آلومینا – کاربرد اکسید آلومینیوم

آلومینا چیست؟

آلومینا، به عنوان اکسید آلومینیوم، یک ماده سفید، بی‌بو و خنثی است. ویژگی‌های برجسته آلومینا، از جمله هدایت حرارتی بالا، سختی و مقاومت در برابر سایش و واکنش شیمیایی، آن را برای مصارف گوناگون، از جمله در صنایع ساخت و ساز و پزشکی، ارزشمند می‌سازد. این ماده از اکسیداسیون آلومینیوم به دست می‌آید و به صورت بلوری بی‌رنگ است و ممکن است در طبیعت به شکل یاقوت‌ها با رنگ‌های متنوع دیده شود.

آلومینا یک ترکیب شیمیایی است که از اکسید آلومینیوم (Al2O3) تشکیل شده است. این ترکیب به عنوان یکی از مهم‌ترین مواد پایه در صنعت‌های مختلف استفاده می‌شود. آلومینا به عنوان یک ماده سخت، مقاوم در برابر حرارت و عایق الکتریکی بسیار مهم است. از آن به عنوان یک ماده پایه در تولید سرامیک‌ها، فیبرهای نوری، کاتالیست‌ها، و مواد ساختمانی مانند بتن‌های با پایه آلومینا استفاده می‌شود. همچنین در صنایع الکترونیک، آلومینا به عنوان یک عایق حرارتی و الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فرمول شیمیایی آلومینیوم اکسید آلومینا

آلومینا از بوکسیت، که یک اکسید آلومینیوم است، به دست می‌آید و معمولا با دیگر عناصر و اکسیدها مخلوط می‌شود. این ماده معمولا در تولید فلز آلومینیوم استفاده می‌شود. اکسید آلومینیوم به چندین شکل مختلف وجود دارد، از جمله آلومینای کوروندوم که یکی از متبلورترین اشکال آن است.

کاربردهای اکسید آلومینیوم

آنادایز پروفیل آلومینیوم

در فرآیند آنادایز پروفیل آلومینیوم، آلومینا ممکن است به عنوان یکی از عوامل مهم به کار رود. آنادایز پروفیل آلومینیوم یک فرآیند الکترولیتی است که در آن پروفیل آلومینیوم به یک الکترود غوطه‌ور شده و در یک محیط الکترولیتی غوطه‌ور می‌شود. در این فرآیند، یک لایه از اکسید آلومینیوم تشکیل می‌شود که به پوشش آنادایز یا پوشش الکتریکی معروف است.

آلومینا در این فرآیند به عنوان یک اکسید‌کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد. آن وظیفه دارد اکسیداسیون پروفیل آلومینیوم را انجام دهد، یعنی به اکسید آلومینیوم تبدیل شود. این لایه اکسیدی که تشکیل می‌شود، عملکرد حفاظتی دارد که پروفیل آلومینیوم را در برابر خوردگی، زنگ زدگی و سایر آسیب‌ها محافظت می‌کند. همچنین، این لایه اکسیدی می‌تواند انواعی از ویژگی‌ها را به پروفیل اضافه کند، از جمله ویژگی‌های زیبایی و مقاومت به خوردگی.

با استفاده از آلومینا به عنوان جزء مهم در فرآیند آنادایز پروفیل آلومینیوم، می‌توان بهبودهایی در ویژگی‌های پوشش داده شده و در نتیجه، بهبود عملکرد و مقاومت طولانی مدت پروفیل آلومینیوم ایجاد کرد.

صنعت پزشکی

اکسید آلومینیوم، به دلیل خواص شیمیایی و سختی بالای خود، به عنوان ماده‌ای کاربردی برای استفاده در بلبرینگ‌ها به منظور جایگزینی مفصل ران، پروتز‌ها، کاشت‌های بایو، جایگزین مصنوعی چشم، تقویت‌کننده‌های بافت، تاج دندان، پایه‌ها، پل‌ها و سایر ایمپلنت‌های دندانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، از آلومینا در تجهیزات و ابزار آزمایشگاهی نیز استفاده می‌شود.

تجهیزات نظامی و محافظتی

استحکام بالا و کیفیت اکسید آلومینیوم موجب شده است تا بتوان از این محصول در تقویت کیفیت تولید جلیقه‌‌ها و خودروهای زرهی و بدنه هواپیما، استفاده کرد. همچنین، در ساخت شیشه‌های ضدگلوله و ساخت یاقوت کبود مصنوعی نیز از آن آلومینیوم اکسید استفاده می‌شود.

صنعت برق و الکترونیک

اکسید آلومینیوم، به دلیل نقاط ذوب و جوش بالا و همچنین خاصیت مقاومت حرارتی عالی، در ساخت عایق‌های کوره و عایق‌های الکتریکی با درجه حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، فیلم‌های آلومینا در صنعت ریزتراشه‌ها نیز کاربرد دارند.

