Sản xuất nhôm
Các hợp kim nhôm thường được cung cấp dưới dạng bán thành phẩm như tấm, lá, cuộn, thanh định hình, ống hoặc dây. Tất cả các dạng này sau đó có thể dễ dàng được chế tạo thành thành phẩm bằng một loạt các quy trình.
Có nhiều dịch vụ cắt và tiền chế khác nhau, bao gồm cắt cuộn, cắt theo chiều dài và cắt tấm, cắt theo chiều dài thanh và ống, đánh bóng, sơn phủ, khoan, xẻ rãnh, uốn và chuẩn bị cạnh hàn.
Điểm số, Tính khí & Khả năng định hình
Khi sản xuất một sản phẩm nhôm, việc lựa chọn mác nhôm phải xem xét không chỉ độ bền của hợp kim khi sử dụng mà còn cả khả năng dễ dàng chế tạo sản phẩm từ vật liệu đó.
Mặc dù khả năng định hình của hợp kim nhôm liên quan trực tiếp đến loại hợp kim, nhưng trạng thái của mỗi hợp kim có thể thay đổi các đặc tính theo cách mà cùng một mác có thể hoàn hảo cho một ứng dụng nhất định ở một trạng thái, nhưng hoàn toàn không phù hợp ở trạng thái khác.
Tính chất chế tạo chung của các dòng hợp kim khác nhau được đưa ra trong bảng dưới đây.
Đối với các hợp kim không thể xử lý nhiệt, độ bền bổ sung được truyền vào hợp kim bằng cách hóa bền bằng công việc. Sau đó, hợp kim có thể được làm mềm đến các đặc tính mong muốn bằng cách nung ở giai đoạn ủ.
Đối với các hợp kim có thể nhiệt luyện, độ bền được tạo ra nhờ quá trình nung nóng sau đó làm nguội nhanh và ủ già. Làm nguội nhanh là quá trình làm lạnh đột ngột bằng cách sử dụng không khí hoặc nước.
Hợp kim & Tính chất
| Hợp kim | Thuộc tính |
| 1XXX | Tính dễ gia công, dễ hàn và chống ăn mòn tuyệt vời. Độ bền thấp. |
| 2XXX | Khả năng gia công tuyệt vời & độ bền cao. Khả năng tạo hình, hàn và chống ăn mòn kém. |
| 3XXX | Dễ uốn, chống ăn mòn và hàn được. Độ bền trung bình. |
| 4XXX | Có thể định hình, có thể hàn, chống ăn mòn. |
| 5XXX | Có thể định hình, có thể hàn, kháng ăn mòn tuyệt vời. |
| 7XXX | Dễ gia công, chống ăn mòn & hàn kém. Độ bền cao. |
| 8XXX | Khả năng định hình tuyệt vời. |
Cắt
Nhôm có thể được cắt bằng nhiều phương pháp khác nhau tùy thuộc vào hình dạng và kiểu dáng của nhôm. Tấm nhôm được cắt bằng nhiều loại cưa và cả laser, plasma hoặc tia nước để tạo ra các kích thước hoàn thiện có hình dạng phức tạp. Ưu điểm của cắt bằng tia nước là không có nhiệt và do đó không làm thay đổi các thuộc tính của nhôm.
Nhôm định hình và ống thường được cắt bằng lưỡi cưa tròn phủ cacbon. Việc cắt bằng lưỡi cưa có thể được cải thiện bằng cách sử dụng sáp dạng thanh trên lưỡi cưa để bôi trơn tốt hơn. Các phương pháp cắt khác bao gồm cưa băng và cắt bằng kéo.
Zw Metal Materia’l thường xuyên cung cấp các tấm cắt theo kích thước bao gồm hình tròn, hình vành khăn và các hình dạng không đều.
Mài và Đánh bóng
Các loại dũa thông thường và đá mài dễ bị tắc bởi mùn nhôm. Khi dũa nhôm thô, dũa nên có răng cong cắt sâu với chỉ khoảng 4 răng mỗi centimet. Dũa máy tiện góc dài với 6 đến 8 răng mỗi centimet có thể được sử dụng cho công việc tinh xảo hơn và nên được làm sạch bằng bàn chải sắt. Phấn có thể được chà vào dũa để giảm tắc nghẽn và ngâm trong dung dịch soda caustic 20% sẽ hòa tan nhôm và làm sạch răng. Đối với việc mài, có thể sử dụng các đá mài chuyên dụng. Để mài thô, sử dụng đĩa bọc nỉ, da hoặc cao su với hạt mài emery hoặc corundum 60 đến 120 grit và chất bôi trơn parafin. Để mài tinh, sử dụng hạt mài emery 160 đến 320 grit và một lượng nhỏ chất bôi trơn.
