EN
تأتي ملفات الألومنيوم السبائكية بأشكال متنوعة يتم إما دفعها للخارج أو تشكيلها من خلال عمليات يتم فيها مزج الألومنيوم مع عناصر أخرى لتعزيز خصائصه الفيزيائية. ما يُصنع به هذه السبائك مهم حقًا من حيث الاستخدامات التي يمكن استخدامها فيها. نراها في كل مكان، من مكونات هيكل الطائرات إلى إطارات النوافذ المنزلية. تُظهر الأبحاث في علم المواد شيئًا مثيرًا للاهتمام يحدث عندما يضيف المصنعون ما بين 1 إلى 5 بالمائة من معادن معينة مثل النحاس أو المغنيسيوم أو السيليكون إلى الخليط. ما النتيجة؟ تقفز القوة الشدّية بنسبة تتراوح بين 200 إلى 400 بالمائة مقارنة بالألومنيوم العادي. هذا النوع من التخصيص يسمح للمصممين بتعديل خصائص الملفات بحيث تعمل بشكل أفضل تحت الضغط، وتقاوم الصدأ لفترة أطول، مع البقاء سهلة التصنيع أثناء الإنتاج.
العناصر المُ alloyَة الرئيسية تؤدي أدوارًا مُختلفة:
| عنصر | الوظيفة الأساسية | المسلسلات المعدنية الشائعة |
|---|---|---|
| النحاس (Cu) | تُعزز القوة من خلال التصلب الترسيبي | 2xxx (على سبيل المثال: 2024) |
| المغنيسيوم (Mg) | تحسّن قابلية اللحام ومقاومة الانفعال | 5xxx، 6xxx |
| السيليكون (Si) | تزيد السيولة اللازمة لعمليات البثق | 4xxx، 6xxx |
| الزنك (Zn) | ترفع حد المقاومة الشدّية القصوى | 7xxx (على سبيل المثال: 7075) |
يتم إضافة المنغنيز والكروم بكميات أقل (<1%) لتحسين بنية الحبيبات أو تحسين مقاومة التآكل الناتج عن الإجهاد.
تخلق التفاعلات بين العناصر تأثيرات تآزرية. على سبيل المثال:
كل سلسلة تمثل توازناً مقصوداً بين القابلية للتشغيل، والمقاومة البيئية، وقدرة تحمل الأحمال.
تختلف مقاومة الشد للملفات المصنوعة من سبائك الألومنيوم بشكل ملحوظ حسب درجة النقاء. خذ على سبيل المثال سبيكة 7075-T6، التي تتميز بمدى مثير للإعجاب يتراوح بين 540 و570 ميغاباسكال. هذا يجعلها أقوى بنسبة تصل إلى 50% تقريبًا مقارنة بسبائك 6061-T6 التي تتراوح مقاومتها بين 240 و310 ميغاباسكال، وأكثر متانة بما يقرب من مرتين مقارنة بدرجة 6063-T5 التي تبلغ حوالي 175 إلى 215 ميغاباسكال. تلعب هذه الاختلافات في القوة دورًا كبيرًا عند اختيار المواد المناسبة للمهام المحددة. تعتمد صناعة الطائرات بشكل كبير على سبيكة 7075 في تصنيع أجزاء الأجنحة الحرجة نظرًا لقوتها المتفوقة. في المقابل، يميل مصنعو القوارب إلى استخدام سبيكة 6061 في إطارات السفن حيث تكون مقاومة التآكل مهمة بنفس قدر أهمية القوة. ويفضل المعماريون عادةً سبيكة 6063 في عناصر مثل إطارات النوافذ والمكونات الإنشائية الأخرى التي لا تحتاج إلى تحمل أحمال ثقيلة. كما تلعب طريقة معالجة هذه السبائك بعد التصنيع دورًا كبيرًا أيضًا. فعندما تخضع سبيكة 6061 للشيخوخ الاصطناعي بدلًا من الشيخوخ الطبيعي، تزداد قوتها عند الخضوع بنسبة تقارب 30%، مما يفسر سبب قيام العديد من الشركات المصنعة بهذه الخطوة الإضافية رغم التكلفة الزائدة.
