Tính chất quan trọng của nhôm

Tính chất quan trọng của nhôm là bài viêt với các Nội dung:

  • Cấu trúc nguyên tử

  • Cấu trúc tinh thể

  • Điện trở và độ dẫn điện

  • Tính chất không từ tính

  • Độ dẫn nhiệt

  • Tính chống chịu ăn mòn

  • Độ dãn nở nhiệt

  • Nhiệt độ nóng chảy

  • Nhiệt ẩn và nhiệt riêng

Cấu trúc nguyên tử

Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ ba được biết bởi con người, chỉ sau oxy và silicon. Nguyên tố nhôm có kí hiệu hóa học Al, số nguyên tử 13. Theo khái niệm hiện này, điều này có nghĩa rằng một nguyên tử nhôm thì bao gồm 13 electron, mỗi một electron là một điện tích âm, được sắp xếp trong ba quỹ đạo quanh một nhân có điện tích dương 13. Ba electron ở  quỹ đạo ngoài cùng cho nhôm nguyên tử một hóa chị hoặc năng lượng hóa hợp +3.

Cấu trúc tinh thể

Khi kim loại thay đổi từ trạng thái nóng chảy sang trạng thái rắn, chúng mang cấu trúc tinh thể. Các nguyên tử sắp xếp chính nó trong kiểu đối xứng trật tự xác định. Nhôm giống như đồng, bạc và vàng tinh thể với sự sắp xếp các  nguyên tử theo mặt-tâm-khối lập phương, với một nguyên tử ở trung tâm của mỗi mặt. Chiều dài của mặt lập phương đối với nhôm sạch được xác định là 4.049 x 10-8 cm, khoảng cách ngắn nhất giữa hai nguyên tử trong cấu trúc nhôm là  được phân chia bằng 2 x 4.049. Cấu trúc tâm-mặt-lập phương được giả định bởi hình cầu đóng chặt, trong trường hợp này với đường kính là 4.049 x 10-8 cm, các góc của lập phương là trung tâm của mỗi hình cầu.

Tỉ trọng

Tỉ trọng nhẹ là đặc tính nổi bật và tốt nhất đã biết của nhôm. Kim loại có khối lượng nguyên tử 26.98 và trọng lực riêng 2.7, xấp xỉ một phần ba khối lượng của các kim loại thông dụng khác; ngoại trừ titanium và magnesium. Việc bổ sung các kim loại khác với lượng bình thường được dùng trong hợp kim nhôm không làm thay đổi tỉ trọng (cộng 3%, trừ 2%), ngoại trừ trong trường hợp của hợp kim Lithium thì tỉ trọng của hợp kim giảm tới 15%. Khối lượng là tính chất quan trọng cho tất cả những ứng dụng liên quan tới chuyển động. Giảm khối lượng là giảm giá thành vận hành, tiết kiệm năng lượng, giảm lực rung lắc, cải thiện đặc tính hành trình và di chuyển của chi tiết, giảm mệt mỏi khi sử dụng thiết bị vận hành tay…

Mặc dù việc mua bán được thực hiện theo đơn vị khối lượng nhưng các kim loại lại được sử dụng chung theo đơn vị thể tích nên thể tích cũng là một cơ sở quan trọng để so sánh giá thành của nhôm với vật liệu khác.

Độ dẫn điện và điện trở suất của nhôm

Độ dẫn điện của nhôm tinh khiết 99.99% ở 20oC là 63.8% theo IACS. Bởi vì trọng lượng riêng thấp nên độ dẫn điện khối của nhôm tinh khiết nhiều hơn hai lần so với đồng tôi và lớn hơn nhiều so với các kim loại khác. Điện trở ở 20oC là 2.69 µΩ cm. Độ dẫn điện đó là nghịch đảo của điện trở, là một trong những tính chất nhạy cảm của nhôm bị ảnh hưởng bởi cả hai, thay đổi trong thành phần và xử lý nhiệt. Sự phối trộn các kim loại khác vào nhôm hợp kim làm giảm độ dẫn điện của nhôm do đó điều này phải được bù trừ vào các ưu điểm khác  có thể đạt được, như độ bền tăng. Xử lý nhiệt ngoài ra còn ảnh hưởng tới độ dẫn từ các nguyên tố trong dung dịch rắn tạo điện trở lớn hơn thành phần không tan.