Bẻ cong
- Nhôm có thể được uốn bằng bất kỳ kỹ thuật nào trong số nhiều kỹ thuật khác nhau. Lựa chọn kỹ thuật phù hợp nhất được quyết định bởi các yếu tố như hình dạng và độ cứng của hợp kim đang được xem xét.
- Dạng nhôm phổ biến nhất được uốn là ống. Khi uốn ống, nên chỉ định ống rút, vì nó uốn đều hơn và đạt dung sai chặt hơn so với ống đùn.
- Bốn phương pháp chính được sử dụng để uốn nhôm là:
- Uốn ba trục
- Uốn ba điểm
- Uốn khuôn và uốn ruột gà
- Chấn hình
Ép uốn ba trục
Ba máy uốn ống sử dụng một trục cuốn trung tâm có thể di chuyển và được ép dần vào phôi cho đến khi đạt được bán kính mong muốn.
Uốn ba điểm
Tương tự như uốn ba trục, máy uốn ba điểm có thể tác dụng lực bằng cách va đập hoặc từ từ. Cả uốn ba trục và uốn ba điểm đều được sử dụng cho các thanh có tiết diện lớn.
Uốn vòng và uốn lõi
Máy uốn ống và máy uốn lõi sử dụng khuôn và các dụng cụ hỗ trợ để uốn nhôm theo bán kính cong nhỏ trong khi giảm thiểu hiện tượng móp mí. Trong uốn ống, khuôn di chuyển quanh thanh định hình. Uốn lõi khác ở chỗ thanh định hình di chuyển quanh khuôn.
Ép chảy
Máy uốn định hình hoạt động với tiết diện ở trạng thái kéo căng được quấn quanh một khuôn. Với tiết diện ở trạng thái kéo căng, sự phá hủy do nén được giảm thiểu.
Bán kính uốn cong
Để tránh bị nứt khi uốn nhôm, bán kính uốn phải được xem xét.
Bán kính uốn tối thiểu cho phép tùy thuộc vào hợp kim, độ cứng, kích thước tiết diện, sử dụng ống đệm và độ hoàn thiện bề mặt yêu cầu. Do đó, không thể đưa ra các quy tắc nghiêm ngặt về bán kính uốn cho mọi trường hợp. Cần tham khảo bảng bán kính uốn đã công bố trước khi uốn và thực hiện thử nghiệm thực tế trước khi uốn phôi.
Tham gia
Cách phổ biến nhất để nối nhôm là hàn. Hầu hết các hợp kim nhôm có thể được hàn dễ dàng khi xem xét một vài yếu tố.
Khả năng chống ăn mòn của nhôm là do một lớp oxit bền trên bề mặt. Lớp oxit này có điểm nóng chảy cao hơn nhôm và phải được loại bỏ trước khi hàn. Nó được loại bỏ bằng các phương pháp hóa học, cơ học hoặc điện và phải ngăn chặn sự tái hình thành trước khi có thể hoàn thành quá trình hàn.
Do nhôm có độ dẫn nhiệt cao, cần cung cấp nhiệt với tốc độ gấp bốn lần so với thép. Nó có hệ số giãn nở tuyến tính gấp đôi thép, điều này cần được xem xét khi hàn vật liệu bị hạn chế.
Nhôm có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp và không giống như thép, nó không đổi màu khi gần đạt đến nhiệt độ nóng chảy.
Do đó, cần cẩn thận để không làm quá nhiệt và/hoặc làm chảy nhôm trong quá trình ghép nối. Hàn có xu hướng làm giảm các đặc tính cơ học của nhôm trong vùng ảnh hưởng nhiệt. Vùng này kéo dài khoảng 25mm tính từ mối hàn.
Khớp cơ khí
Từ thuyền nhôm nhỏ đến máy bay, tán đinh vẫn được sử dụng để tạo ra các mối nối. Tán đinh, bắt vít và bu lông có thể tạo ra các mối nối có độ bền cao mà không bị biến dạng hoặc giảm cường độ và yêu cầu kỹ năng ít hơn so với các phương pháp nối khác.