يعتمد مقاومة الألومنيوم لل corrosion بشكل كبير على المعادن الأخرى المُضافَة إليه. خذ على سبيل المثال سلسلة 6xxx مثل سبائك 6061 و6063، فهذه السبائك تشكّل سيليسيت المغنيسيوم الذي يمنحها حماية كبيرة ضد التآكل الجوي. ولذلك نرى استخدامها بشكل واسع في المباني القريبة من السواحل حيث يمكن أن تؤدي المياه المالحة إلى تآكل المواد الأخرى. من ناحية أخرى، يحتوي ألومنيوم 7075 على كمية كبيرة من الزنك، ولذلك يحتاج إلى حماية إضافية عند التعرض للبيئات المالحة، مثل طلاءات أو أصباغ. أما من ناحية التوصيل الحراري، فإن الأمور تعمل تقريبًا عكسية. سبيكة 6061 تُوصّل الحرارة بشكل جيد بحوالي 167 واط لكل متر كلفن، مما يجعلها خيارًا جيدًا لأشياء مثل مُشتتات الحرارة في الحواسيب. لكن 7075 أقل فعالية بحوالي 130 واط/متر كلفن. إذا أراد أحدهم التوصيل الأقصى، فإن الألومنيوم النقي من السلسلة 1xxx يصل إلى 220 واط/متر كلفن، لكن بصراحة، لا أحد يكاد يستخدم هذا النوع كثيرًا لأن مقاومته الميكانيكية ضعيفة تحت الإجهاد.
أصبحت نسبة الوزن إلى القوة عاملاً أساسياً في تصميمات الهندسة الحديثة، وهنا تتفوق سبائك الألومنيوم حقاً على الصلب، حيث تقدم أداءً يزيد بنسبة تتراوح بين 200 إلى 300 بالمئة. أظهرت أبحاث حديثة من عام 2023 كيف أن درجات معينة مثل الألومنيوم 7075 تصل إلى نحو 175 ميغاباسكال لكل غرام لكل سنتيمتر مكعب، بينما يحقق الفولاذ المقاوم للصدأ حوالي 62 ميغاباسكال في القياس نفسه. لا عجب إذن أن الشركات المصنعة للطائرات تتجه مؤخراً إلى استبدال المثبتات الفولاذية بأجزاء من الألومنيوم عالي الأداء. هذا الاستبدال يقلل عادةً الوزن الإجمالي بنسبة تصل إلى 40 بالمئة مع القدرة على تحمل نفس درجة القص. حتى في التطبيقات الخاصة بالسيارات، نرى أن هذا الاتجاه مستمر، حيث يتجه العديد من المصنعين إلى استخدام سبيكة الألومنيوم 6061 المزورة في تصنيع مكابح القرص. يساعد هذا التغيير في تقليل ما يسميه المهندسون بـ "الكتلة غير المعلقة" بنسبة تصل إلى 35 بالمئة مقارنةً بالبدائل التقليدية المصنوعة من الحديد الزهر، مما يسهم بشكل ملموس في تحسين التحكم بالمركبة وكفاءة استهلاك الوقود.
| سبيكة | قوة الشد (ميغاباسكال) | إجهاد الخضوع (ميغاباسكال) | التمدد (%) | الconductivity الحراري (W/m·k) |
|---|---|---|---|---|
| 6061-T6 | 240—310 | 145—275 | 7—15 | 167 |
| 6063-T5 | 175—215 | 110—190 | 6—12 | 201 |
| 7075-T6 | 540—570 | 470—505 | 2—10 | 130 |
توضح هذه الجدول المفاضلات الرئيسية: زيادة القوة ترتبط بانخفاض القابلية للتشكل وانخفاض الأداء الحراري. يختار المهندسون السبائك بناءً على الأولوية - 7075 للتحمل الأقصى للأحمال، و6063 لإدارة الحرارة، و6061 للخصائص المتوازنة.
بفضل تقنيات البثق المتطورة، يُمكن اليوم لمقاطع سبائك الألومنيوم إنشاء أشكال معقدة للغاية. لا يزال معظم المصنّعين يعتمدون على طرق البثق الساخن، حيث يُسخّنون كتل الألومنيوم هذه ويُمرّرونها عبر قوالب مُصمّمة خصيصًا عند درجة حرارة تُقارب 450 درجة مئوية. تُعدّ هذه العملية مثالية لصنع جميع أنواع الهياكل المُعقّدة، بما في ذلك المقاطع المجوفة، وتصميمات الغرف المتعددة، والجدران فائقة الرقة اللازمة لأشياء مثل الألواح الشمسية وعلب بطاريات السيارات الكهربائية. ووفقًا للبيانات الحديثة من تقرير تطبيقات الألومنيوم في السيارات لعام 2024، فقد أصبحت أحدث التحسينات في تقنية القوالب مُذهلة للغاية. نحن نتحدث عن تحقيق تحمّلات دقيقة تصل إلى 0.1 مليمتر (زائد أو ناقص) على الأجزاء التي تحتاج إلى تحمّل ضغط شديد في السيارات هذه الأيام.
