โลหะผสมอลูมิเนียมในการออกแบบเครื่องจักรเฉพาะทาง – วัสดุหลัก คุณสมบัติ และการประยุกต์ใช้งาน

ข้อได้เปรียบหลักของอัลลอยด์อลูมิเนียมในการออกแบบเครื่องจักรแบบเฉพาะทาง

• น้ําหนักเบาและแข็งแรงสูง : ด้วยความหนาแน่นประมาณ 2.7 กรัม/ซม.³ อลูมิเนียมมีความหนาแน่นเพียงหนึ่งในสามของเหล็ก อย่างไรก็ตาม ผ่านการผสมโลหะและกระบวนการอบความร้อน ความแข็งแรงของอลูมิเนียมสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมาก ทำให้สามารถพัฒนาอุปกรณ์ที่มีน้ำหนักเบาโดยไม่ลดทอนความแข็งแรงของโครงสร้าง
• ป้องกันสนิมได้อย่างยอดเยี่ยม : ฟิล์มออกไซด์ที่หนาแน่นจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติบนพื้นผิวของโลหะผสมอลูมิเนียม ซึ่งให้การป้องกันโดยธรรมชาติต่อการเกิดออกซิเดชัน กรด และด่าง คุณสมบัตินี้ทำให้วัสดุดังกล่าวเหมาะสมต่อการใช้งานในสภาวะแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ความชื้นและการสัมผัสสารเคมี
• ความสามารถในการประมวลผลที่ยอดเยี่ยม : โลหะผสมอลูมิเนียมมีความเหนียวและยืดหยุ่นสูง สามารถนำไปแปรรูปได้ด้วยกระบวนการต่างๆ เช่น การหล่อ การอัดรีด การกลิ้ง การเชื่อม และการกลึง ความยืดหยุ่นนี้ช่วยให้สามารถสร้างรูปร่างและโครงสร้างที่ซับซ้อนได้ เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการออกแบบเครื่องจักรแบบเฉพาะตัว
• การนำความร้อนและไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ : มีความสามารถในการนำความร้อนเป็นอันดับสองรองจากทองแดง อัลลอยอลูมิเนียมจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตชิ้นส่วนระบายความร้อน เช่น เครื่องกระจายความร้อนและฮีทซิงก์ ความสามารถในการนำไฟฟ้าที่ดีของวัสดุนี้ยังทำให้มันเหมาะสมกับชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
• ตัวเลือกการบำบัดผิวหลากหลายรูปแบบ : อัลลอยอลูมิเนียมสามารถผ่านกระบวนการออกซิเดชันแบบอโนไดซ์ อิเล็กโทรโฟรีซิส การเคลือบผง การพ่นทราย และการออกซิเดชันแข็ง กระบวนการเหล่านี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการสึกหรอและความต้านทานต่อการกัดกร่อน แต่ยังช่วยเสริมความสวยงามของผลิตภัณฑ์

เกรดอัลลอยอลูมิเนียมทั่วไปและการประยุกต์ใช้งานในงานออกแบบเครื่องจักรตามสั่ง

1. อัลลอยอลูมิเนียมเกรด 5052 – ผู้นำด้านความต้านทานการกัดกร่อน

• คุณสมบัติหลัก : ในฐานะที่เป็นโลหะผสมตระกูล Al-Mg อลูมิเนียมเกรด 5052 เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนชั้นเยี่ยม มีความต้านทานการกัดกร่อนจากน้ำทะเลได้ดีเยี่ยม ความต้านทานต่อการแตกหักจากการใช้งานซ้ำ (fatigue strength) สูง และสามารถขึ้นรูปได้ดีมาก ทำให้ดัด ตอก หรือเชื่อมได้ง่าย
• การบำบัดผิวแบบทั่วไป : การออกซิเดชัน (เพื่อเพิ่มความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อน), การชุบนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า (เพื่อเพิ่มความแข็งและความสวยงามของผิว), การพ่นทราย (เพื่อให้ได้ผิวด้าน), และการเคลือบด้วยไฟฟ้า (electrophoretic coating) (ซึ่งรวมทั้งการป้องกันการกัดกร่อนและการตกแต่งผิว)
• การอบด้วยความร้อน : สามารถอบอ่อน (O state) เพื่อเพิ่มความสามารถในการขึ้นรูป หรือผ่านกระบวนการบำบัดเพื่อเสถียรภาพหลังจากการขึ้นรูปแบบเย็น (H32 state) โดยสังเกตว่า ไม่สามารถเพิ่มความแข็งแรงด้วยการบำบัดด้วยความร้อนได้
• Applications : เหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนโลหะแผ่นที่ต้องการคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อน เช่น โครงเครื่องจักรในงานทางทะเล ชิ้นส่วนเรือ แผงภายในยานพาหนะ และกล่องวงจรไฟฟ้า ทำงานได้ดีเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นและกัดกร่อน