Các hợp kim nhôm được sử dụng cho đinh tán bao gồm 2017A, 2024, 5056, 5052, 5754, 6061, 6082 và 7075.
Dập sâu
Ép sâu là một phương pháp chế tạo phổ biến cho nhôm và là quy trình được sử dụng để tạo ra một trong những sản phẩm nhôm phổ biến nhất thế giới; lon nhôm. Ép sâu sử dụng lực cực lớn để đẩy một tấm hoặc một phôi làm từ hợp kim tương đối mềm vào một khuôn âm. Quy trình này bao gồm nhiều giai đoạn và yêu cầu bôi trơn phù hợp.
Kéo sâu là một phương pháp chế tạo được đánh giá cao vì nó tạo ra sản phẩm liền mạch. Do phương pháp hình thành, các sản phẩm được sản xuất bằng phương pháp kéo sâu về cơ bản có hình dạng giống như cốc. Các hợp kim nhôm được sử dụng để kéo sâu bao gồm 3003, 5005 và 5052.
Khả năng gia công
Mặc dù dễ gia công, nhôm có hệ số ma sát cao và hệ số giãn nở nhiệt cao. Điều này đòi hỏi một phương pháp tiếp cận đặc biệt bao gồm việc sử dụng các dụng cụ được đánh bóng với hình dạng dụng cụ khác nhau và bôi trơn tốt để tránh ứng suất nhiệt. Hợp kim nhôm 2011 được gọi là hợp kim gia công tự do (FMA) do đặc tính gia công tuyệt vời của nó. Hợp kim 2011 có khả năng chống ăn mòn kém, do đó hợp kim 6262 T9 được sử dụng khi yêu cầu khả năng chống ăn mòn cao hơn nhưng hợp kim vẫn phải có đặc tính gia công tuyệt vời.
Cả 2011 và 6262 thường được cung cấp dưới dạng thanh. Khi cần gia công nhôm tấm, loại được chọn là 6082. Hợp kim 6082 gia công rất tốt và tạo ra các cuộn phoi chặt khi sử dụng bộ phá phoi.
Khả năng hàn
Hàn nóng chảy
Vì lý do kinh tế và chất lượng, hàn MIG và TIG là các phương pháp được khuyến nghị để hàn nhôm.
Welding TIG và MIG
Hàn TIG phù hợp để nối các vật liệu có độ dày mỏng hơn với các tiết diện từ khoảng 0,8 đến
12,5mm. Sản phẩm này cũng phù hợp cho việc nối ống, ống dẫn khí và các mối hàn phức tạp. Các loại mối nối có thể là mối nối đối đầu, mối nối chồng, mối nối cạnh và mối nối góc.
Hàn MIG cho phép mật độ dòng điện cao với độ ngấu sâu và tốc độ hàn cao hơn hàn TIG. Điều này có nghĩa là tổng nhiệt lượng đưa vào ít hơn và ít khả năng bị biến dạng hơn. Quá trình hàn TIG và MIG tự động loại bỏ lớp oxit bằng điện tử. Trong chu kỳ dương của dòng điện AC, các hạt oxit nhôm bị loại bỏ khỏi vũng hàn, cho phép kim loại không có oxit nóng chảy trong chu kỳ tiếp theo.
Việc làm sạch sơ bộ mối nối trước khi hàn vẫn cần thiết để đảm bảo mối hàn hoàn toàn không có oxit.
Hợp kim phụ trợ: Dây phụ trợ cho hàn MIG và TIG bị giới hạn ở hợp kim nhôm nguyên chất, Al-Mg và Al-Si.
Hàn Điện Trở
Đối với hợp kim nhôm, hàn điểm, hàn miết, hàn dây và hàn nổ là các loại hàn điện trở phổ biến nhất.
Tất cả đều tạo ra các mối nối xuất sắc, đặc biệt là với các hợp kim xử lý nhiệt có độ bền cao. Hàn điện trở có thể kinh tế hơn hàn nóng chảy nhưng không phù hợp với mọi ứng dụng.
Hàn ma sát
Không có gì lạ khi một vùng giòn có thể hình thành khi hàn hợp kim nhôm với các kim loại khác. Phương pháp hàn ma sát có thể được sử dụng để khắc phục vấn đề này. Các quy trình như hàn ma sát khuấy đã được chứng minh là phù hợp để hàn các hợp kim nhôm.