يقوم المهندسون المختصون بالمواد بتحسين سبائك الألومنيوم من خلال تعديل نسب المغنيسيوم (0.5—1.5%)، والسليكون (0.2—0.8%)، والزنك (4—6%) وفقًا للاحتياجات الأداء. تستخدم الم profiles المعمارية سبيكة 6063-T6 المقاومة للتآكل، بينما تتطلب التطبيقات الجوية سبيكة 7075-T651 عالية القوة مع مقاومة شد تبلغ 540 MPa. يمكن أن تقلل التعديلات الاستراتيجية في تركيب السبيكة من هدر المواد بنسبة 18—22% مقارنةً بالطرق العامة (الرابطة الدولية للألمنيوم 2023).
تُحسّن المعالجات اللاحقة للبثق من أداء الم profiles بشكل ملحوظ:
عند دمج هذه العمليات مع التشغيل باستخدام ماكينات CNC، فإنها تساعد الم profiles الألومنيومية على الامتثال لمعايير ISO 9001:2015 مع الحفاظ على قابلية إعادة التدوير التي تزيد عن 95% عبر مختلف القطاعات.
تتميز الم profiles المصنوعة من سبائك الألومنيوم بأدائها الهيكلي في المباني الحديثة، وذلك بفضل مقاومتها العالية للتآكل وقدرتها على توفير قوة كبيرة دون الوزن الإضافي. وقد بدأ العديد من المهندسين المعماريين في دمج هذه الم profiles في مشاريعهم، سواء في الجدران الستارية أو حلول التظليل الشمسي أو حتى في أنظمة الإطارات الوحدية. ويعجبهم مدى مرونتها في الاستخدامات التصميمية، فضلاً عن أنها تتطلب صيانة قليلة جداً على مر الزمن. وقد ساهمت هذه المزايا مجتمعة في دفع الطلب عليها بشكل ملحوظ. وبحسب تقرير تعداد العمارة العالمي، فقد سجل سوق الألومنيوم في قطاع البناء نمواً بلغ حوالي 22% منذ عام 2022. ومن الناحية البيئية، تكمن الجاذبية الخاصة لهذه الم profiles في مساهمتها في تحسين الكفاءة الطاقية. إذ يمكنها، عند استخدامها في أنظمة النوافذ ذات الفصل الحراري، خفض الأحمال على أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) بنسبة تتراوح بين 15% و30% مقارنةً بالمواد التقليدية المستخدمة في البناء.
استخدام سبائك الألومنيوم الخفيفة يجعل وسائل النقل أكثر كفاءة بكثير. وفقًا لبحث نشرته الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (SAE) السنة الماضية، عندما تقلل المركبات من وزنها بنسبة 10% تقريبًا، تنخفض استهلاك الوقود بنسبة تتراوح بين 6 إلى 8 بالمئة. غالبًا ما يلجأ مصنعو السيارات إلى سبائك السلسلة 6000 عند تصنيع أجزاء مثل أنظمة إدارة الاصطدام وصناديق بطاريات السيارات الكهربائية. في الوقت نفسه، يفضل قطاع الطيران مواد أقوى مثل الألومنيوم من الدرجة 7075 للمكونات الهيكلية الحيوية مثل أجنحة الطائرات وهياكل عجلات الهبوط. كما كان لهذه reductions في الوزن تأثير حقيقي أيضًا - فطائرات إيرباص A350 الجديدة تُنتج انبعاثات أقل بنسبة 25% لكل ميل لكل راكب مقارنة بالطائرات الأقدم. ومع تشديد اللوائح البيئية عبر الصناعات، نحن نشهد زيادة في عدد الشركات التي تتبنى أجزاء من الألومنيوم المُجوف في تصميماتها الهيكلية لأنها تساعد في تقليل البصمة الكربونية مع الحفاظ على السلامة الكافية للاستخدام اليومي.
في الوقت الحالي، تعتمد معظم أنظمة الطاقة المتجددة على مقاطع الألومنيوم المُنتفَخَة (Extruded Aluminum Profiles) نظرًا لمقاومتها العالية للظروف البيئية القاسية. فعلى سبيل المثال، تستخدم الشفرات في توربينات الرياح أغطية حافة من الألومنيوم (Spar Caps) تقلل الوزن دون التأثير على المتانة. وبحسب بحث نشرته NREL في العام الماضي، فإن هذا التصميم يزيد من إنتاج الطاقة بنسبة 8%. أما في مزارع الطاقة الشمسية، يفضل المهندسون الأنظمة الداعمة المصنوعة من سبائك 6063-T5، نظرًا لمقاومتها للتآكل الناتج عن مياه البحر وكذلك الأشعة فوق البنفسجية الضارة على المدى الطويل. وبالنظر إلى التطورات الحديثة في مجال طاقة المحيطات، نجد أن منصات الطاقة المدّية تعتمد بشكل كبير على ألومنيوم مخصص للاستخدام البحري في تصنيع غرف الطفو وحتى الهياكل الداعمة. وتشير التقارير الصناعية إلى أن الطلب على مكونات الألومنيوم في جميع أنواع البنية التحتية الخضراء قد يشهد نموًا ملحوظًا بمعدل 18% سنويًا حتى عام 2030، مع استمرار الشركات في الاستثمار في الحلول المستدامة.
ما يجعل الألومنيوم مستدامًا إلى هذه الدرجة هو سهولة إعادة تدويره مرارًا وتكرارًا. فعندنا نذيب الألومنيوم القديم، نحتاج فقط إلى نحو 5% من الطاقة اللازمة لإنتاج ألومنيوم جديد من الصفر. هل هذا لا يثير الإعجاب؟ حوالي ثلاثة أرباع الألومنيوم المنتج عبر التاريخ لا يزال قيد الاستخدام في مكانٍ ما اليوم، مما يخلق دائرةً شبه مغلقة للمواد. كما كشفت دراسات تبحث في دورة حياة منتجات الألومنيوم بالكامل عن أمرٍ مذهل أيضًا. فالألومنيوم المعاد تدويره يُنتج نحو 95% أقل من غاز ثاني أكسيد الكربون مقارنةً بإنتاجه من خام البوكسيت وفقًا للتقارير الصناعية لعام 2023. حتى عندما تُهدم المباني أو تصل السيارات إلى نهاية عمرها الافتراضي، تظل مكونات الألومنيوم تحافظ على قيمتها. نحن نتحدث هنا عن نحو 50 مليون طن تُحفظ بعيدًا عن مكبات النفايات كل عام. ومع هذا النوع من الإمكانات لإعادة الاستخدام، يلعب الألومنيوم دورًا كبيرًا في مساعدة الشركات المصنعة على تحقيق تلك الأهداف الصعبة المتعلقة بالصفر الكربوني التي وضعتها في الآونة الأخيرة.
تشمل الم profiles سبائك الألومنيوم بشكل شائع عناصر مثل النحاس والمغنيسيوم والسليكون والزنك، حيث تضيف كل عنصر خصائص مختلفة مثل القوة والقابلية للحام ومقاومة التآكل.
تعد نسبة الوزن إلى القوة مهمة لأنها تسمح لسبائك الألومنيوم بتقديم تحسينات كبيرة في الأداء مقارنة بمواد أخرى مثل الصلب، مما يؤدي إلى تقليل الوزن في التطبيقات الهندسية دون التأثير على القوة.
تعد إعادة تدوير الألومنيوم مستدامة إلى حد كبير لأنها تتطلب حوالي 5٪ فقط من الطاقة مقارنة بإنتاج الألومنيوم الجديد من الخام، مما يقلل بشكل كبير من انبعاثات الكربون ويحافظ على الموارد.
تستفيد تطبيقات مثل الفضاء والسيارات والبناء وأنظمة الطاقة المتجددة من الم profiles سبائك الألومنيوم نظرًا لخصائصها من القوة ومقاومة التآكل والوزن الخفيف.
مزود حلول شاملة يجمع بين البحث والتطوير والإنتاج والمبيعات وإدارة سلسلة التوريد.
