تأثيرات عناصر السبائك والشوائب المحددة علي الالومنيوم:

تعتمد الخصائص الميكانيكية والفيزيائية والكيميائية لسبائك الألومنيوم على التركيب والبنية الدقيقة. يؤدي إضافة عناصر مختارة إلى الألومنيوم النقي إلى تحسين خصائصه ومفيداته بشكل كبير. لهذا السبب ، تستخدم معظم تطبيقات الألومنيوم السبائك التي تحتوي على إضافة عنصرية واحدة أو أكثر. الإضافات الرئيسية للسبائك المستخدمة مع الألومنيوم هي النحاس والمنغنيز والسيليكون والمغنيسيوم والزنك. يمكن أن يصل إجمالي كمية هذه العناصر إلى 10٪ من تركيب السبائك (كل النسب المئوية معطاة بالوزن بالمائة ما لم يتم ذكر خلاف ذلك).

توجد أيضًا عناصر الشوائب ، لكن إجمالي نسبتها المئوية عادةً ما تكون أقل من 0.15٪ في سبائك الألومنيوم.

الشكل 9: خواص الشد في سبائك Al-Mg-Mn في شكل ألواح مطحونة (O temper) بسمك 13 مم (0.5 بوصة)

الألومنيوم وسبائكه / 371

يتم سرد عناصر السبائك والشوائب المهمة هنا أبجديًا كمراجعة موجزة للتأثيرات الرئيسية. بعض التأثيرات ، خاصة فيما يتعلق بالشوائب ، غير موثقة جيدًا وتكون خاصة بسبائك أو ظروف معينة.

الأنتيمون : 

موجود بكميات ضئيلة (0.01 إلى 0.1 جزء في المليون) في الألومنيوم التجاري ذي الدرجة الأولية. الأنتيمون له ذوبانية صلبة صغيرة جدًا في الألومنيوم (<0.01٪). تمت إضافته إلى سبائك الألومنيوم-المغنيسيوم لأنه تم الادعاء أنه من خلال تكوين طبقة واقية من كلوريد الأنتيمون الأوكسيدي ، فإنه يعزز مقاومة التآكل في مياه البحر. تحتوي بعض سبائك المحامل على ما يصل إلى 4 إلى 6٪ Sb. يمكن استخدام الأنتيمون بدلاً من البزموت للتصدي للتشقق الساخن في سبائك الألومنيوم-المغنيسيوم.

الزرنيخ. :

 المركب AsAl هو أشباه موصلات. الزرنيخ شديد السمية (مثل AsO3) ويجب التحكم فيه بحدود منخفضة للغاية حيث يتم استخدام الألومنيوم كرقائق لتغليف المواد الغذائية.

البريليوم : 

يستخدم البريليوم في سبائك الألومنيوم التي تحتوي على المغنيسيوم لتقليل الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة. يتم استخدام ما يصل إلى 0.1٪ من البريليوم في حمامات الألومنة للصلب لتحسين التصاق طبقة الألومنيوم وتقييد تكون مركب الحديد-الألومنيوم الضار. يُعزى آلية الحماية إلى انتشار البريليوم إلى السطح وتكوين طبقة واقية. يتم تقليل أكسدة وبهتان منتجات الألومنيوم-المغنيسيوم المصنعة بشكل كبير عن طريق كميات صغيرة من البريليوم بسبب انتشار البريليوم إلى السطح وتكوين أكسيد ذو نسبة حجمية عالية. لا يؤثر البريليوم على مقاومة الألومنيوم للتآكل. يتم الاحتفاظ بالبريليوم بشكل عام عند 8 جزء في المليون في معدن حشو اللحام ، ويجب الحد من محتواه في السبائك المصنعة التي قد يتم لحامها.

تسمم البريليوم مرض تحسسي:

مشكلة من فرط الحساسية الفردية التي تتعلق بشدة ومدة التعرض. قد يؤدي استنشاق الغبار الذي يحتوي على مركبات البريليوم إلى تسمم حاد. لا يتم استخدام البريليوم في سبائك الألومنيوم التي قد تلامس الطعام أو المشروبات.

البزموت. 

 تتم إضافة المعادن ذات درجة الانصهار المنخفضة مثل البزموت والرصاص والقصدير والكادميوم إلى الألومنيوم لعمل سبائك سهلة التشغيل. هذه العناصر لها ذوبانية محدودة في الألومنيوم الصلب وتشكل طورًا ناعمًا ومنخفض الذوبان يعزز كسر الرقائق ويساعد على تزييت أداة القطع.