Tính không từ tính của nhôm

Nhôm và hợp kim của nó là rất nhẹ và thuận từ, vì nó có độ từ thẩm (m) lớn hơn một. Độ nhạy từ χ (chi), mức độ từ hóa/áp dụng lực từ hóa của nhôm tinh khiết 99.99 % chỉ 0.623 x 10-6, với mục đích thực tế được coi là phi từ tính. Mối quan hệ giữa m và χ là m = 1 + 4χ.  Giá trị của χ ảnh hưởng tới  hợp kim như sau:

Cu làm giảm χ tới 0.550 ở 4.5% Cu (tôi luyện)

Cu làm giảm χ tới 0.400 ở 4.5% (nhúng lạnh)

Fe với lượng tinh khiết không ảnh hưởng

(FeAlcó giá trị Chi như nhôm)

Mn làm tăng χ tới 0.959 ở 1.38% Mn

Cr làm tăng χ tới 0.669 ở 0.63% Cr

V làm giảm χ tới 0.582 ở 0.36%V

Đặc tính từ tính thấp của nhôm có giá trị trong cấu trúc tàu quân sự, nơi nó có ưu điểm nhẹ và giá thấp hơn những kim loại không từ tính khác. Ngoài ra, nhôm còn có  ưu thế sử dụng trong thiết bị điện và nó có thể tăng gấp đôi khả năng tản nhiệt tốt .

Độ dẫn nhiệt

Độ dẫn nhiệt κ của nhôm tinh khiết 99.99% là 244 W/mK trong khoảng nhiệt độ 0 -100oC.  Với trọng lượng riêng thấp,  nhôm có độ dẫn nhiệt gấp hai lần so với đồng. Độ dẫn nhiệt có thể được tính toán từ việc đo điện trở suất sử dụng công thức κ =5.02λT x 10-9 +0.03, ở đây κ là độ dẫn nhiệt, λ là độ dẫn điện và T là nhiệt độ tuyệt đối trong độ Kelvin. Độ dẫn nhiệt giảm nhẹ khi phối trộn các nguyên tố hợp kim. Sự kết hợp giữa tính chất độ dẫn nhiệt cao và tỷ trọng thấp làm cho nhôm trở thành một sự lựa chọn thích hợp để sử dụng trong các thiết bị trao đổi nhiệt, tản nhiệt của động cơ và các dụng cụ nấu ăn. Trong khi ở dạng đúc nó được mở rộng sử dụng cho các đầu xylanh động cơ I/C.

Chống chịu ăn mòn

Nhôm có độ chống chịu  ăn mòn cao hơn nhiều kim loại khác nhờ có sự bảo vệ bởi lớp mỏng nhưng bền của oxit. Lớp oxit này luôn tồn tại trên bề mặt của nhôm trong không khí có oxy. Sự hình thành oxit là rất nhanh trong sự có mặt của oxy do đó các biện pháp đặc biệt phải được sử dụng trong quá trình có sự tham gia của nhiệt để ngăn sự hình thành lớp oxit ngay lập tức trong quá trình đang diễn ra.

Tuy thế, nhôm là một nguyên tố hóa học hoạt động mạnh và khả năng chống chịu ăn mòn thành công của nó còn tùy thuộc vào tính đầy đủ cùng với lớp bảo vệ oxit nhôm đóng vai trò là lớp hoạt động bên dưới.

Lớp oxit có thể được cải thiện điện ly bằng quá trình oxit hóa anot (anodizing), trong đó các sản phẩm nhôm được phủ một lớp trong một cái bể giống như quá trình mạ nhưng có chứa axit chromic, phosphoric hoặc dung dịch axit sulphuric. Lớp anodic còn được tạo bởi tính chất hấp thụ màu vì vậy cho phép kim loại được nhuộm với những màu hấp dẫn và bền, bằng cách ấy kết hợp cả bảo vệ và trang trí.

Gần như tất cả  kim loại kỹ thuật được cathodic nhôm và hợp kim của nó, do đó nhôm trở thành vật bảo vệ anodic  dưới dạng một điện cực. Ngoại trừ trường hợp là magie, cadmium, và zinc thì với vai trò là anodic; với lí do này cadmium và zinc thường sử dụng như một sự bảo vệ cho nhôm và kim loại khác. Trừ thép không rỉ, titanium và chrome vì chúng có sự bảo vệ cao hơn.

Giãn nở nhiệt

Hệ số giãn nở nhiệt là không tuyến tính qua khoảng nhiệt độ từ – 200 tới + 600oC nhưng với mục đích thực tế thì được giả sử là hằng số giữa khoảng nhiệt độ từ 20 tới 100oC. Hệ số giãn nở nhiệt  của những hợp kim bị tác động bởi những thành phần  tự nhiên của chúng: sự có mặt của silicon và đồng làm giảm độ giãn nở,trong khi đó magnesium làm  tăng. Đối với những hợp kim sử dụng trong thương mại thông thường, hệ số giãn nở nhiệt thay đổi từ 23.5 x 10-6 /K với 4.6% Cu-hợp kim  nhôm tới 24.5 x 10-6 /K với 4.6% Mg-hợp kim nhôm.