2. อลูมิเนียมอัลลอย 6061 – วัสดุอเนกประสงค์

• คุณสมบัติหลัก : 6061 เป็นโลหะผสมอลูมิเนียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการอัดรีด มีสมรรถนะที่สมดุล ให้ความแข็งแรงปานกลาง การกลึงได้ดีเยี่ยม ทนการกัดกร่อนได้ดี และให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมเมื่อชุบออกซิเดชัน ทำให้เป็นทางเลือกที่หลากหลายสำหรับการใช้งานต่างๆ
• การบำบัดผิวแบบทั่วไป : การชุบออกซิเดชัน (มีให้เลือกหลายสี เช่น สีเงิน สีเขียวหญ้า สีน้ำเงินเข้ม และสีดำ) การขัดด้วยสารเคมี (เพื่อผิวเรียบเหมือนกระจก) การทรายเป่าแล้วชุบออกซิเดชัน (เพื่อผิวด้านที่สม่ำเสมอ) และการชุบไฟฟ้า (เพื่อเพิ่มความแข็งและความต้านทานการสึกหรอ)
• การอบด้วยความร้อน :การบำบัดด้วย T6 (การบำบัดด้วยสารละลาย + การบ่มเทียม) เพื่อความแข็งแรงสูงสุด การบำบัดด้วย T4 (การบ่มตามธรรมชาติ) และการอบอ่อนเพื่อขจัดความเครียดในการประมวลผล
• Applications : เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการทั้งความแข็งแรงและคุณภาพ เช่น กรอบแขนหุ่นยนต์ ชิ้นส่วนโครงสร้างของอุปกรณ์อัตโนมัติ กรอบจักรยาน และฐานเครื่องมือความแม่นยำ

3. โลหะผสมอลูมิเนียม 6063 – ผู้เชี่ยวชาญด้านโปรไฟล์

• คุณสมบัติหลัก : 6063 เป็นโลหะผสมที่นิยมใช้มากที่สุดสำหรับโปรไฟล์อลูมิเนียม โดยมีคุณสมบัติการอัดรีดที่ยอดเยี่ยม ทำให้สามารถผลิตโปรไฟล์ที่มีหน้าตัดซับซ้อนได้ นอกจากนี้ยังให้ผลลัพธ์ที่ดีในการเคลือบผิวและทนต่อการกัดกร่อนได้ดี
• การบำบัดผิวแบบทั่วไป : การชุบออกซิเดชัน (การบำบัดมาตรฐานสำหรับโปรไฟล์), การเคลือบด้วยไฟฟ้า (นิยมใช้กับโปรไฟล์), การพ่นสีแบบผง (มีหลายสีและทนต่อสภาพอากาศได้ดี), และการถ่ายเทลวดลายไม้ (การตกแต่งเพื่อความสวยงาม)
• การอบด้วยความร้อน : การบำบัดแบบ T5 (การอบแก่เทียมหลังจากการอัดรีด) สำหรับความต้องการแรงดึงทั่วไป และการบำบัดแบบ T6 สำหรับความต้องการแรงดึงที่สูงกว่า
• Applications : เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงโปรไฟล์อลูมิเนียมอุตสาหกรรม, ฝาครอบป้องกันอุปกรณ์, ประตูและหน้าต่างในงานก่อสร้าง, และชั้นวางแสดงสินค้าที่ต้องการหน้าตัดซับซ้อนและรูปลักษณ์ที่สวยงาม