البورون

يستخدم البورون في الألومنيوم وسبائكه كمكرر للحبوب وتحسين الموصلية عن طريق ترسيب الفاناديوم والتيتانيوم والكروم والموليبدينوم (جميعها ضارة بالموصلية الكهربائية عند مستواها المعتاد من الشوائب في الألومنيوم التجاري). يمكن استخدام البورون بمفرده (بمستويات من 0.005 إلى 0.1٪) كمكرر للحبوب أثناء التصلب، لكنه يصبح أكثر فعالية عند استخدامه مع زيادة من التيتانيوم. تحتوي مكبرات الحبوب التجارية عادةً على تيتانيوم وبوراون بنسبة 5:1. يحتوي البورون على مقطع عرض كبير لالتقاط النيوترون ويستخدم في سبائك الألومنيوم لبعض تطبيقات الطاقة الذرية، ولكن يجب الحد من محتواه إلى مستويات منخفضة جدًا في السبائك المستخدمة في مناطق المفاعل حيث تكون هذه الخاصية غير مرغوبة.

الكادميوم

الكادميوم عنصر ذو نقطة انصهار منخفضة نسبيًا يجد استخدامًا محدودًا في الألومنيوم. يمكن إضافة ما يصل إلى 0.3٪ من الكادميوم إلى سبائك الألومنيوم والنحاس لتسريع معدل التصلب، وزيادة القوة، وزيادة مقاومة التآكل. عند مستويات من 0.005 إلى 0.5٪، تم استخدامه لتقليل وقت تصلب سبائك الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم. تم الإبلاغ عن أن آثار الكادميوم تقلل من مقاومة التآكل للألومنيوم غير المصهور. بأكثر من 0.1٪، يسبب الكادميوم هشاشة ساخنة في بعض السبائك. نظرًا لامتصاصه العالي للنيوترونات، يجب الحفاظ على الكادميوم منخفضًا جدًا للاستخدام في الطاقة الذرية. تم استخدامه لإضفاء خصائص القطع الحر، خاصةً إلى سبائك الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم؛ كان مفضلاً على البزموت والرصاص بسبب نقطة انصهاره الأعلى. يوفر ما يصل إلى 0.1٪ تحسنًا في قابلية التشغيل. يستخدم الكادميوم في سبائك المحامل مع السيليكون. السمية الفموية لمركبات الكادميوم عالية. في عمليات الذوبان والصب والتحريك، يمكن أن تشكل أبخرة أكسيد الكادميوم مخاطر.

الكالسيوم

الكالسيوم ذو ذوبان منخفض جدًا في الألومنيوم ويشكل المركب البيني CaAl4. تتمتع مجموعة مثيرة للاهتمام من السبائك التي تحتوي على حوالي 5٪ Ca و 5٪ Zn بخصائص فائقة البلاستيكية. يتحد الكالسيوم مع السيليكون لتشكيل CaSi2، وهو غير قابل للذوبان تقريبًا في الألومنيوم وبالتالي سيزيد من موصلية المعدن التجاري قليلاً. في سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والسيليكون، سيقلل الكالسيوم من تصلب العمر. تأثيره على سبائك الألومنيوم والسيليكون هو زيادة القوة وتقليل الاستطالة، لكنه لا يجعل هذه السبائك قابلة للمعالجة الحرارية. عند مستوى 0.2٪، يغير الكالسيوم خصائص إعادة التبلور لـ 3003. تزيد الكميات الصغيرة جدًا من الكالسيوم (10 جزء في المليون) من ميل سبائك الألومنيوم المنصهرة إلى امتصاص الهيدروجين.

الكربون

قد يتواجد الكربون بشكل غير متكرر كشائبة في الألومنيوم على شكل كربيدات وأوكسيكربيدات، أكثرها شيوعًا هو Al4C3، ولكن تكوين الكربيد مع الشوائب الأخرى مثل التيتانيوم ممكن. يتحلل Al4C3 في وجود الماء وبخار الماء، وقد يؤدي هذا إلى تآكل السطح. عادةً ما تقلل عمليات نقل المعدن الطبيعية والتحريك من الكربون إلى مستوى جزء في المليون.