Nhiều hợp kim đúc silicon cao đặc biệt được phát triển cho chế tạo piston và đầu cylinder động cơ đốt trong có hệ số giản nở thấp dưới 16 x 10-6 /K, trong khi ở nhiều composite nền kim loại nhôm có hệ số giản nở giảm tới 12.2 x 10-6/K bằng cách thêm 38% silic cacbua. Gần đây, Composite nền kim loại đang được phát triển, hình dưới thể hiện lượng thể tích của silic cacbua có thể thay đổi để điều chỉnh hệ số giãn nở nhiệt cho phù hợp với kim loại kĩ thuật thông dụng.

Hệ số giản nở khác nhau phải được cân nhắc khi nhôm sử dụng trong sự liên kết với các kim loại khác, như kết cấu nhôm/thép. Tuy nhiên, ứng xuất gây ra được làm giảm bởi các modul nhôm đàn hồi thấp. Chỉ những nơi đường kính thật sự lớn và kết cấu thanh mảnh làm kết nối với thép mới đặt ra vấn đề giản nở khác nhau. Điều này có thể ứng dụng vào những bức rèm cho những tòa nhà cao tầng và lan can cho cầu nơi nhôm ép dạng đài mỏng được đặt trên khung thép.  Trong trường hợp những chỗ nối trượt, trám nhựa thì  phương sách khử ứng suất  là thường cần thiết. Trong trường hợp  với cấu trúc  cứng và không biến dạng như kết cấu phần nhôm trên các mối nối tàu vỏ thép được giữ chặt và độ giãn nở vi sai là chấp nhận được như một biến dạng nén hoặc ứng suất kéo.

Nhiệt nóng chảy

Điểm nóng chảy của nhôm là chính xác cho nhôm tinh khiết, với 99.99% nhôm tinh khiết ở áp xuất khí quyển nó là 660oC nhưng giảm tới 635oC với nhôm tinh khiết thương mại 99.5%. Sự pha trộn những nguyên tố hợp kim làm giảm nhiệt nóng chảy xuống dưới 500oC đối với hợp kim magie dưới điều kiện nhất định. Điểm nóng chảy tăng tỉ lệ với áp suất trong một mối quan hệ tuyến tính tới 980oC ở 50 kbar.

Sự khác nhau giữa điểm nóng chảy của hai hợp kim nhôm thường tạo ưu thế trong sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt bằng nhôm, nơi những cái vây được làm từ hợp kim nhôm-mangan (3103) hoặc (3003) bọc cùng với 5, 7.5% hợp kim silicon. Thiết bị trao đổi nhiệt đã lắp ráp được gia nhiệt tới nhiệt độ mà chỉ chảy lớp bọc trong khi cho phép lõi duy trì đồng nhất; trường hợp này hợp kim vỏ bọc nóng chảy  thành dòng qua mao dẫn tác dụng tới mối nối do đó trở thành kết cấu trong làm mát. Kiểm soát nhiệt cao trong quá trình hàn thực hiện bằng cách sử dụng một lò chân không, lò điều khiển áp suất, hoặc bể nấu chảy.

Nhiệt ẩn và đặc trưng

Nhôm có một nhiệt đặc trưng tương đối cao khi so với kim loại khác trên chuẩn khối lượng, ví dụ 921 J/kg ở 100oC nó là cao hơn bất kì kim loại thông dụng nào trừ magie (1046); sắt và thép là khoảng 500 và đồng và đồng thau 377. Trên chuẩn thể tích, tuy nhiên hiệu suất nhiệt của nhôm là ít hơn bất kì kim loại nặng hơn.

BÀI VIẾT ĐƯỢC SƯU TẤM TRÊN INTERNET

Công ty TNHH Kim Loại G7

Cung cấp Inox | Titan | Niken | Nhôm | Đồng | Thép & các kim loại đặc biệt khác…

Hàng có sẵn – Giá cạnh tranh – Phục vụ tốt

Mọi chi tiết xin liên hệ:

Hotline 1: 0902 303 310

Hotline 2: 0909 304 310

Website: g7m.vn

STK: 7887 7888, ACB: HCM

CHÚNG TÔI CŨNG CUNG CẤP:

NHÔM 7075 | NHÔM 6061 | NHÔM 5052 | NHÔM 5083 | NHÔM 1050 | NHÔM 1060 | NHÔM 1070 | NHÔM 1100 | TẠI G7M.VN

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *