دور العناصر المضافة المختلفة في سبائك الألومنيوم

السيليكون (Si)
يُعد السيليكون (Si) المكون الرئيسي لتحسين السيولة. ويمكن تحقيق أفضل سيولة من حالة اليوتكتيك إلى حالة فرط اليوتكتيك. ومع ذلك، يميل السيليكون (Si) المتبلور إلى تكوين نقاط صلبة، مما يُضعف أداء القطع. لذلك، لا يُسمح عمومًا بتجاوز نقطة اليوتكتيك. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن للسيليكون (Si) تحسين قوة الشد والصلابة وأداء القطع والقوة في درجات الحرارة العالية مع تقليل الاستطالة.
المغنيسيوم (Mg): تتميز سبيكة الألومنيوم والمغنيسيوم بأفضل مقاومة للتآكل. لذلك، يُعدّ ADC5 وADC6 من السبائك المقاومة للتآكل. يتميز نطاق تصلبه الواسع بهشاشته العالية، كما أن المسبوكات عرضة للتشقق، مما يُصعّب عملية الصب. يُعدّ المغنيسيوم (Mg) شوائب في مواد AL-Cu-Si، Mg2Si، ما يجعل المسبوكات هشة، لذا فإن المعيار عادةً ما يكون في حدود 0.3%.

الحديد (Fe). على الرغم من أن الحديد (Fe) قد يرفع درجة حرارة إعادة تبلور الزنك (Zn) بشكل ملحوظ ويُبطئ عملية إعادة التبلور، إلا أنه في عملية الصب بالقالب، يُستخرج الحديد (Fe) من بوتقات الحديد، وأنابيب العنق، وأدوات الصهر، وهو قابل للذوبان في الزنك (Zn). أما الحديد (Fe) الذي يحمله الألومنيوم (Al) فهو ضئيل للغاية، وعندما يتجاوز الحديد (Fe) حد الذوبان، فإنه يتبلور على شكل FeAl3. غالبًا ما تُنتج عيوب الحديد خبثًا وتطفو على شكل مركبات FeAl3. يصبح الصب هشًا، وتتدهور قابلية التشغيل. كما تؤثر سيولة الحديد على نعومة سطح الصب.
شوائب الحديد (Fe) تُنتج بلورات إبرية من FeAl3. ولأن عملية الصب بالقالب تُبرّد بسرعة، فإن البلورات المترسبة تكون دقيقة للغاية ولا تُعتبر مكونات ضارة. إذا كانت نسبة الحديد أقل من 0.7%، يصعب فكها، لذا فإن نسبة الحديد بين 0.8% و1.0% تُعدّ أفضل للصب بالقالب. أما إذا كانت نسبة الحديد (Fe) كبيرة، فتتشكل مركبات معدنية تُشكّل نقاطًا صلبة. علاوة على ذلك، عندما تتجاوز نسبة الحديد (Fe) 1.2%، فإنها تُقلل من سيولة السبيكة، وتُضر بجودة الصب، وتُقصّر من عمر المكونات المعدنية في معدات الصب بالقالب.

النيكل (Ni): مثل النحاس (Cu)، يميل النيكل إلى زيادة قوة الشد والصلابة، وله تأثير كبير على مقاومة التآكل. يُضاف النيكل أحيانًا لتحسين المتانة ومقاومة الحرارة في درجات الحرارة العالية، إلا أن له تأثيرًا سلبيًا على مقاومة التآكل والتوصيل الحراري.

