ما هو الألومنيوم المصبوب؟ المعدن متعدد الاستخدامات المستخدم في التصنيع الحديث

تُعد مصبوبات الألومنيوم واحدة من أكثر المواد القابلة للتكيف والشائعة في التصنيع المعاصر. ويُستخدم في صهر الألومنيوم المنصهر وصبه في قوالب لاعتماد الأشكال المرغوبة، وفي هذه العملية، يمكن بناء أجزاء معقدة ومعقدة يصعب إخراجها باستخدام تقنيات بديلة، وبالتالي، يمكن لهذه العملية أن تولد الكثير من هذه الأجزاء بتكلفة أقل نسبيًا. إن منتجات الألومنيوم المصبوب قد وجدت قيمتها من خلال أغراض مختلفة تمتد إلى قطع غيار محركات السيارات، والفضاء، وأواني القهوة، وأواني الطهي وحتى المنزلية. إن خفة وزنه المذهلة، بالإضافة إلى قوته المتزامنة ومقاومته للتآكل والتوصيل الحراري الجيد، تجعله أفضل مورد للعديد من الصناعات. كما يوفر الألومنيوم المصبوب للشركة المصنعة الكثير من المرونة في التصميم، مما يسمح بإنشاء أشكال هندسية معقدة يمكنها تحسين الأداء دون استخدام الكثير من المواد. 

كما أن عملية الصب فعالة جداً ومجدية اقتصادياً، خاصة عندما يتعلق الأمر بإنتاج كميات كبيرة من الأجزاء. علاوة على ذلك، فإن الألومنيوم هو أحد فئات المعادن التي يسهل إعادة تدويرها، مما يعني أنه يمكن أن يقلل من التكاليف البيئية للإنتاج. على الرغم من أن الألومنيوم المصبوب يتمتع بالعديد من المزايا، إلا أن له أيضًا بعض العيوب، مثل طبيعته الهشة مقارنة بالألومنيوم المشغول وصعوبة لحامه. يجب أن تؤخذ هذه العوامل في الاعتبار عند اختيار الألومنيوم المصبوب لتطبيقات معينة.

ستقدم هذه المقالة منظورًا واسعًا لخصائص ومزايا وتطبيقات الألومنيوم المصبوب، وهو أحد أكثر المواد شيوعًا في العالم المعاصر.

ما هو الألومنيوم المصبوب؟

يتكون الألومنيوم المصبوب من المظهر السائل تمامًا للألومنيوم الذي تم إعادة تشكيله في شكل يشكل منتجًا. هذه العملية، أو الصب، هي عملية تصنيع قديمة جداً تم تكييفها مع الممارسات الحالية. وعلى عكس الألومنيوم المشغول، الذي يتم سبكه باستخدام عملية الدرفلة أو البثق، يتم صب الألومنيوم في القالب كمعدن منصهر، وبعد ذلك يُترك ليتصلب.

يوفر الصب أشكالًا أكثر تعقيدًا وتجويفًا وحتى ثلاثية الأبعاد لا يمكن تشكيلها بسهولة أو بتكلفة معقولة عن طريق التشكيل الآلي أو التشكيل، حيث يبدأ كسائل. وهذا التنوع هو ما يجعل منتجات الألومنيوم المصبوب تُستخدم على نطاق واسع في مختلف المنتجات؛ أي أجزاء المحركات، بالإضافة إلى المعدات الإلكترونية وأواني الطهي، على سبيل المثال لا الحصر.

تركيبة بسيطة من الألومنيوم المصبوب

الألومنيوم، في معظم الأحيان، ليس ألومنيومًا نقيًا. بل هو عبارة عن سبيكة، أي خليط من الألومنيوم ومواد أخرى من أجل تحسين القوة أو السيولة أو كليهما. الجانب الأكثر شيوعًا في السبيكة هو

• السيليكون: يَجْعَلُهُ يَتَدَفَّقُ، ويُعْطِي الانْكِسَارَ قِلَّةً. صَخْرَةٌ صَخْرَةٌ، صَخْرَةٌ، صَخْرَةٌ، صَخْرَةٌ، صَخْرَةٌ، صَخْرَةٌ، صَخْرَةٌ، صَخْرَةٌ، صَخْرَةٌ، صَخْرَةٌ، صَخْرَةٌ، صَخْرَةٌ.
• المغنيسيوم 
• الزنك والمنغنيز: يتم تحقيق قوة وصلابة المادة بها.
• نيكل، حديد: ليس فوق صلابة معينة.

