Tấm nhôm cấp biển là vật liệu thiết yếu để xây dựng các cấu trúc bền, nhẹ và chống ăn mòn trong môi trường nước mặn. Các hợp kim này được thiết kế đặc biệt để chịu được các điều kiện khắc nghiệt của các ứng dụng hàng hải trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc. Dưới đây, chúng tôi khám phá các hợp kim, đặc tính, ứng dụng và phương pháp hay nhất để sử dụng tấm nhôm cấp biển.
Tiêu chuẩn nào xác định nhôm là “cấp dùng cho hàng hải”?
Hợp kim nhôm cấp biển phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về:
- Chống ăn mòn: Khả năng chống chịu nước mặn, độ ẩm và khí quyển biển tốt.
- Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng: Độ bền cao mà không làm tăng khối lượng, rất quan trọng đối với khả năng nổi và hiệu quả sử dụng nhiên liệu.
- Khả năng hàn và khả năng định hình: Dễ dàng chế tạo thành các hình dạng phức tạp (ví dụ: thân tàu, cột buồm).
- Khả năng chống nứt do ăn mòn ứng suất (SCC): Tránh hư hỏng khi chịu áp lực kéo dài trong môi trường ăn mòn.
Các Dòng 5xxx (dựa trên magiê) và Dòng 6xxx (hợp kim gốc magiê-silicon) được sử dụng rộng rãi nhất cho các ứng dụng hàng hải.
Hợp kim nhôm cấp biển chính
1. Tấm nhôm 5083
- Thành phần: 4–4,9% Mg, 0,4–1% Mn.
- Tính khí: H116/H321 (tối ưu hóa khả năng chống ăn mòn trong môi trường biển).
- Của cải:
- Độ bền kéo: ~290 MPa.
- Chống ăn mòn: Có khả năng chống ăn mòn trong nước biển, chống rỗ và ăn mòn khe hở.
- Ứng dụng: Thân tàu, giàn khoan ngoài khơi, linh kiện tàu ngầm, bể chứa khí lạnh.
- Thuận lợi: Tiêu chuẩn vàng cho các công trình biển ngập nước do hiệu suất vượt trội trong môi trường khắc nghiệt.
2. Tấm nhôm 5086
- Thành phần: 3,5–4,5% Mg, 0,2–0,7% Mn.
- Tính khí: H116/H321.
- Của cải:
- Độ bền kéo: ~270 MPa.
- Chống ăn mòn: Gần tương đương với 5083 nhưng kém mạnh mẽ hơn một chút.
- Ứng dụng: Vỏ thuyền, cầu thang lên xuống, lan can trên biển, bình chịu áp lực.
- Thuận lợi: Tiết kiệm chi phí hơn 5083, có khả năng tạo hình tuyệt vời cho các bộ phận chịu ứng suất vừa phải.
3. Nhôm Tấm 6061
- Thành phần: 0,8–1,2% Mg, 0,4–0,8% Si (có thể xử lý nhiệt).
- Tính khí: T6 (xử lý nhiệt để có độ bền tối đa).
- Của cải:
- Độ bền kéo: ~310 MPa.
- Chống ăn mòn: Tốt trong môi trường ôn hòa; cần phủ lớp phủ khi tiếp xúc lâu với nước biển.
- Ứng dụng: Phụ kiện, cột buồm, phần cứng và các thành phần cabin không chìm.
- Thuận lợi: Khả năng gia công và độ bền vượt trội cho các bộ phận kết cấu không tiếp xúc trực tiếp với nước mặn.
So sánh các hợp kim nhôm cấp biển
| Tài sản | 5083 | 5086 | 6061 |
|---|---|---|---|
| Chống ăn mòn | Tuyệt vời (đắm chìm) | Tuyệt vời (đắm chìm) | Tốt (cần phủ lớp) |
| Sức mạnh | Cao | Trung bình-Cao | Rất cao |
| Sử dụng chính | Thân tàu, giàn khoan ngoài khơi | Cầu thang, lan can | Phụ kiện, cột buồm |
| Khả năng hàn | Xuất sắc | Xuất sắc | Tốt |
| Trị giá | Cao | Vừa phải | Vừa phải |
Ứng dụng trong Kỹ thuật Hàng hải
- Đóng tàu:
- 5083/5086: Thân tàu, sàn tàu, vách ngăn và phần kiến trúc thượng tầng.
- 6061: Cột buồm, giá đỡ và phụ kiện bên trong.
- Cơ sở hạ tầng ngoài khơi:
- Giàn khoan dầu, phao và giàn khoan (ưu tiên 5083 trong điều kiện khắc nghiệt).
- Thuyền giải trí:
- Thuyền kayak, du thuyền và thuyền buồm (5086 cân bằng giữa chi phí và hiệu suất).
- Phần cứng hàng hải:
- Thang, lan can và cần cẩu (6061 cho độ bền nhẹ).
Thực hành sản xuất tốt nhất
- Hàn:
- Sử dụng Dây phụ 5356 hoặc 5183 đối với hợp kim 5xxx để duy trì khả năng chống ăn mòn.
- Tránh cung cấp nhiệt quá mức để ngăn ngừa sự phân tách magiê trong 5083/5086.
- Giảm thiểu ăn mòn:
- Áp dụng anod hóa hoặc lớp phủ epoxy cấp biển đến 6061 để tiếp xúc lâu dài.
- Tách nhôm khỏi các kim loại khác (ví dụ: thép không gỉ) để ngăn ngừa ăn mòn điện hóa.
- Những cân nhắc về thiết kế:
- Sử dụng Hợp kim 5xxx dành cho các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với nước biển.
- Lựa chọn 6061 ở những khu vực khô, chịu ứng suất cao (ví dụ: kết cấu thượng tầng cabin).
Tiêu chuẩn & Chứng nhận
- Tiêu chuẩn ASTM B928: Chỉ định các yêu cầu cho 5083/5086 trong dịch vụ hàng hải.
- ABS (Cục Hàng hải Hoa Kỳ): Chứng nhận vật liệu dùng cho đóng tàu.
- DNV-GL: Tiêu chuẩn quốc tế cho các công trình ngoài khơi và trên biển.
Tính bền vững
- Khả năng tái chế: Nhôm vẫn giữ được 95% tính chất của nó sau khi tái chế.
- Thực hành thân thiện với môi trường: Nhiều nhà máy sử dụng năng lượng tái tạo và vật liệu tái chế (lên tới 75% trong một số trường hợp).
Thách thức & Giải pháp
- Ăn mòn điện hóa: Sử dụng vật liệu cách điện (ví dụ: gioăng cao su) giữa nhôm và các kim loại khác loại.
- Bẻ gãy ứng suất: Tránh thiết kế có góc sắc nhọn; nếu cần thiết hãy ủ các khu vực hàn.
Các ứng dụng
Đối với ứng dụng hàng hải:
- 5083/5086: Thích hợp cho các thành phần ngâm trong nước, chịu ứng suất cao.
- 6061: Phù hợp nhất cho các bộ phận gia công không nhúng.
Tấm nhôm hàng hải là những tấm hoặc tấm nhôm chuyên dụng được thiết kế để hoạt động đáng tin cậy trong môi trường biển khắc nghiệt, chẳng hạn như tiếp xúc với nước mặn, độ ẩm cao và môi trường ăn mòn.
Chúng được thiết kế để chống ăn mòn trong khi vẫn duy trì độ bền, khả năng hàn và đặc tính nhẹ, khiến chúng trở nên lý tưởng cho ứng dụng hàng hải và ngoài khơi