صنعت جواهرات

اکسید آلومینیوم یک عنصر با ارزش در تشکیل یاقوت کبود است و شکل کریستالی آن، عنصر اصلی این سنگ‌های قیمتی می‌باشد. یاقوت کبود کاربردهای متعددی در صنعت جواهرسازی دارد و در این راستا، آلومینا به عنوان یک فلز کاربردی در این صنعت شناخته می‌شود.

صنعت ساخت و ساز

از اکسیدهای آلومینیوم برای تولید اجزای لوله‌کشی مانند زانو، سه‌راهی، لوله‌های مستقیم، سیکلون‌های آبی، گیرنده‌ها، نازل‌ها و شیرها استفاده می‌شود. همچنین، در تولید ابزارهای مختلف ماشینکاری، ابزارهای برش، غلاف ترموکوپل، پروانه‌های پمپ مقاوم در برابر سایش و صفحات دزدگیر نیز از آلومینا استفاده می‌شود.

آنادایز آلومینیوم

آلومینا از جمله پرکاربردترین متدهای استفاده از فلز آلومینیوم است. اما اکسید آلومینیوم چگونه تولید می‌شود؟

آنادایز کردن آلومینیوم در واقع فرآیندی است که می‌تواند فلز آلومینیوم را به آلومینا تبدیل کند. این فرآیند با ایجاد یک لایه نازک از اکسید بر روی سطح آلومینیوم، ویژگی‌های مثبت زیادی را به قطعات اضافه می‌کند.  لایه اکسیدی که در نتیجه آنادایز کردن ایجاد می‌شود، به عنوان یک پوشش محافظ بر روی سطح آلومینیوم عمل می‌کند. این پوشش مقاومت بسیار خوبی در برابر خراش‌ها و خوردگی‌ها دارد و از آلومینیوم در مقابل عوامل محیطی مختلف محافظت می‌کند.

همچنین، این لایه اکسیدی زبرتر از سطح آلومینیوم است که امکان ایجاد رنگ‌های مختلف روی سطح آلومینیوم را فراهم می‌کند. این امر به تولید کالاهای زیبا و با کیفیت بالا کمک می‌کند که از جذابیت و کارایی بیشتری برخوردار هستند. بنابراین، فرآیند آنادایز کردن آلومینیوم نه تنها موجب حفظ کیفیت آلومینا می‌شود، بلکه بهبود ظاهر و استحکام قطعات را نیز به همراه دارد. این امر باعث می‌شود که آلومینیوم به عنوان یکی از مواد محبوب و کاربردی‌ترین مواد در صنعت ساختمانی، همواره مورد استفاده و توسعه قرار گیرد. آنادایز کردن آلومینیوم به دو روش صورت می‌گیرد.

·       روش الکتروشیمیایی یا روش آندی

در این روش، فلز مورد نظر در شرایط کنترل شده به عنوان آند توسط جریان الکتریکی اکسیده می‌شود و یک لایه اکسیدی غیر قابل نفوذ بر روی سطح فلز تشکیل می‌شود. این روش برای فرآیند آنادایزینگ آلومینیوم استفاده می‌شود و فلز آلومینیوم را به آلومینا تبدیل می‌کند.

·       روش شیمیایی

در این روش، لایه پایدار اکسیدی یا فلزی بر روی سطح فلز ایجاد می‌شود. این لایه به دلیل جذب فلز یا اکسید فلز بر روی سطح فلز ایجاد می‌شود. یکی از مثال‌های این روش، کروماته کردن است. از این روش هم برای تولید آلومینیوم اکسید مورد استفاده قرار می‌گیرد اما روش آندی، روشی مرسوم‌تر است.

حال که با اصلی‌ترین متدهای تولید آلومینا آشنا شدید، بهتر است بدانید که نحوه آنادایز کردن آلومینیوم چگونه است. نحوه آنادایز کردن آلومینیوم و تبدیل آن به آلومینیوم اکسید به شرح زیر است.

·       تمیز کردن سطح فلز

یکی از مهم‌ترین کارهایی که باید برای آنادایز کردن آلومینیوم انجام داد، تمیز کردن سطح فلز است. در این مرحله سطح فلز باید از هرگونه آلاینده‌ها، روغن‌ها، رسوبات و ذرات معلق پاک شود. این کار با استفاده از حلال‌ها یا مواد قلیایی چربی صورت می‌گیرد. تمیزکاری مناسب از سطح فلز، اطمینان می‌دهد که فرآیند آنادایز به‌طور صحیح انجام می‌شود و لایه اکسیدی آلومینا با کیفیتی بر روی سطح تشکیل می‌شود.

·       لایه‌برداری با محلول سودا

محلول سودا که به طور معمول حاوی هیدروکسید سدیم است، برای پوشش دادن سطح فلز و آماده‌سازی آن برای آنادایز کاربرد دارد. این محلول باعث مات شدن سطح می‌شود و همچنین سطح را برای ایجاد لایه اکسیدی آماده می‌کند.