المنغنيز (Mn): يُحسّن من متانة السبائك التي تحتوي على النحاس (Cu) والسيليكون (Si) عند درجات الحرارة العالية. عند تجاوزه حدًا معينًا، يُسهّل تكوين مركبات رباعية Al-Si-Fe-P+o{T*T f;X Mn، والتي تُشكّل نقاطًا صلبة بسهولة وتُقلّل من التوصيل الحراري. يمنع المنغنيز (Mn) عملية إعادة تبلور سبائك الألومنيوم، ويزيد من درجة حرارة إعادة التبلور، ويُحسّن حبيبات إعادة التبلور بشكل ملحوظ. يعود تحسين حبيبات إعادة التبلور بشكل رئيسي إلى التأثير المُعيق لجسيمات مُركّب MnAl6 على نمو حبيبات إعادة التبلور. وظيفة أخرى لـ MnAl6 هي إذابة شوائب الحديد (Fe) لتكوين (Fe, Mn)Al6 وتقليل الآثار الضارة للحديد. يُعد المنغنيز (Mn) عنصرًا مهمًا في سبائك الألومنيوم، ويمكن إضافته كسبيكة ثنائية Al-Mn مستقلة أو مع عناصر سبائك أخرى. لذلك، تحتوي معظم سبائك الألومنيوم على المنغنيز (Mn).

الزنك (Zn)
إذا وُجد الزنك (Zn) غير النقي، فسيظهر هشاشةً عند درجات الحرارة العالية. ومع ذلك، عند دمجه مع الزئبق (Hg) لتكوين سبائك HgZn2 قوية، يُنتج تأثير تقوية ملحوظ. تنص معايير JIS على أن محتوى الزنك (Zn) غير النقي يجب أن يكون أقل من 1.0%، بينما تسمح المعايير الأجنبية بنسبة تصل إلى 3%. لا يُشير هذا النقاش إلى الزنك (Zn) كمكون في السبائك، بل إلى دوره كشوائب تُسبب عادةً تشققات في المسبوكات.

الكروم (Cr)
يُشكّل الكروم (Cr) مركبات بين معدنية مثل (CrFe)Al7 و(CrMn)Al12 في الألومنيوم، مما يعيق تكوين النواة ونمو إعادة التبلور، ويُعزز السبيكة. كما يُحسّن من متانة السبيكة ويُقلل من حساسية التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي. ومع ذلك، يُمكنه زيادة حساسية الإخماد.

التيتانيوم (Ti)
حتى كمية صغيرة من التيتانيوم (Ti) في السبيكة تُحسّن خواصها الميكانيكية، لكنها قد تُقلل أيضًا من توصيلها الكهربائي. تبلغ نسبة التيتانيوم (Ti) الحرجة في سبائك سلسلة Al-Ti المُستخدمة في التصلب بالترسيب حوالي 0.15%، ويمكن تقليلها بإضافة البورون.

الرصاص (Pb) والقصدير (Sn) والكادميوم (Cd)
قد تحتوي سبائك الألومنيوم على الكالسيوم (Ca)، والرصاص (Pb)، والقصدير (Sn)، وشوائب أخرى. ونظرًا لاختلاف درجات انصهار هذه العناصر وبنيتها، فإنها تُشكل مركبات مختلفة مع الألومنيوم (Al)، مما يُؤثر سلبًا على خصائص سبائك الألومنيوم. يتميز الكالسيوم (Ca) بذوبان منخفض جدًا في المواد الصلبة في الألومنيوم، ويُشكل مركبات CaAl4 مع الألومنيوم (Al)، مما يُحسّن أداء القطع في سبائك الألومنيوم. أما الرصاص (Pb) والقصدير (Sn)، فهما معدنان ذوا درجة انصهار منخفضة وذوبان منخفض في المواد الصلبة في الألومنيوم (Al)، مما يُقلل من قوة السبيكة ولكنه يُحسّن أداء القطع.

يمكن أن تؤدي زيادة محتوى الرصاص (Pb) إلى تقليل صلابة الزنك (Zn) وزيادة ذوبانيته. ومع ذلك، إذا تجاوزت أيٌّ من الرصاص (Pb) أو القصدير (Sn) أو الكادميوم (Cd) الكمية المحددة في سبيكة الألومنيوم والزنك، فقد يحدث تآكل. هذا التآكل غير منتظم، ويحدث بعد فترة زمنية معينة، ويزداد وضوحًا في الأجواء عالية الحرارة والرطوبة.