EN
อัลลอยอลูมิเนียมโปรไฟล์มีรูปร่างหลากหลายที่ถูกอัดรีดหรือขึ้นรูปผ่านกระบวนการต่างๆ โดยมีการผสมอลูมิเนียมเข้ากับธาตุอื่นๆ เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกายภาพ องค์ประกอบที่ใช้ในการผลิตอัลลอยเหล่านี้มีความสำคัญอย่างมากต่อการนำไปใช้งาน ไม่ว่าจะเป็นชิ้นส่วนโครงสร้างของเครื่องบินไปจนถึงกรอบหน้าต่างในบ้านเรือน งานวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าเมื่อผู้ผลิตเติมโลหะบางชนิด เช่น ทองแดง แมกนีเซียม หรือซิลิคอน ในสัดส่วน 1 ถึง 5 เปอร์เซ็นต์ลงในส่วนผสม จะเกิดปรากฏการณ์ที่น่าสนใจ โดยความแข็งแรงดึงจะเพิ่มขึ้นระหว่าง 200 ถึง 400 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับอลูมิเนียมทั่วไป การปรับแต่งในลักษณะนี้ช่วยให้นักออกแบบสามารถปรับปรุงคุณสมบัติของโปรไฟล์ให้ทนต่อแรงกดดันได้ดีขึ้น ต้านทานสนิมได้นานขึ้น และยังคงไว้ซึ่งความสะดวกในการใช้งานในระหว่างกระบวนการผลิต
ธาตุโลหะผสมหลักมีบทบาทที่แตกต่างกัน:
| ธาตุ | ฟังก์ชันหลัก | ซีรีส์โลหะผสมทั่วไป |
|---|---|---|
| ทองแดง (Cu) | เพิ่มความแข็งแรงด้วยการชราด้วยการตกตะกอน | 2xxx (เช่น 2024) |
| แมกนีเซียม (Mg) | ปรับปรุงความสามารถในการเชื่อมและแรงต้านทานแรงดัด | 5xxx, 6xxx |
| ซิลิกอน (Si) | เพิ่มความสามารถในการไหลสำหรับกระบวนการอัดรีด | 4xxx, 6xxx |
| สินค้า: | เพิ่มขีดสุดของความต้านทานแรงดึง | 7xxx (เช่น 7075) |
แมงกานีสและโครเมียมมักถูกเติมในปริมาณที่น้อยกว่า (<1%) เพื่อปรับปรุงโครงสร้างเกรนหรือเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนจากแรงดัน
ปฏิสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบต่างๆ สร้างผลแบบเสริมฤทธิ์ เช่น:
แต่ละเกรดแสดงถึงการปรับสมดุลโดยเจตนา ระหว่างความสามารถในการแปรรูป ความทนทานต่อสภาพแวดล้อม และการรับน้ำหนัก
โปรไฟล์อลูมิเนียมอัลลอยด์มีค่าความแข็งแรงดึงแตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับเกรดของมัน ตัวอย่างเช่น 7075-T6 มีช่วงความแข็งแรงอยู่ที่ 540 ถึง 570 MPa ซึ่งสูงกว่าอัลลอยด์ 6061-T6 ที่มีค่าระหว่าง 240 ถึง 310 MPa ประมาณครึ่งหนึ่ง และเกือบจะแข็งแรงเป็นสองเท่าของเกรด 6063-T5 ที่มีค่าประมาณ 175 ถึง 215 MPa ความแตกต่างของความแข็งแรงเหล่านี้มีความสำคัญมากเมื่อเลือกวัสดุสำหรับงานเฉพาะทาง อุตสาหกรรมการบินและอวกาศพึ่งพา 7075 อย่างมากสำหรับชิ้นส่วนปีกที่สำคัญเนื่องจากความแข็งแรงที่เหนือกว่า ในขณะที่ผู้สร้างเรือมักเลือกใช้ 6061 สำหรับโครงเรือซึ่งความต้านทานการกัดกร่อนมีความสำคัญเท่าเทียมกับความแข็งแรง สถาปนิกมักชอบใช้ 6063 สำหรับสิ่งต่าง ๆ เช่น กรอบหน้าต่างและองค์ประกอบโครงสร้างอื่น ๆ ที่ไม่จำเป็นต้องรับน้ำหนักมาก วิธีการที่อัลลอยด์เหล่านี้ถูกนำไปใช้หลังการผลิตก็มีความแตกต่างที่สำคัญเช่นกัน เมื่อ 6061 ผ่านกระบวนการชราภาพเทียมแทนที่จะปล่อยให้เกิดการชราภาพตามธรรมชาติ ค่าความแข็งแรงครากจะเพิ่มขึ้นประมาณ 30% ซึ่งอธิบายว่าทำไมผู้ผลิตหลายรายจึงยอมลงทุนขั้นตอนเพิ่มเติมแม้ว่าจะมีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น
ความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนของอลูมิเนียมนั้นขึ้นอยู่กับโลหะอื่น ๆ ที่ถูกผสมเข้าไปด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ซีรีส์ 6xxx เช่น 6061 และ 6063 — โลหะผสมเหล่านี้จะสร้างแมกนีเซียมซิลไลด์ (magnesium silicide) ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการปกป้องจากสนิมจากสภาพอากาศได้ดีเยี่ยม นั่นจึงเป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงมักเห็นการนำวัสดุเหล่านี้ไปใช้ในอาคารใกล้ชายฝั่งทะเล ซึ่งสภาพอากาศที่มีเกลือจะกัดกร่อนวัสดุอื่น ๆ ได้อย่างรวดเร็ว ในทางกลับกัน อลูมิเนียมชนิด 7075 มีส่วนผสมของสังกะสีเป็นจำนวนมาก ดังนั้นเมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำเค็ม มันจำเป็นต้องได้รับการปกป้องเพิ่มเติมผ่านการเคลือบหรือการทาสีเพื่อป้องกันการกัดกร่อน เมื่อพิจารณาถึงการนำความร้อน สถานการณ์จะตรงกันข้ามกันเกือบทั้งหมด อลูมิเนียมเกรด 6061 มีการนำความร้อนค่อนข้างดีที่ประมาณ 167 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน ซึ่งทำให้มันเหมาะสำหรับการใช้งาน เช่น ฮีทซิงค์ของคอมพิวเตอร์ แต่สำหรับอลูมิเนียม 7075 นั้นมีประสิทธิภาพการนำความร้อนต่ำกว่าที่ประมาณ 130 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน หากใครต้องการการนำความร้อนสูงสุด อลูมิเนียมบริสุทธิ์จากซีรีส์ 1xxx สามารถให้ค่าได้ถึง 220 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน แต่ในทางปฏิบัติ แทบไม่มีใครใช้วัสดุนี้เลย เนื่องจากมันไม่สามารถทนต่อแรงดันหรือความเครียดทางกลได้ดีพอ
อัตราส่วนน้ำหนักต่อความแข็งแรงกลายเป็นปัจจัยสำคัญในการออกแบบเชิงวิศวกรรมสมัยใหม่ และในจุดนี้ อลูมิเนียมอัลลอยด์มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเหล็กกล้าอย่างชัดเจน โดยมักให้การปรับปรุงประสิทธิภาพดีขึ้นประมาณ 200 ถึง 300 เปอร์เซ็นต์ งานวิจัยล่าสุดในปี 2023 แสดงให้เห็นว่าอลูมิเนียมเกรด 7075 มีค่าประมาณ 175 เมกะปาสกาลต่อกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ในขณะที่เหล็กกล้าไร้สนิมให้ค่าเพียงประมาณ 62 เมกะปาสกาลในหน่วยเดียวกัน ไม่แปลกใจเลยที่บริษัทอุตสาหกรรมการบินและอวกาศหลายแห่งกำลังเปลี่ยนจากสลักเกลียวเหล็กกล้าไปใช้ชิ้นส่วนอลูมิเนียมประสิทธิภาพสูงแทนในช่วงนี้ การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวมักช่วยลดน้ำหนักโดยรวมได้ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ ขณะเดียวกันยังคงสามารถรับแรงเฉือนได้ดี แม้แต่ในอุตสาหกรรมยานยนต์ เทรนด์นี้ก็ยังคงดำเนินต่อไป โดยผู้ผลิตจำนวนมากหันมาใช้อลูมิเนียม 6061 แบบปั้มสำหรับเบรกคาลิเปอร์ การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยลดสิ่งที่วิศวกรเรียกว่ามวลที่ไม่ได้รับการรองรับ (unsprung mass) ลงได้ประมาณ 35 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับทางเลือกแบบเดิมที่ทำจากเหล็กหล่อ ซึ่งส่งผลอย่างชัดเจนต่อการควบคุมรถและความประหยัดเชื้อเพลิง
| โลหะผสม | ความต้านทานแรงดึง (MPa) | ความแข็งแรงของความแรง (MPa) | การยืดตัว (%) | ความสามารถในการนำความร้อน (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 |
ตารางนี้แสดงถึงข้อแลกเปลี่ยนที่สำคัญ: ความแข็งแรงที่สูงขึ้นสัมพันธ์กับความเหนียวที่ลดลงและสมบัติการทนความร้อนที่ต่ำลง วิศวกรจะเลือกใช้อัลลอยตามลำดับความสำคัญ—7075 สำหรับความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุด, 6063 สำหรับการจัดการความร้อน และ 6061 สำหรับคุณสมบัติที่สมดุล
ในปัจจุบัน โปรไฟล์อลูมิเนียมอัลลอยสามารถสร้างรูปร่างที่ซับซ้อนได้มากขึ้นเรื่อย ๆ ด้วยเทคนิคการอัดรูปขั้นสูงเหล่านี้ ผู้ผลิตส่วนใหญ่ยังคงใช้วิธีการอัดรูปแบบร้อน โดยการอุ่นแท่งอลูมิเนียมให้ร้อนและกดผ่านแม่พิมพ์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษที่อุณหภูมิประมาณ 450 องศาเซลเซียส กระบวนการนี้เหมาะสำหรับการผลิตโครงสร้างที่หลากหลายและซับซ้อน รวมถึงส่วนที่เป็นโพรง ดีไซน์ที่มีหลายช่อง และผนังบางเป็นพิเศษที่จำเป็นสำหรับใช้ในแผงโซลาร์เซลล์และตัวเครื่องแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ตามข้อมูลล่าสุดจาก Automotive Aluminum Applications Report 2024 ระบุว่าความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีแม่พิมพ์ก็พัฒนาไปได้ไกลมากเช่นกัน โดยสามารถควบคุมความแม่นยำได้ละเอียดถึงระดับ ±0.1 มิลลิเมตร สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องรับแรงดันใช้งานที่สูงมากในรถยนต์ยุคปัจจุบัน
วิศวกรด้านวัสดุปรับปรุงคุณสมบัติของโลหะผสมอลูมิเนียมโดยการปรับสัดส่วนของแมกนีเซียม (0.5—1.5%) ซิลิคอน (0.2—0.8%) และสังกะสี (4—6%) ตามความต้องการในการใช้งาน สำหรับโปรไฟล์ทางสถาปัตยกรรมจะใช้ 6063-T6 ซึ่งมีความต้านทานการกัดกร่อน ในขณะที่การใช้งานด้านการบินและอวกาศต้องการ 7075-T651 ที่มีความแข็งแรงดึง 540 MPa การปรับแต่งโลหะผสมอย่างมีกลยุทธ์ช่วยลดขยะวัสดุลง 18—22% เมื่อเทียบกับวิธีการทั่วไป (International Aluminum Institute 2023)
กระบวนการหลังการอัดรีดช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของโปรไฟล์อย่างมาก:
เมื่อรวมกระบวนการเหล่านี้กับการกลึง CNC จะช่วยให้โปรไฟล์อลูมิเนียมเป็นไปตามมาตรฐาน ISO 9001:2015 พร้อมทั้งรักษาร้อยละการนำกลับมาใช้ใหม่ได้มากกว่า 95% สำหรับทุกอุตสาหกรรม
ในปัจจุบัน โปรไฟล์อลูมิเนียมอัลลอยด์มีความโดดเด่นอย่างมากในด้านประสิทธิภาพโครงสร้างของอาคาร เนื่องจากมีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม และให้ความแข็งแรงสูงโดยไม่มีน้ำหนักเพิ่มมากเกินจำเป็น สถาปนิกหลายคนเริ่มนำโปรไฟล์เหล่านี้มาใช้ในโครงการของตน เช่น สำหรับงานผนังม่าน (Curtain Walls) ระบบบังแดดจากแสงอาทิตย์ และระบบโครงกรอบแบบโมดูลาร์ (Modular Framing Systems) พวกเขาชื่นชอบความยืดหยุ่นของวัสดุเหล่านี้ในการออกแบบ รวมถึงการที่วัสดุแทบจะดูแลรักษาตัวเองได้ในระยะยาว ความได้เปรียบทั้งหมดนี้จึงนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความต้องการในตลาดอย่างชัดเจน โดยรายงานจาก World Architecture Census ระบุว่า ตลาดอลูมิเนียมในอุตสาหกรรมก่อสร้างทั่วโลกเติบโตขึ้นประมาณ 22% นับตั้งแต่ปี 2022 สิ่งที่ทำให้โปรไฟล์เหล่านี้น่าสนใจยิ่งขึ้นไปอีกในแง่ของความยั่งยืน คือ การช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน เมื่อใช้ในระบบหน้าต่างที่ถูกตัดความร้อน (Thermally Broken Window Systems) สามารถลดภาระของระบบปรับอากาศ (HVAC) ได้ระหว่าง 15% ถึง 30% เมื่อเทียบกับวัสดุก่อสร้างแบบดั้งเดิม
การใช้อัลลอยอลูมิเนียมที่มีน้ำหนักเบาทำให้การขนส่งมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น เมื่อรถยนต์มีน้ำหนักลดลงประมาณ 10% การบริโภคเชื้อเพลิงจะลดลงระหว่าง 6 ถึง 8 เปอร์เซ็นต์ ตามการวิจัยจาก SAE เมื่อปีที่แล้ว ผู้ผลิตรถยนต์มักหันมาใช้อัลลอยในกลุ่มซีรีส์ 6000 สำหรับการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ เช่น ระบบจัดการการชน และตัวเครื่องแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ขณะที่อุตสาหกรรมการบินนิยมใช้วัสดุที่มีความแข็งแรงสูงกว่า เช่น อัลลอยอลูมิเนียมเกรด 7075 สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างสำคัญอย่างปีกเครื่องบินและโครงสร้างชุดลงจอด (landing gear) นอกจากนี้ การลดน้ำหนักยังมีผลกระทบเชิงบวกที่ชัดเจนอีกด้วย เครื่องบิน Airbus A350 รุ่นใหม่ๆ ปล่อยก๊าซมลพิษต่อไมล์ต่อผู้โดยสารประมาณ 25% เมื่อเทียบกับเครื่องบินรุ่นเก่า เมื่อข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมมีความเข้มงวดมากขึ้นในหลายอุตสาหกรรม เราจึงเห็นบริษัทต่างๆ เพิ่มการใช้ชิ้นส่วนอลูมิเนียมที่ผ่านกระบวนการอัดรีด (extruded aluminum) ในการออกแบบโครงรถ (chassis) เพราะสามารถลดปริมาณคาร์บอนฟุตพรินต์ได้ พร้อมทั้งยังคงความปลอดภัยสำหรับการใช้งานประจำวันไว้ได้
ปัจจุบัน ระบบพลังงานหมุนเวียนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับโปรไฟล์อลูมิเนียมแบบอัดรีด เนื่องจากมีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายได้ดีเยี่ยม ตัวอย่างเช่น กังหันลม ใบพัดของกังหันลมมักใช้ฝาครอบแกนจากอลูมิเนียม ซึ่งช่วยลดน้ำหนักโดยไม่ลดทอนความแข็งแรง ตามรายงานวิจัยจาก NREL ที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้ว ระบุว่าการออกแบบเช่นนี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงานได้จริงราว 8% ในส่วนของฟาร์มโซลาร์เซลล์ วิศวกรมักเลือกระบบติดตั้งที่ผลิตจากแร็คอลูมิเนียมอัลลอย 6063-T5 เนื่องจากวัสดุชนิดนี้ทนต่อความเสียหายจากน้ำเค็มและรังสีอัลตราไวโอเลตในระยะยาว หากพิจารณาถึงความก้าวหน้าล่าสุดในด้านพลังงานมหาสมุทร เราก็จะเห็นแนวโน้มที่คล้ายกัน โดยแพลตฟอร์มผลิตพลังงานจากกระแสน้ำจะใช้อลูมิเนียมเกรดพิเศษสำหรับงานทางทะเลเป็นหลัก ไม่ว่าจะเป็นในส่วนของห้องลอยตัวหรือโครงสร้างรับน้ำหนัก รายงานจากอุตสาหกรรมชี้ว่า ความต้องการชิ้นส่วนอลูมิเนียมสำหรับโครงสร้างพื้นฐานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมทุกประเภท อาจเติบโตในอัตราเฉลี่ยปีละเกือบ 18% จนถึงปี 2030 เนื่องจากบริษัทต่างๆ ยังคงลงทุนต่อเนื่องในการแก้ปัญหาที่ยั่งยืน
สิ่งที่ทำให้อลูมิเนียมยั่งยืนคือการที่มันถูกรีไซเคิลซ้ำแล้วซ้ำเล่าได้ง่ายเพียงใด เมื่อเราหลอมอลูมิเนียมเก่า มันใช้พลังงานเพียงประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นเมื่อเทียบกับการผลิตของใหม่จากวัตถุดิบตั้งต้น น่าประทับใจใช่ไหมล่ะ ปัจจุบันอลูมิเนียมประมาณสามในสี่ส่วนที่เคยถูกผลิตขึ้นตลอดประวัติศาสตร์ยังคงถูกนำไปใช้ประโยชน์อยู่ที่ไหนสักแห่ง ทำให้เกิดวงจรการใช้วัสดุที่เกือบจะสมบูรณ์แบบเลยทีเดียว นอกจากนี้ การศึกษาตลอดวงจรชีวิตของผลิตภัณฑ์อลูมิเนียมยังเผยข้อมูลที่น่าตกใจอีกด้วย รายงานอุตสาหกรรมปี 2023 ระบุว่า อลูมิเนียมที่นำกลับมาใช้ใหม่ช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากถึง 95 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับการผลิตจากแร่บ๊อกไซต์ นอกจากนี้แม้แต่อาคารที่ถูกทุบทำลายหรือรถยนต์ที่หมดอายุการใช้งานแล้ว ส่วนประกอบจากอลูมิเนียมยังคงมีมูลค่าของมันอยู่ กล่าวถึงปริมาณที่ช่วยลดขยะได้ราว 50 ล้านตันต่อปีเลยทีเดียว ด้วยศักยภาพในการนำกลับมาใช้ซ้ำได้ขนาดนี้ อลูมิเนียมจึงมีบทบาทสำคัญอย่างมากในการช่วยให้ผู้ผลิตบรรลุเป้าหมาย Net Zero ที่พวกเขาตั้งเป้าหมายไว้ในช่วงหลัง
อัลลอยด์อลูมิเนียมมักประกอบด้วยธาตุต่าง ๆ เช่น ทองแดง แมกนีเซียม ซิลิคอน และสังกะสี ซึ่งแต่ละชนิดมีคุณสมบัติเฉพาะตัว เช่น ความแข็งแรง การเชื่อมได้ดี และความต้านทานการกัดกร่อน
อัตราส่วนน้ำหนักต่อความแข็งแรงมีความสำคัญมาก เนื่องจากช่วยให้อัลลอยด์อลูมิเนียมสามารถให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่าวัสดุอื่น เช่น เหล็ก ทำให้ลดน้ำหนักในงานวิศวกรรมโดยไม่สูญเสียความแข็งแรง
การรีไซเคิลอลูมิเนียมถือเป็นกระบวนการที่ยั่งยืน เนื่องจากใช้พลังงานเพียงประมาณ 5% เมื่อเทียบกับการผลิตอลูมิเนียมใหม่จากแร่ ซึ่งช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนและอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติได้อย่างมีนัยสำคัญ
อุตสาหกรรมเช่น อวกาศ ยานยนต์ การก่อสร้าง และระบบพลังงานหมุนเวียน ได้รับประโยชน์จากโปรไฟล์อัลลอยด์อลูมิเนียม เนื่องจากมีความแข็งแรง ทนทานต่อการกัดกร่อน และมีน้ำหนักเบา
ผู้ให้บริการโซลูชันครบวงจรที่ผสานการวิจัยและพัฒนา การผลิต การขาย และการจัดการซัพพลายเชนเข้าไว้ด้วยกัน