هذا المزيج خاص، وهو ما يعتمد على الاستخدام. وللتوضيح، يمكن استخدام السبائك ذات التوصيل الحراري العالي ومقاومة التآكل في المعدات ذات درجة الحرارة العالية مثل قطع غيار السيارات، أما أواني الطهي فتستخدم السبائك ذات المحتوى العالي من السيليكون والألومنيوم التي تتميز بأداء حراري عالٍ ومقاومة للتآكل.

تاريخ الألومنيوم المصبوب وتطوره

إن صب المعادن له تاريخ في حدود آلاف السنين منذ أن عُرفت المجتمعات الأولى بصب البرونز والحديد المصبوب لإنتاج الأدوات والأسلحة. ولم يكن الألومنيوم يُستخرج حتى أوائل القرن التاسع عشر، ولم يكن ذلك اقتصاديًا حتى ابتكار عملية هال-هيولت في أواخر القرن التاسع عشر. أصبحت عملية صب الألومنيوم إحدى عمليات صناعات الطيران وأواني الطهي مع بداية القرن العشرين. 
خلال فترة الحرب العالمية الثانية كان الطلب على الألومنيوم في أعلى مستوياته بسبب نسبة قوته إلى وزنه التي جعلته أكثر ملاءمة في الطائرات. وبعد الحرب، كان لسبك الألومنيوم المزيد من التطبيقات التجارية في المنتجات الاستهلاكية وصناعة السيارات والهندسة المعمارية.
نظرًا للتقدم في هندسة تصميم القوالب والمعادن والمسبوكات، أصبح الألومنيوم المصبوب جزءًا من الإنتاج الحالي.

عملية الألومنيوم المصبوب 

الألومنيوم المصبوب عبارة عن عملية تتطلب عددًا من الخطوات الرئيسية لتحويل الألومنيوم المصهور إلى أجزاء يمكن استخدامها في شكل أشكال محددة. يسير عمل الشرح الأساسي للعملية على النحو التالي:

1. تحضير القالب

الإجراء الأولي للصب هو صنع قالب يتم فيه صب الألومنيوم المصهور. واعتماداً على طريقة الصب، قد يتكون القالب من مواد مثل الرمل أو المعدن أو السيراميك وغيرها. كما يتم تصميم القالب بشكل جيد ليكون بالشكل المطلوب لضمان تجمد الألومنيوم بالشكل الصحيح.

2. صهر الألومنيوم

عندما يصبح القالب جاهزًا، يتم وضع بعض قصاصات الألومنيوم أو سبائك الألومنيوم في فرن حيث يتم صهرها عند درجة حرارة تتراوح بين 660 إلى 750 درجة مئوية (1220 إلى 1382 درجة فهرنهايت). كما تتم مراقبة الألومنيوم المصهور باستمرار بهدف الحصول على درجة حرارة الصب والجودة المناسبة.

3. صب الألومنيوم المصهور في القالب الخاص به

بمجرد صب الألومنيوم المذاب في تجويف القالب، يتم صب المعدن المنصهر في تجويف القالب. تتم عملية الصب اعتماداً على نوع الصب، أي الصب بالقالب أو الصب بالرمل أو الصب الاستثماري. وتشمل بعض التقنيات المستخدمة الصب بالقالب، حيث يتم حقن الألومنيوم المنصهر تحت الضغط، بينما في تقنيات أخرى، يتم صب الألومنيوم المنصهر في القالب ويترك ليبرد.

4. التبريد والتصلب

البناء والإشراف: سيستغرق وجود جزء سميك أو معقد للغاية وقتًا طويلاً حتى يبرد. في هذه المرحلة، يبرد الألومنيوم المصهور إلى الشكل المطلوب ويطرد الضغط الداخلي.

5. التركيب والفحص

بعد أن يتم تبريد الألومنيوم وتصلبه، يتم تحرير القالب، ويبقى الجزء المصبوب. يتم الفصل في بعض الحالات عن طريق كسر قطعة القالب، خاصةً مع الصب في الرمل، ومع تقنيات أخرى مثل الصب بالقالب، يتم فتح القالب ويتم إخراج الجزء.