Hàn kim loại khắc loại
Sự khác biệt lớn về các đặc tính như điểm nóng chảy, độ dẫn nhiệt và giãn nở nhiệt khiến việc hàn nhôm với các kim loại khác nhau như thép trở nên cực kỳ khó khăn và thường không thể thực hiện được trong các môi trường khắc nghiệt như sửa chữa tàu biển và giàn khoan dầu ngoài khơi. Trong những trường hợp này, các mối nối chuyển tiếp được liên kết bằng thuốc nổ được sử dụng. Các mối nối chuyển tiếp kết cấu (STJ) là các dải kim loại hai mặt với mặt cắt ngang có hợp kim nhôm phù hợp ở một bên và vật liệu khác biệt như thép ở bên kia. STJ được sử dụng để tạo ra cầu nối vật liệu lấp đầy giữa các kim loại khác biệt, mỗi kim loại được hàn trực tiếp vào kim loại tương ứng trên STJ.
Hàn & Hàng
Hàn
Lớp oxit trên nhôm và khả năng dẫn nhiệt cao của nó khiến việc hàn trở nên khó khăn. Bộ phận càng lớn được hàn thì điều này càng rõ ràng. Một bộ phận nhỏ có thể được giữ ở nhiệt độ hàn nhưng một bộ phận lớn có thể bị biến dạng vì một phần có thể nóng trong khi phần khác vẫn nguội.
Các dòng chảy dùng để loại bỏ lớp oxit có thể ăn mòn và phải được loại bỏ sau khi hàn. Để hàn không dùng chất trợ dung, bề mặt cần được phủ một lớp chất trợ dung nóng chảy và bề mặt bên dưới chất trợ dung lỏng được mài trước khi hai bề mặt được nối với nhau.
Hàn mềm
Đồng nhôm có thể được hàn bằng mỏ hàn, nhúng hoặc lò nung miễn là việc kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ được duy trì.
Liên kết kết dính
Vì hàn có xu hướng làm giảm các đặc tính trong vùng ảnh hưởng nhiệt, các bộ phận bằng nhôm ngày càng được nối bằng keo dán. Keo dán hiện đang được sử dụng để nối nhôm trong các ứng dụng kết cấu như sàn máy bay, tấm thân xe và thậm chí gắn cột đèn đường vào đế của chúng.
Việc dán kết bằng keo nhôm ngày càng trở nên quan trọng kể từ những năm 1930, khi người ta quan sát thấy rằng keo dán gỗ đóng rắn bằng nhiệt cũng hoạt động cực kỳ tốt trên bề mặt của một số kim loại. Các công nghệ mới trong lĩnh vực keo tổng hợp hứa hẹn sẽ làm tăng thêm tầm quan trọng của việc dán kết bằng keo cho nhôm.
Khi sử dụng keo dán với nhôm, người ta thường thấy rằng không có sự kết dính nào xảy ra giữa keo và kim loại nhôm. Thay vào đó, keo dán vào lớp oxit nhôm. Phương pháp ăn mòn axit có thể được sử dụng như một phương pháp chuẩn bị bề mặt để tạo ra liên kết trực tiếp với nhôm. Việc chuẩn bị bề mặt phụ thuộc vào loại keo được sử dụng và cần được thực hiện theo khuyến cáo của nhà sản xuất.
Việc chỉ dùng chất kết dính cho mối nối thông thường được hàn hoặc ghép nối cơ khí cũng là không đủ. Thiết kế mối nối cho việc dán kết dính nên cho phép tiếp xúc bề mặt tối đa giữa chất kết dính và nhôm. Thiết kế mối nối cũng nên xem xét các lực tải mà mối nối sẽ chịu. Dán kết dính hoạt động tốt nhất khi các lực chủ yếu là lực cắt, kéo hoặc nén thuần túy. Việc sử dụng mối nối chồng là phổ biến vì chúng có diện tích bề mặt mối nối lớn, tải trọng chủ yếu là lực kéo và tránh các lực tách hoặc xé.
Hoàn thành
Nhôm có thể được hoàn thiện bằng các quy trình cơ học, hóa học, anot hóa và hữu cơ. Zh Metal Materia’l có cơ sở đánh bóng rộng rãi để cung cấp nhiều loại hoàn thiện đáp ứng mọi ứng dụng.
Hoàn thiện cơ khí
Hoàn thiện cơ khí thường bao gồm mài và đánh bóng.
Mài sử dụng đá mài gắn vào máy mài góc. Phương pháp ưa thích là mài tốc độ thấp với nhôm oxit để tránh quá nhiệt bề mặt. Đánh bóng sử dụng bánh xe hoặc dây đai có chất mài dính vào chúng. Có thể thêm bước đánh bóng để loại bỏ các vết trầy xước. Bánh xe đánh bóng thường được làm từ các đĩa muslin được khâu lại với nhau.
Hoàn thiện hóa học
Các lớp hoàn thiện hóa học phản ứng với bề mặt kim loại để thay đổi hình dạng của nó. Chúng bao gồm lớp phủ chuyển đổi và khắc axit. Lớp phủ chuyển đổi làm dày lớp oxit tự nhiên và cho phép bám dính tốt hơn với sơn, vecni và các lớp phủ khác. Các màng chuyển đổi hóa học mỏng hơn và rẻ hơn so với các màng được tạo ra bằng phương pháp anodizing.
Khắc bằng hóa chất sử dụng hóa chất để ăn mòn và làm nhám bề mặt kim loại. Phương tiện khắc có thể là axit hoặc kiềm. Chất ăn mòn kiềm rẻ hơn và dễ xử lý hơn, do đó phổ biến hơn. Loại được sử dụng rộng rãi nhất là dung dịch xút ăn da trong nước. Vì quá trình ăn mòn loại bỏ lớp oxit bảo vệ nên cần thêm một bước khác để khôi phục nó.
Vì hoàn thiện hóa học bao gồm việc loại bỏ kim loại để tạo ra hoa văn hoặc đánh bóng, nên nó làm giảm nhẹ độ dày tổng thể của kim loại.
Anodizing
Anodizing là một quá trình điện phân được sử dụng để làm tăng độ dày của lớp oxit trên bề mặt nhôm. Các lớp oxit tạo thành có độ cứng, bền và trơ, có khả năng chống ăn mòn và độ bền tốt hơn so với các lớp hoàn thiện được sản xuất bằng quy trình hóa học. Độ dày của lớp oxit anodique thường từ 5 đến 25 micron, tùy thuộc vào mục đích sử dụng cuối cùng, đặc biệt là mức độ khắc nghiệt của môi trường sử dụng. Lớp oxit anodique cũng có thể được sử dụng làm lớp nền để nhuộm màu.
Lớp phủ chuyển đổi Cromat
Lớp phủ chuyển đổi cromat hoặc mạ crom là một quá trình phủ lên nhôm một lớp phủ hóa học cực mỏng. Lớp phủ này có thể được sử dụng để tăng cường khả năng chống ăn mòn, dẫn điện và khả năng bám dính cho nền nhôm.
Mạ Crom sử dụng dung dịch nước chứa các ion cromat và một số ion kích hoạt để hòa tan một phần kim loại nền. Kim loại này đi vào dung dịch dưới dạng ion kim loại, kết hợp với các ion cromat và tái tạo trên bề mặt kim loại thành một lớp phủ bám dính.
Ưu điểm của phương pháp mạ crom so với phương pháp anot hóa bao gồm việc đây không phải là một quy trình điện. Điều này có nghĩa là không cần tiếp xúc điện với bộ phận và có thể mạ với số lượng lớn. Điều này làm cho việc mạ crom thường nhanh hơn, dễ dàng hơn và do đó rẻ hơn.
Có hai loại cromat được sử dụng cho nhôm:
- Phốt phát crôm chủ yếu được sử dụng trên các thanh nhôm kiến trúc để cung cấp một lớp sơn liên kết.
- Các oxit crom được sử dụng trên hầu hết các loại nhôm, bao gồm tấm, cuộn, vật đúc và đồ dập. Chúng được sử dụng để tăng khả năng chống ăn mòn và tăng cường độ bám dính của sơn.
Sơn hữu cơ
Sơn hữu cơ bao gồm các hệ thống sơn như sơn alkyd, acrylic, vinyl và epoxy.
Lớp phủ hữu cơ thường được sử dụng trên nhôm cho các ứng dụng ốp tường, mái hiên và lon nhôm. Chúng thường được sơn bằng quy trình liên tục khi tấm nhôm còn ở dạng cuộn. Các lớp phủ như vậy có thể được áp dụng cho một hoặc cả hai mặt và có thể sơn nhiều lớp trên mỗi mặt.