·       آنادایز کردن

در این مرحله، با اعمال جریان الکتریکی، یون‌های مثبت و منفی از یک محلول الکترولیتی به سطح آلومینیوم منتقل می‌شوند. این فرآیند باعث ایجاد یک لایه اکسیدی با ضخامت و ویژگی‌های مطلوب بر روی سطح فلز می‌شود. این لایه اکسیدی موجود بر روی آلومینا مقاومت بالا در برابر خوردگی و سایر عوامل محیطی را فراهم می‌کند.

·       رنگ‌آمیزی یا الکتروکالرینگ

در این مرحله، برای افزودن ظاهر جذاب به سطح آنادایز شده، از فرآیندی به نام الکتروکالرینگ یا رنگ‌آمیزی استفاده می‌شود. در این فرآیند، سطح متخلخل با استفاده از نمک‌های فلزات معدنی و با استفاده از جریان الکتریکی رنگ‌آمیزی می‌شود، که باعث تولید رنگ‌های مختلف و زیبا می‌شود.

·       آب‌بندی یا سیلینگ

در مرحله نهایی، برای جلوگیری از ورود رطوبت و آب به داخل فلز، سوراخ‌ها و نقاط ضعیف سطح با هیدراته شدن پر می‌شوند. این عمل باعث می‌شود که سطح آنادایز شده آلومینیوم اکسید محکم شود و عمر مفید طولانی‌تری داشته باشد.

مزایا آنادایز آلومینیوم

·       افزایش مقاومت در برابر خوردگی

لایه‌ی  اکسید موجود بر روی آلومینا که به‌صورت متناسبی ایجاد می‌شود، با ضخامت مناسب به عنوان یک پوشش، قطعات را از تأثیر محیط‌های خورنده محافظت می‌کند.

·       افزایش قدرت چسبندگی رنگ و ایجاد سطح برای آبکاری

لایه‌ی اکسیدی که بر روی آلومینا به‌وجود می‌آید، به دلیل شکل‌گیری نانو لوله‌ها بر روی سطوح آلومینیوم، باعث افزایش جذب رنگدانه‌ها می‌شود و قابلیت آبکاری قطعات آلومینیومی را افزایش می‌دهد.

·       ایجاد نمای ظاهری مناسب برای دکوراسیون و تزئینات

لایه‌ی اکسیدی آلومینیوم اکسید به‌طور طبیعی یک پوشش یکنواخت و درخشان دارد و به‌دلیل مقاومت خوبی که در برابر خوردگی دارد، می‌توان آن را به‌عنوان سطح نهایی برای تزئینات و نماسازی استفاده کرد. سطح نهایی را می‌توان با روش‌های پولیش مکانیکی و یا حتی با انجام عملیات الکتروپولیش قطعه در مرحله‌ی پیش از آنودایزینگ، درخشان‌تر و صیقلی‌تر کرد.

·       عایق الکتریکی

به‌دلیل نارسانایی اکسید آلومینیوم، می‌توان آن را به‌عنوان یک عایق برای قطعات در برابر ولتاژ‌های بالا استفاده کرد. میزان عایق‌پذیری لایه به‌ضخامت و آلیاژ آلومینیوم بستگی دارد.

·       کاهش ضریب انتقال حرارت

لایه‌ی اکسیدی در ضخامت‌های بالاتر از ۳۰ میکرون مقاومت قطعات آلومینیومی در برابر شوک‌های حرارتی را افزایش می‌دهد. این پوشش در عملیات هارد آنودایزینگ شکل می‌گیرد.

·       افزایش مقاومت در برابر سایش

با استفاده از مکانیزم آنودایزینگ سخت بر روی قطعات آلومینیومی، پوششی با ضخامت حدود ۱۰۰ میکرون ایجاد می‌شود که دارای سختی بالایی است و می‌توان آن را در ساخت یاتاقان‌ها و دیگر مواردی که در هنگام کاربرد، نیاز به ویژگی‌ نظیر مقاومت در برابر سایش دارند استفاده کرد. دمای محلول آن و نحوه‌ی ولتاژ‌دهی از عوامل تأثیرگذار بر لایه‌ی اکسیدی سخت می‌باشند.

چگونه می‌توان از آلومینا در تولید پروفیل آلومینیوم استفاده کرد؟

فرآیند آنادایز آلومینیوم از جمله فرآیندهای مهمی است که در صنایع مختلف استفاده می‌شود. این فرآیند به عنوان یک روش پوشش دهی سطحی، امکان ایجاد پوشش‌هایی با ویژگی‌های مختلف را برای آلومینیوم اکسید فراهم می‌کند.

انواع مختلفی از پروفیل‌های آلومینیومی با پوشش‌های آبکاری طبیعی یا رنگی و با ضخامت‌های مختلف تولید می‌شود، که این مهم این امکان را به شما می‌دهد که مطابق با نیازها خود، پروفیل‌ آلومینیوم با ظاهری منحصر به فرد در راستا نیاز خود انتخاب کنید. در این راستا شما می‌توانید از پروفیل آلومینیوم در کاربردهای متعدد استفاده کرده و از ویژگی‌های آن استفاده کنید.