6. التشطيب والتفتيش

بعد قطع الجزء، عادةً ما تتم معالجته بعد ذلك باستخدام عمليات التشطيب مثل الطحن والتلميع والتشغيل الآلي وما إلى ذلك، من أجل تنعيم السطح أو تحقيق تفاوتات أكثر دقة. بعد ذلك يتم فحص الجزء لمعرفة ما إذا كان هناك مسامية أو تشقق في الجزء وكذلك بالمعيار المطلوب من القوة والوظائف.

ما هي العملية المستخدمة في صناعة قالب الألومنيوم؟

يمكن تحقيق الألومنيوم في شكل ألومنيوم مصبوب عن طريق صب الألومنيوم المذاب في شكل مصبوب، حيث يتصلب المعدن المنصهر في شكل محدد. يمكن تصنيع الأجزاء المعقدة باستخدام عملية الصب حيث يصعب تصنيعها باستخدام عمليات أخرى، مثل التصنيع الآلي أو التشكيل.

1. الصب بالقالب

أثناء عملية الصب بالقالب، يتم دفع الألومنيوم السائل في قالب أو قالب عمل بضغط كبير. تُعد هذه التقنية رائعة عندما يتعلق الأمر بالإنتاج بكميات كبيرة، كما أنها تخلق أجزاء دقيقة وسلسة. والتطبيقات الصناعية لهذا الأمر شائعة في صناعات السيارات والإلكترونيات (بما في ذلك أجزاء مثل أجزاء المحرك أو الغلاف الإلكتروني).

2. الصب بالرمل

الصب بالرمل هي طريقة لصنع قالب من خلال استخدام قالب من الرمل يتم إنشاؤه وصب الألومنيوم المنصهر فيه. كما أن هذه التقنية معقولة التكلفة للغاية وأقل صلابة، وبالتالي فهي مناسبة عند صنع قطع كبيرة ومعقدة مثل كتل المحركات والقطع البحرية. ومع ذلك، فإن تشطيب السطح يكون خشنًا، وقد يكون من الضروري القيام بعملية تشطيب إضافية.

3. الصب الاستثماري (الصب بالشمع المفقود)

يتم استخدام قالب شمعي في هذه العملية، مع غلاف من السيراميك، ويتم سكب الشمع المذاب، ثم يتم صب الألومنيوم المنصهر فيه. وهي عملية مثالية لصنع مكونات صغيرة ودقيقة، مثل المكونات الطبية.

4. صب القالب الدائم

الصب بالقالب الدائم هو عملية تصنيع أجزاء الألومنيوم باستخدام قوالب معدنية قابلة لإعادة الاستخدام. يتم بعد ذلك تسخين الألومنيوم إلى حالته المنصهرة، وبعد ذلك يتم صبه في القالب حيث يبرد. ينتج عن هذه العملية أجزاء أكثر قوة مع تشطيب أفضل للأسطح، وهي الأكثر انتشاراً في صناعة السيارات.

5. الصب بالجاذبية

يتم سكب الألومنيوم المنصهر في قالب معدني بقوة الجاذبية (أي صب القالب، عادة، تحت الجاذبية) بدلاً من الضغط. وهذا مناسب في حالة إنتاج مكونات متوسطة الحجم، مثل هياكل السيارات وعجلات السيارات.

مزايا الألومنيوم المصبوب

1. خفيف الوزن وقوي

يتميز الألومنيوم المصبوب بخفة وزنه وقدرته على تحقيق مستوى جيد من القوة، ولهذا السبب يتم استخدامه في بناء السيارات والطائرات والآلات وغيرها من التطبيقات.

2. مقاوم للتآكل

يمكن أن يشكل طبقات أكسيد واقية بشكل طبيعي، وهذا يساعده على تجنب الصدأ وتأثيرات العوامل الجوية، وعلى هذا النحو، فهو مفيد في الأثاث الخارجي والتجهيزات البحرية وأدوات المطبخ.

3. الإنتاج الضخم منخفض التكلفة

إن توصيلها الحراري والكهربائي الرائع يؤهلها للاستخدام كأداة طهي ومشتت حراري وفي العلب الإلكترونية.

