آلمینیوم و صنعت دریانوردی

آلمینیوم و صنعت دریانوردی : آلیاژهای جدید برای تولید قطعات اکستروژنی ، ریخته گری و نورد شده با مقاومت بهتر در برابر خوردگی

چندین دهه است که استفاده از آلمینیوم در کشتی ها و صنایع دریایی در حال افزایش است چرا که این فلز سبک می تواند نیاز طراحان، سازندگان و مصرف کنندگان را در این صنعت مانند سایر صنایع برطرف نماید. این فلز سبک، یکی از 4 ماده اصلی مورد استفاده در صنایع دریایی در کنار چوب، ،فولاد و مواد کامپوزیتی ( خانواده پلاستیک های تقویت شده با الیاف شیشه ) است. تا اواخر قرن نوزدهم چوب بین این 4 ماده نقش اساسی را ایفا می کرد و هم اکنون نیز در قایق های موتوری تک موتوره بیشترین کاربرد را دارد. اما به تدریج فولاد به دلیل مزایای بیشتر ، از جمله استحکام مقاومت مکانیکی ،هزینه، قابلیت دسترسی و راحتی ماشین کاری جای چوب رو گرفت . این در حالی است که فولاد محدودیت هایی مثل چگالی حجمی بالا و مقاومت معمولی در برابر خوردگی نیز دارد.

فواید استفاده از آلومینیوم در صنایع دریایی

هنگامی که نوبت به یافتن بهترین راه حل ها برای صنعت دریایی می رسد ، انتخاب ماده ای که در تمام شرایط محیطی به سختی بایستد ضروری است. سردی و رطوبت ، نمک حاصل از ساحل دریا مهمترین مشکلاتی هستند که بر روی مواد زیادی مانند فولاد ، مس و سایر مواد در محیط دریایی تأثیر می گذارند. اما چندین فلز دیگر هم این شرایط زیست محیطی را مهمان پسند می دانند 
به نظر می رسد که آلومینیوم کاملاً متفاوت از سایر فلزات  است زیرا به طور طبیعی در برابر خوردگی ودر برابر زنگ زدگی  مقاومت می کند و نتایج طولانی مدت و زیبایی را ارائه می دهد. این دلیل اصلی است که شما معمولاً اکستروژن و ساخت آلومینیوم را در بخشهای مختلف صنعت دریایی مشاهده می کنید.
علاوه بر مقاومت در برابر زنگ زدگی و خوردگی به طور طبیعی ، آلومینیوم دارای یک نسبت قدرت به وزن فوق العاده است که به معنی قوی بودن آن است. وزن آن یک سوم فولاد است بنابراین به نظر می رسد وزن محصولاتی که با استفاده از آلومینیوم به پایان رسیده اند بسیار سبک هستند. آلومینیوم نه تنها در ساخت تانکرها و کشتی های بزرگ ترجیح داده می شود ، بلکه در برش ، قایق های موتوری ، قایق های تفریحی و صنایع دستی زیر آب نیز مورد استفاده قرار می گیرد. قایق های ورزشی با مواد آلومینیومی از دلمه تا دکل ساخته می شوند که مزیت سرعت بالا را ارائه می دهند.

تاریخچه استفاده از آلومینیوم در صنایع دریایی و ساخت و ساز های آن

آلمینیوم به عنوان کاندیدای استفاده در صنایع دریایی در اواخر قرن 19 مطرح شد، زمانی که نفوذ این فلز در محصولات مصرفی دیگر آغاز شده بود . در این زمان بود که به دلیل سبکی ، استحکام مخصوص بالا ( نسبت استحکام وزن ) خواص ضد خوردگی عالی آن مورد توجه طراحان صنایع دریایی قرار گرفت . کامپوزیت های تقویت شده با فیبر، جدیدترین موادی هستند که در صنایع دریایی مطرح هستند اما علیرغم برتری های بسیاری که که نسبت به چوب دارند ،از هزینه های نگهداری پایین تا مقاومت خوب در برابر خوردگی ، مشکلات تکنیکی برای استفاده از این موارد ، زمانی که در طراحی نیاز به صلیب وجود دارد ، مانع گسترش آنها شده است . روشن است که عوامل زیادی برای برتری یافتن یک ماده نسبت به ماده دیگر مطرح است، اما دراین میان آلمینیوم و آلیاژهای تجاری آن ، توازن جالب توجهی بین مقاومت مکانیکی در برابر برخورد، سبکی، دوام و زیبایی و خواص کاربردی در کنار سادگی در ماشین کاری و نگهداری از خود نشان می دهد.