4. โลหะผสมอลูมิเนียม 7075 – ตัวแทนของความแข็งแรงสูงพิเศษ

• คุณสมบัติหลัก : 7075 เป็นหนึ่งในอลูมิเนียมอัลลอยที่แข็งแรงที่สุดในเชิงพาณิชย์ โดยมีความแข็งแรงใกล้เคียงกับเหล็ก มีคุณสมบัติต้านทานการเหนื่อยล้าได้ดีเยี่ยม แต่มีความต้านทานการกัดกร่อนต่ำ จึงจำเป็นต้องมีการป้องกันผิวในแอปพลิเคชันส่วนใหญ่
• การบำบัดผิวแบบทั่วไป : การออกซิเดชันแบบแข็ง (เพื่อเพิ่มความแข็งของผิวอย่างมาก), การออกซิเดชันไมโครอาร์ก (สร้างชั้นเซรามิกเพื่อต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อน), การชุบสังกะสี/ชุบโครเมียม (เพื่อป้องกันการกัดกร่อนอย่างรุนแรง), และการเคลือบด้วยอีพอกซี (รวมการป้องกันและตกแต่งเข้าด้วยกัน)
• การอบด้วยความร้อน : การอบชุบแบบ T6 เพื่อให้ได้ความแข็งแรงสูงสุด, การอบชุบแบบ T73 เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนจากแรงเครียด, และการอบชุบแบบ T76 เพื่อต้านทานการกัดกร่อนแบบแยกชั้น
• Applications : ออกแบบมาเพื่อตอบสนองข้อกำหนดด้านความแข็งแรงสูง เช่น ส่วนประกอบทางอากาศยาน อุปกรณ์กีฬาระดับสูง ชิ้นส่วนหุ่นยนต์สำคัญ และแม่พิมพ์

5. อลูมิเนียมอัลลอย 2A12 – ตัวเลือกแบบดั้งเดิมที่มีความแข็งแรงสูง

• คุณสมบัติหลัก : 2A12 เป็นอัลลอยดูราลูมินความแข็งแรงสูงรุ่นแรก มีความแข็งแรงสูงและทนความร้อนได้ดี แต่มีความต้านทานการกัดกร่อนต่ำ และความสามารถในการเชื่อมอยู่ในระดับปานกลาง
• การบำบัดผิวแบบทั่วไป : การเคลือบด้วยการออกซิเดชันแบบอโนไดซ์ (จำเป็นสำหรับการป้องกันการกัดกร่อน), การออกซิเดชันเชิงเคมีที่นำไฟฟ้า (เหมาะสำหรับชิ้นส่วนไฟฟ้า), และการพ่นสี (วิธีการป้องกันที่ประหยัดและใช้งานได้จริง)
• การอบด้วยความร้อน : การให้ความร้อนละลายแล้วคืนตัวตามธรรมชาติ (สถานะ T4) และการให้ความร้อนละลายแล้วคืนตัวโดยการเร่งอายุ (สถานะ T6)
• Applications : ใช้ในสถานการณ์ที่ต้องการความแข็งแรงสูงแบบดั้งเดิม เช่น โครงสร้างเครื่องบิน โครงแข็งแรงสูง และชิ้นส่วนที่รับน้ำหนัก

หลักการสำคัญในการเลือกโลหะผสมอลูมิเนียมสำหรับการออกแบบเครื่องจักรตามสั่ง

• สภาพแวดล้อมการทํางาน : สำหรับสภาพแวดล้อมที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน ควรให้ความสำคัญกับเบอร์ 5052 หรือ 6061; สำหรับสภาพแวดล้อมที่แห้ง สามารถใช้ 2A12 หรือ 7075 ได้; สำหรับการใช้งานกลางแจ้งระยะยาว ควรเลือก 6061 หรือ 6063 ซึ่งมีความต้านทานต่อสภาพอากาศได้ดี
• ความต้องการความแข็งแรง : โครงสร้างทั่วไปสามารถใช้ 6061 หรือ 6063 ได้; โครงสร้างที่ต้องการความแข็งแรงสูงต้องใช้ 2A12; การใช้งานที่ต้องการความแข็งแรงสูงมากต้องใช้ 7075; โครงสร้างที่ต้องการความต้านทานต่อแรงกระแทกจะได้ประโยชน์จาก 6061
• วิธีการแปรรูป : โปรไฟล์อัดรูปเหมาะกับการใช้ 6063 หรือ 6061 มากที่สุด; ชิ้นส่วนโลหะแผ่นเหมาะกับ 5052 หรือ 6061; ชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปแบบตีขึ้นรูปทำงานได้ดีกับ 7075 หรือ 2A12; ชิ้นส่วนที่ต้องกลึงมีความเหมาะสมกับ 6061 หรือ 7075 เป็นอย่างยิ่ง
• การพิจารณาค่าใช้จ่าย : สำหรับโครงการที่คำนึงถึงต้นทุนเป็นหลัก นิยมเลือกใช้ 6063 หรือ 5052; 6061 มีอัตราส่วนคุ้มค่าต่อราคาดีที่สุด; 7075 เหมาะสำหรับการใช้งานที่ให้ความสำคัญกับสมรรถนะ; 2A12 เป็นตัวเลือกที่เชื่อถือได้สำหรับการใช้งานแบบดั้งเดิม

สรุป