4. قدرة الأشكال المعقدة

ويرجع السبب في ذلك إلى أن الصب يمكّن الألومنيوم من الحصول على أشكال مفصلة ومعقدة إلى حد ما، والتي يكون الحصول عليها مكلفًا ومرهقًا باستخدام أشكال أخرى من معالجة الألومنيوم.

5. اقتصادية في التصنيع على نطاق واسع

وبعد تصنيع القوالب، يمكن صب أعداد كبيرة من العناصر المتشابهة بسرعة نسبياً وبسعر معقول جداً، خاصةً مع صب القوالب.

6. قابلة لإعادة التدوير وصديقة للبيئة

كما يمكن إعادة تدوير الألومنيوم بنسبة 100%، مما يوفر الطاقة ويحقق عملية تصنيع مستدامة.

عيوب الألومنيوم المصبوب

1. مشاكل المسامية

قد ينحصر الهواء في خلق أجزاء مجهدة أثناء عملية الصب، وكذلك قد يحدث ضعف أو ضعف في الأجزاء الحاملة للضغط أو قد يحدث بكاء.

2. قوة شد أقل

كما أن الألومنيوم المصبوب هش مثل الألومنيوم المشغول ويمكن أن يتشقق عند الضغط عليه أو ضربه.

3. يصعب لحامها

كما أن اللحام صعب أيضًا بسبب أكاسيد السطح والفراغات الداخلية، لذلك من الضروري اتباع طرق خاصة والاهتمام بها.

4. صب الألومنيوم مقابل الألومنيوم المطاوع

تنتج الأشكال الأخرى من الصب، مثل الصب بالرمل، نسيجًا أو سطحًا خشنًا لا مفر من تشطيبه لاحقًا.

5. غير مناسب للاستخدام المجهد

من الصعب ثني مصبوبات الألومنيوم كما أنها أكثر عرضة للتشقق، وبالتالي، تصبح غير قابلة للتطبيق في التصميم المتناسب، والذي يجب أن يركز باستمرار على عيوب الإجهاد أو الاهتزازات.

6. الانكماش بعد التبريد

يتقلص الألومنيوم عندما يتصلب، وهذا له تأثير على الأبعاد النهائية، وقد يحتاج إلى بعض التعديلات في التصميم.

تطبيقات الألومنيوم المصبوب

ستجد في العديد من الصناعات استخدام الألومنيوم المصبوب، وهناك العديد من الأسباب التي تجعل هذا هو الحال. وفيما يلي بعض التطبيقات الرئيسية:

1. صناعة السيارات

يُستخدم الألومنيوم في شكل مصبوب على كتل المحرك، وعلب ناقل الحركة، والعجلات، ونظام التعليق. وهو خفيف الوزن، مما يعزز الاقتصاد في استهلاك الوقود، كما أنه قوي ومتين.

2. صناعة الطيران والفضاء

يُستخدم الألومنيوم المصبوب في الفضاء الجوي في أجزاء محرك الطائرة والأقواس وخزانات الوقود نظرًا لنسبة وزنه إلى قوته وكذلك سلوكه غير القابل للتآكل.

3. أواني الطهي

وعادة ما يتم استخدامه على المقالي والقدور والشوايات لأنه يتميز بتوصيل حراري جيد جداً وتوزيع حراري موحد.

4. الإلكترونيات

يُستخدم الألومنيوم المصبوب في المشتتات الحرارية والعلب الإلكترونية وفي إطارات مصابيح LED حيث يمكن تبديد الحرارة في أجهزة الكمبيوتر ومصابيح LED.

5. معدات صناعية

وقد شاع استخدامه في المضخات وأغطية التروس وأغطية الآلات بسبب قوته العالية ومقاومته للبيئات القاسية.

6. نوع مجموعة الجسم المصبوب (الألومنيوم مقابل الألومنيوم المشغول)

تُستخدم سبائك الألومنيوم في إنتاج الأثاث الخارجي وأعمدة المصابيح والبوابات بسبب عدم حاجتها للصيانة ومقاومتها للصدأ.

الألومنيوم المصبوب مقابل الألومنيوم المشغول

كيفية التعرف على الألومنيوم المصبوب

هناك علامات محددة يمكنك استخدامها لتحديد الألمنيوم المصبوب.