السيروم

تمت إضافة السيريوم ، بشكل أساسي في شكل معدن مشع (عناصر الأرض النادرة مع 50 إلى 60٪ سيروم) بشكل تجريبي إلى سبائك الصب لزيادة السيولة وتقليل التصاق القالب. في السبائك التي تحتوي على نسبة عالية من الحديد (0.7٪) ، يُقال إنها تحول FeAl3 الإبرة إلى مركب غير إبرة. كما تمت إضافة السيريوم إلى سبائك مسحوق المعادن الصلبة بسرعة (RSP / M) (على سبيل المثال ، 8019 ، سبيكة Al-9Fe-4Ce). يشكل السيريوم جزيئات مفرقة حرارية مستقرة في هذه السبائك.

الكروم

يوجد الكروم كشائبة ثانوية في الألومنيوم ذو النقاء التجاري (5 إلى 50 جزء في المليون). له تأثير كبير على المقاومة الكهربائية. الكروم هو إضافة شائعة للعديد من سبائك مجموعات الألومنيوم-المغنيسيوم والألومنيوم-المغنيسيوم-السيليكون والألومنيوم-المغنيسيوم-الزنك ، حيث يتم إضافته بكميات لا تتجاوز عمومًا 0.35٪. عند تجاوز هذه الحدود ، يميل إلى تكوين مكونات خشنة للغاية مع الشوائب أو الإضافات الأخرى مثل المنجنيز والحديد والتيتانيوم. يتم تقليل هذا الحد كلما زاد محتوى المعادن الانتقالية. في سبائك الصب ، سينتج الكروم الزائد رواسب عن طريق ترسب الطور المحيط عند التثبيت.

يتميز الكروم بمعدل انتشار بطيء ويشكل أطوارًا مشتتة ناعماً في المنتجات المشغولة. هذه الأطوار المشتتة تمنع النواة ونمو الحبوب. يستخدم الكروم للتحكم في بنية الحبوب ، لمنع نمو الحبوب في سبائك الألومنيوم-المغنيسيوم ، ולمنع إعادة التبلور في سبائك الألومنيوم-المغنيسيوم-السيليكون أو الألومنيوم-الزنك أثناء التشغيل الساخن أو المعالجة الحرارية. تعمل الهياكل الليفية التي تتطور على تقليل قابلية التآكل تحت الضغط و / أو تحسين الصلابة. يزيد الكروم في المحلول الصلب وكمرحلة مشتتة ناعماً من قوة السبائك قليلاً. العيب الرئيسي للكروم في السبائك القابلة للمعالجة الحرارية هو زيادة حساسية الانطفاء عندما تميل مرحلة التصلب إلى الترسب على جزيئات طور الكروم الموجودة مسبقًا. يضفي الكروم لونًا أصفر على الفيلم المؤكسد.

الكوبالت

الكوبالت ليس إضافة شائعة لسبائك الألومنيوم. لقد تم إضافته إلى بعض سبائك الألومنيوم-السيليكون التي تحتوي على الحديد ، حيث يحول β الإبرة (الألومنيوم-الحديد-السيليكون) إلى مرحلة أكثر تقريبًا من الألومنيوم-الكوبالت-الحديد ، مما يحسن القوة والانسيابية. يتم إنتاج سبائك الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم والنحاس التي تحتوي على 0.4 إلى 1.5٪ من الكوبالت بواسطة RS-P / M (على سبيل المثال ، السبائك 7090 و 7091). يشكل الكوبالت جزيئات Co2Al9 أو (Co،Fe)2Al9 ، والتي يتم توزيعها بشكل متجانس. تعمل هذه الجسيمات المشتتة على تنقية حجم الحبة لتحسين القوة العالية والطواعية وتعزيز المقاومة للتشقق تحت الضغط.

النحاس

تشكل سبائك الألومنيوم-النحاس التي تحتوي على 2 إلى 10٪ من النحاس ، بشكل عام مع إضافات أخرى ، عائلات مهمة من السبائك. تستجيب كل من سبائك الألومنيوم-النحاس المصبوبة والمشغولة للمعالجة الحرارية للحل والشيخوخة اللاحقة بزيادة في القوة والصلابة وانخفاض في الاستطالة. تكون التقوية بحد أقصى بين 4 و 6٪ من النحاس ، حسب تأثير المكونات الأخرى الموجودة. تم تجميع خصائص صفيحة سبائك الألومنيوم