Alwminiwm yw'r metel mwyaf niferus yn y byd a'r drydedd elfen fwyaf cyffredin sy'n cynnwys 8% o gramen y ddaear. Mae amlbwrpasedd alwminiwm yn ei wneud y metel a ddefnyddir fwyaf ar ôl dur.

Cynhyrchu Alwminiwm

Mae alwminiwm yn deillio o'r mwyn bocsit. Caiff bocsit ei drawsnewid yn alwminiwm ocsid (alwmina) trwy Broses Bayer. Yna caiff yr alwmina ei drawsnewid yn fetel alwminiwm gan ddefnyddio celloedd electrolytig a Phroses Hall-Heroult.

Galw Blynyddol am Alwminiwm

Mae'r galw byd-eang am alwminiwm tua 29 miliwn tunnell y flwyddyn. Tua 22 miliwn tunnell yw alwminiwm newydd a 7 miliwn tunnell yw sgrap alwminiwm wedi'i ailgylchu. Mae defnyddio alwminiwm wedi'i ailgylchu yn gymhellol yn economaidd ac yn amgylcheddol. Mae'n cymryd 14,000 kWh i gynhyrchu 1 tunnell o alwminiwm newydd. I'r gwrthwyneb, dim ond 5% o hyn sydd ei angen i ail-doddi ac ailgylchu un tunnell o alwminiwm. Nid oes gwahaniaeth o ran ansawdd rhwng aloion alwminiwm gwyryf ac aloion alwminiwm wedi'u hailgylchu.

Cymwysiadau Alwminiwm

Puralwminiwmyn feddal, yn hydwyth, yn gwrthsefyll cyrydiad ac mae ganddo ddargludedd trydanol uchel. Fe'i defnyddir yn helaeth ar gyfer ceblau ffoil a dargludydd, ond mae angen aloi ag elfennau eraill i ddarparu'r cryfderau uwch sydd eu hangen ar gyfer cymwysiadau eraill. Alwminiwm yw un o'r metelau peirianneg ysgafnaf, gyda chymhareb cryfder i bwysau sy'n well na dur.

Drwy ddefnyddio amrywiol gyfuniadau o'i briodweddau manteisiol megis cryfder, ysgafnder, ymwrthedd i gyrydiad, ailgylchadwyedd a ffurfiadwyedd, mae alwminiwm yn cael ei ddefnyddio mewn nifer cynyddol o gymwysiadau. Mae'r amrywiaeth hon o gynhyrchion yn amrywio o ddeunyddiau strwythurol i ffoiliau pecynnu tenau.

Dynodiadau Aloi

Mae alwminiwm fel arfer yn cael ei aloi â chopr, sinc, magnesiwm, silicon, manganîs a lithiwm. Gwneir ychwanegiadau bach o gromiwm, titaniwm, sirconiwm, plwm, bismuth a nicel hefyd ac mae haearn bob amser yn bresennol mewn meintiau bach.

Mae dros 300 o aloion wedi'u bwrw gyda 50 ohonynt yn cael eu defnyddio'n gyffredin. Fel arfer cânt eu hadnabod gan system pedwar ffigur a ddechreuodd yn UDA ac sydd bellach yn cael ei derbyn yn gyffredinol. Mae Tabl 1 yn disgrifio'r system ar gyfer aloion wedi'u bwrw. Mae gan aloion bwrw ddynodiadau tebyg ac maent yn defnyddio system bum digid.

Tabl 1.Dynodiadau ar gyfer aloion alwminiwm gyr.

Ar gyfer aloion alwminiwm gyr heb aloi a ddynodwyd yn 1XXX, mae'r ddau ddigid olaf yn cynrychioli purdeb y metel. Maent yn cyfateb i'r ddau ddigid olaf ar ôl y pwynt degol pan fynegir purdeb alwminiwm i'r 0.01 y cant agosaf. Mae'r ail ddigid yn dynodi addasiadau mewn terfynau amhuredd. Os yw'r ail ddigid yn sero, mae'n dynodi alwminiwm heb aloi sydd â therfynau amhuredd naturiol ac mae 1 i 9 yn dynodi amhureddau unigol neu elfennau aloi.

Ar gyfer y grwpiau 2XXX i 8XXX, mae'r ddau ddigid olaf yn nodi gwahanol aloion alwminiwm yn y grŵp. Mae'r ail ddigid yn dynodi addasiadau i'r aloi. Mae ail ddigid o sero yn dynodi'r aloi gwreiddiol ac mae cyfanrifau 1 i 9 yn dynodi addasiadau aloi olynol.

Priodweddau Ffisegol Alwminiwm

Dwysedd Alwminiwm

Mae gan alwminiwm ddwysedd tua thraean o ddwysedd dur neu gopr sy'n ei wneud yn un o'r metelau ysgafnaf sydd ar gael yn fasnachol. Mae'r gymhareb cryfder i bwysau uchel sy'n deillio o hyn yn ei wneud yn ddeunydd strwythurol pwysig sy'n caniatáu llwythi uwch neu arbedion tanwydd ar gyfer diwydiannau trafnidiaeth yn benodol.

