที่3และ4 เป็นตัวเลขชี้แสดงถึงชนิดย่อยของโลหะผสมชนิดเดียวกันในปริมาณสัดส่วนของส่วนผสมที่มีค่าต่างกันเช่น 2014 มีสัดส่วนของส่วนผสมคือ 4.4Cu,  0.8Si, 0.8Mn และ 0.4Mg เมื่อเปลี่ยนตัวเลขเป็น 2017 ปริมาณสัดส่วนจะถูกเปลี่ยนเป็น 4.0Cu, 0.8Si, 0.5Mn, 0.1Cr

ประโยชน์ของอลูมิเนียม

1.ด้านการก่อสร้าง

เนื่องจกาอลูมิเนียมเป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบาคงทนสามารถนำไปใช้ทดแทนเหล็กและไม้ได้อย่างดี จึงถูกนำไปใช้เป็นวัสดุตกแต่งในงานต่างๆรวมถึงใช้เป็นดครงสร้างทั้งโครงสร้างเสา โครงสร้างสำหรับ้ในการประกอบประตู หน้าต่าง ราวกั้น รั้วและอื่นๆ

2.ด้านการขนส่ง

เนื่องจกาอลูมิเนียมเป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบาและไม่เกิดสนิมมีอุการใช้งานที่ค่อนข้างยาวและสามรถทนต่อแรงกดแรงกระแทกได้มากจึงถูกนำไปใช้งานเป็นดครงสร้างสำหรับอุตสาหกรรมรถยนต์ใช้เป็นชิ้นส่วน รถไฟ เครื่องบินและยานพาหนะ

3.ด้านการบรรจุภัณฑ์

เนื่องจกาอลูมิเนียมเป็นวัสดุที่ทนการกัดกร่อนและทนความร้อนได้ดีไม่เกิดสนิม และทำปฏิกิริยากับอาหารและสารเคมีต่างๆได้ยาก จึงถูกนำมาผลิตเป็นภาชนะสำหรับการประกอบอาหารและเป็นบรรจุอาหารได้แกระป๋องบรรจุอาหาร กระทะ จาน ชาม หม้อและฟอยล์ครอบอาหารเป็นต้น

4.ด้านอุตาสหกรรมไฟฟ้า

เนื่องจกาอลูมิเนียมเป็นวัสดุที่สามารถนำไฟฟ้าได้ดี มีความคงทน มีน้ำหนักเบาและไม่เกิดสนิม จึงถูกพิจารณานำมาใช้สำหรับทำสายไฟฟ้าอุปกรณือิเล็กทรอนิกส์และส่วนประกอบวงจรอเล็กทรอนิกส์