• الوزن: أقل وزناً من القضيب الفولاذي، ولكنه يظل صلباً.
• خطوط التماس: كما أن لديك خطوط فراق هي جزء من القالب.
• اختبار الملعب: صوت النقر أكثر خفوتاً من الصوت الصادر من الألمنيوم المطروق.
• السطح: المواد المصبوبة بالرمل لها سطح خشن.

في مجال التحقق من التركيب المزيف، يستخدم المحترفون مطيافات أو أجهزة تحليل الترددات الراديوية السينية XRF. يضع بعض المصنعين علامات على رموز/رموز السبائك للتعرف عليها. وبناءً على هذه الخصائص أصبح الفنيون على دراية بالتمييز بين الألومنيوم المصبوب بالرمل والمصبوب بالقالب وحتى الألومنيوم المطروق.

هذه هي الاقتراحات الصغيرة:

تتمتع سلع الألومنيوم المصبوب بعمر افتراضي طويل للغاية يصل إلى عدة عقود، شريطة أن تتم صيانتها بشكل مناسب. السداد الكبير لإعادة التدوير:

• التنظيف: لا ينبغي على الإطلاق استخدام الصوف الصلب، أو الفرك الكاشطة أو المنظفات في التنظيف. للتنظيف، استخدمي منظفاً لطيفاً جداً وقطعة قماش ناعمة.
• التخزين: يمكن أن يكون هناك شكل من أشكال الأكسدة مع مرور الوقت، نتيجة للماء.
• طلاء: قم بإعادة طلاء الأثاث الخارجي أو حتى ختمه كل عامين أو نحو ذلك، وحمايته من الأشعة فوق البنفسجية والعوامل الجوية.
• الفحص: يجب إجراء فحص دوري على الأجسام الهيكلية لملاحظة موضع الصدأ أو الشقوق أو البراغي المفكوكة.

تطيل العناية المنتظمة من عمر الألومنيوم المصبوب وتسمح له بأن يبدو طازجاً ويستمر في العمل بأمان.

البيئة وإعادة التدوير وآثاره

تشمل المزايا الأكثر إثارة للإعجاب للألومنيوم المصبوب إمكانية إعادة تدويره. فأكثر من ثلاثة أرباع الألومنيوم الذي تم تصنيعه لا يزال مستخدماً حتى اليوم.

• يقلل من تدمير الألغام.
• يوفر 95 في المائة من الطاقة اللازمة لصنع الألومنيوم البكر
• يقلل من مستوى انبعاث الكربون
• الألومنيوم المصبوب في المستقبل - الألومنيوم المصبوب
• تسهيل إنتاج الحلقة تسهيل إنتاج الحلقة تسهيل إنتاج الحلقة

تحوّلت الصناعات الآن إلى مفهوم التصميم الدائري، حيث يتم صهر خردة الألومنيوم التي يتم جمعها في المصنع ثم إعادة إدخالها في دورة الإنتاج، وهو ما يمثل ميزة كبيرة للاستدامة.

 مستقبل الألومنيوم المصبوب

الابتكار والاهتمام بالبيئة هي بعض الاتفاقيات القريبة من الألومنيوم المصبوب:

• قوالب مطبوعة ثلاثية الأبعاد: ومرة أخرى، هناك إهدار أقل وأجزاء مخصصة للغاية.
• أنظمة الصب الذكية: عملية الذكاء الاصطناعي لتحديد العيوب في الوقت الفعلي.
• سبائك صديقة للبيئة جديدة: سيتم خفض مستويات المواد السامة، وسيتم تعزيز إعادة التدوير.
• السيارات الكهربائية (EVs): تتطلب السيارات الكهربائية المزيد من المتطلبات مما يؤدي إلى زيادة استخدام الألومنيوم المصبوب في أغطية البطاريات، وكذلك في الهيكل.

ومع تحول باقي الصناعات إلى صناعات صديقة للبيئة، سيكون للألومنيوم المصبوب تأثير أكبر على تصميم المنتجات الصديقة للبيئة.