با نگاهی به تجربیات موجود در صد سال اخیر، این فلز اسرار آمیز به دلیل سبکی ، ظاهر مناسب و مقاومت در برابر خوردگی ،کنجگاوی بسیاری از محققین را برانگیخت. با توجه به این خواص ،این فلز جدید برای کاربران در حمل و نقل در دریا مطلوب به نظر می رسید . اگر چه این مساله پیشرفت بزرگی محسوب می شد، اما نفوذ اصلی این فلزدر بازار در سال 1940 اتفاق افتاد، زمانی که آلیاژهای AL-Mg تغییر فرم پلاستیک داده شده در اثر نورد که در کشتی سازی با نام تجاری پرالومان ( Peraluman ) شناخته می شوند، در کشتی های نظامی مورد استفاده قرار گرفت. امروزه آلیاژهای آلمینیوم همچنان در حال رشد هستند اما دیگر اسرار آمیز به نظر نمی رسند . آلیاژهایی که استفاده از آنها طی این سال ها در صنایع دریایی اثبات شده، آلیاژهایی سری 5000 ( Al-Mg) هستند. این آلیاژها خواص جوشکاری عالی از خود نشان می دهند و به خصوص در محیط های آبی ، مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند. این آلیاژها معمولاً در حالت نورد شده خود بهترین عملکرد را نشان می دهند.

قطعات اکستروژنی با کاربرد های دریایی

زمانی که از توسعه پی در پی استفاده از فلزی سبک در روی بنای کشتی های تجاری و تفریحی و استفاده گسترده از آن در تجهیزات اصلی و جانبی به خصوص محصولات نیم تمام شده اکستروژنی ، صحبت می کنیم، منظور آلیاژهای اکستروژنی سری6000( Al- Mg-Si ) است، چرا که این آلیاژها شکل پذیری حرارتی خوبی نشان می دهند ، تلفیق خواص خوبی دارند و می توانند در سیکل های حرارتی اقتصادی و ساده نیز عملیات حرارتی شوند.

ترکیب این آلیاژها بر مینای نسبت های مختلفی از عناصر آلیاژی اصلی ( منیزیم و سیلیسیم ) و اضافه کردن مقادیر اندکی مس ،منگنز و کروم شکل می گیرد. این دسته ها خواص مکانیکی خوبی دارند، کیفیت سطحی آنها بعد از تمام کاری عالی است، مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارند و جوشکاری آنها راحت است. نقشه ارائه شده در شکل 1 ترکیب شیمیایی چندی از آلیاژهای آلمینیومی معروف در زمینه اکستروژن مثل 6060 و 6063 را نشان میدهد، که پرکاربرد ترین آلیاژها در تولید درها و پنجره ها، تجهیزات ساختمان ها، تزئینات و حتی تولید فیکسچرها هستند. از طرفی آلیاژهای 6005 و 6082 با توجه به خواص مکانیکی خوبی گه از خود نشان می دهند اغلب در ساخت سازه ها و زیر سازه های اتومبیل و خودرو های ریلی به کار می روند.

قطعات اکستروژنی آلمینیومی می توانند اشکال بسیار پیچیده ای داشته باشند و به همین دلیل کاربرد آنها بسیار است. در گذشته برای ساخت قطعات پیچیده از نظر هندسی از چوب استفاده می شدکه قیمت بالایی داشت و همچنین معمولاً و دقت ابعادی مناسبی بدست نمی آمد.

آلیاژهای ریختگی در قطعات تولیدشده به روش ریخته گری خانواده های مختلفی از آلیاژهایی با خواص ریخته گری متفاوت ( مثل شکنندگی ،سیالیت)، خواص مکانیکی و خواص فنی متفاوت ( مثل قابلیت ماشین کاری، مقاومت در محیط های خورنده، قابلیت انجام عملیات سطحی، قابلیت جوشکاری) وجود دارند آن دسته از آلیاژهای ریختگی که در صنایع دریایی کاربرد دارند، معمولاً جزو خانواده های Al-Si و Al-Mg ( که عملیات حرارتی روی آن ها تاثیر ندارد) و خانواده Al-Si-Mg (قابلیت حرارتی دارد)می باشند. در جدول 5 معمول ترین آلیاژهای یختگی آلمینیوم نشان داده شده است.

با استفاده از میراث به جا مانده از دهه های گذشته ، تجربه در صنعت هوا-فضا و نیاز فوری در قطعاتی در صنعت خودرو سازی که سبک ترند به محیط زیست آسیب کمتر می رسانند، در چند سال گذشته فرهنگ جدیدی شکل گرفته است که اجازه نفوذ همه جانبه آلمینیوم را در صنعت حمل و نقل صادر می کند و همین مساله موجب شد جای این فلز در عرصه دریا نوردی روز به روز مستحکم تر می گردد.