الخاتمة

يُعد الألومنيوم المصبوب المكون الرئيسي للإنتاج في العصر الحديث بسبب مزاياه واستخداماته المتنوعة. إن خفة وزنه ومقاومته للتآكل والتوصيل الحراري للمادة تجعله مادة مرغوبة في معظم الصناعات مثل السيارات والفضاء والإلكترونيات وأواني الطهي وغيرها الكثير. ويتميز الألومنيوم المصبوب بتنظيمه العالي، سواء من حيث الأداء أو من الناحية الاقتصادية، سواء عند استخدامه في صناعة بعض منتجات السيارات المعقدة أو بعض منتجات الطيران خفيفة الوزن أو عند استخدامه كأثاث خارجي متين. وعلى الرغم من تعدد استخداماته، إلا أن هناك تحديات تتعلق بالألومنيوم المصبوب. حيث يجب النظر في مشاكل مثل المسامية والهشاشة وتحديات الاندماج عند اختيار هذه المادة في المجالات الصارمة، ومن ثم في المجالات الصعبة. وبغض النظر عن هذه العقبات، فإن إعادة تدوير الألومنيوم وخصائصه الصديقة للبيئة عامل آخر يحفز تدفقه والطلب عليه. ومع تغير طريقة التصنيع المتغيرة والأكثر استدامة، من المتوقع أن يظل الألومنيوم المصبوب فعالاً في ضمان تقليل استهلاك المواد والطاقة المستهلكة أثناء الإنتاج. قد تكون التقنيات والسبائك التي ستُستخدم في المستقبل أكثر ابتكارًا لأن تقنيات الصب ستكون أكثر تقدمًا وأكثر صداقة للبيئة للسماح بمزيد من الزيادات في أداء المادة وتقليل تأثيرها على البيئة. يتميز الألومنيوم المصبوب بإمكانية إعادة تدويره وتطويره باستمرار ليصبح مادة مفضلة وهو أيضاً أحد الأسباب التي ستجعل منه مادة مهمة في عالم التصنيع في السنوات القادمة.

الأسئلة الشائعة

1. ما هي مميزات الألمنيوم المصبوب؟

الألومنيوم المصبوب عبارة عن ألومنيوم مصهور ومصبوب يتم تصنيعه ليتخذ تصميماً معيناً من خلال صبه في قالب. وبفضل عملية الصب هذه، يمكن إنتاج حتى الأجزاء المعقدة التي لا يمكن تنفيذها بسهولة من خلال عمليات أخرى، مثل التصنيع الآلي أو التشكيل.

2. ما هي الجوانب السلبية لصب الألومنيوم؟

تتمثل أبرز ميزات الألومنيوم المصبوب في خفة وزن المادة ومقاومتها للتآكل والتوصيل الحراري الجيد للحرارة والقدرة على تصنيع أشكال معقدة مع القدرة على تحمل تكاليف تصنيع كميات كبيرة.

3. كيف تتم عملية إنتاج الألومنيوم؟

يُصنع هذا النوع من الألومنيوم عن طريق صهر الألومنيوم وصبه في قوالب يمكن أن تكون مصنوعة من مواد مثل الرمل أو المعدن أو حتى السيراميك. يؤدي التبريد تحت درجة الحرارة إلى جعل الألومنيوم في حالة صلبة تمنحه الشكل المطلوب. ويمكن أن يتم ذلك بعدة طرق، مثل الصب بالقالب والصب بالرمل والصب الاستثماري.

4. ما هي الجوانب السيئة للألمنيوم المصبوب؟

الألومنيوم المصبوب مرن نسبيًا، ومع ذلك هناك أيضًا بعض نقاط الضعف التي تصاحبه. وهي المسامية (الجيوب الغازية الصغيرة)، وانخفاض قوة الشد عند مقارنتها بالألومنيوم المطاوع، وعدم سهولة اللحام، والتشطيبات السطحية الخشنة والانكماش أثناء التبريد.

5. هل الألومنيوم المصبوب قابل لإعادة التدوير؟

وبالطبع، يمكن إعادة تدوير الألومنيوم المصبوب بقدرة عالية جداً. ويمكن إعادة استخدامه دون إهدار أي من صفاته، حيث يمكن صهره وإعادة استخدامه. كما أن إعادة تدوير الألومنيوم موفرة جدًا للطاقة مقارنةً بتصنيعه لأول مرة، كما أنها تقلل من تكاليف المنتج.