Cryfder Alwminiwm

Nid oes gan alwminiwm pur gryfder tynnol uchel. Fodd bynnag, gall ychwanegu elfennau aloi fel manganîs, silicon, copr a magnesiwm gynyddu priodweddau cryfder alwminiwm a chynhyrchu aloi gyda phriodweddau wedi'u teilwra ar gyfer cymwysiadau penodol.

Alwminiwmyn addas iawn ar gyfer amgylcheddau oer. Mae ganddo'r fantais dros ddur gan fod ei gryfder tynnol yn cynyddu wrth i'r tymheredd leihau tra'n cadw ei galedwch. Mae dur, ar y llaw arall, yn mynd yn frau ar dymheredd isel.

Gwrthiant Cyrydiad Alwminiwm

Pan gaiff ei amlygu i aer, mae haen o alwminiwm ocsid yn ffurfio bron yn syth ar wyneb alwminiwm. Mae gan yr haen hon wrthwynebiad rhagorol i gyrydiad. Mae'n eithaf gwrthsefyll y rhan fwyaf o asidau ond yn llai gwrthsefyll alcalïau.

Dargludedd Thermol Alwminiwm

Mae dargludedd thermol alwminiwm tua thair gwaith yn fwy na dargludedd thermol dur. Mae hyn yn gwneud alwminiwm yn ddeunydd pwysig ar gyfer cymwysiadau oeri a gwresogi fel cyfnewidwyr gwres. Ynghyd â'r ffaith nad yw'n wenwynig, mae'r briodwedd hon yn golygu bod alwminiwm yn cael ei ddefnyddio'n helaeth mewn offer coginio a llestri cegin.

Dargludedd Trydanol Alwminiwm

Ynghyd â chopr, mae gan alwminiwm ddargludedd trydanol sy'n ddigon uchel i'w ddefnyddio fel dargludydd trydanol. Er mai dim ond tua 62% o gopr wedi'i anelio yw dargludedd yr aloi dargludol a ddefnyddir yn gyffredin (1350), dim ond traean o'i bwysau ydyw ac felly gall ddargludo dwywaith cymaint o drydan o'i gymharu â chopr o'r un pwysau.

Adlewyrchedd Alwminiwm

O UV i is-goch, mae alwminiwm yn adlewyrchydd rhagorol o ynni ymbelydrol. Mae adlewyrchedd golau gweladwy o tua 80% yn golygu ei fod yn cael ei ddefnyddio'n helaeth mewn gosodiadau golau. Mae'r un priodweddau ag adlewyrchedd yn gwneudalwminiwmyn ddelfrydol fel deunydd inswleiddio i amddiffyn rhag pelydrau'r haul yn yr haf, wrth inswleiddio rhag colli gwres yn y gaeaf.

Tabl 2.Priodweddau ar gyfer alwminiwm.

Priodweddau Mecanyddol Alwminiwm

Gellir anffurfio alwminiwm yn ddifrifol heb fethu. Mae hyn yn caniatáu i alwminiwm gael ei ffurfio trwy rolio, allwthio, tynnu, peiriannu a phrosesau mecanyddol eraill. Gellir ei gastio hefyd i oddefgarwch uchel.

Gellir defnyddio aloi, gweithio oer a thrin gwres i deilwra priodweddau alwminiwm.

Mae cryfder tynnol alwminiwm pur tua 90 MPa ond gellir cynyddu hyn i dros 690 MPa ar gyfer rhai aloion y gellir eu trin â gwres.

Safonau Alwminiwm

Mae'r hen safon BS1470 wedi cael ei disodli gan naw safon EN. Rhoddir y safonau EN yn nhabl 4.

Tabl 4.Safonau EN ar gyfer alwminiwm

Mae safonau EN yn wahanol i'r hen safon, BS1470, yn y meysydd canlynol:

• Cyfansoddiadau cemegol – heb eu newid.
• System rhifo aloi – heb ei newid.
• Mae dynodiadau tymer ar gyfer aloion y gellir eu trin â gwres bellach yn cwmpasu ystod ehangach o dymerau arbennig. Mae hyd at bedwar digid ar ôl y T wedi'u cyflwyno ar gyfer cymwysiadau ansafonol (e.e. T6151).
• Dynodiadau tymer ar gyfer aloion na ellir eu trin â gwres – nid yw'r tymerau presennol wedi newid ond mae tymerau bellach wedi'u diffinio'n fwy cynhwysfawr o ran sut maen nhw'n cael eu creu. Tymer meddal (O) bellach yw H111 ac mae tymer canolradd H112 wedi'i gyflwyno. Ar gyfer aloi 5251, dangosir tymerau bellach fel H32/H34/H36/H38 (sy'n cyfateb i H22/H24, ac ati). Dangosir H19/H22 a H24 ar wahân bellach.
• Priodweddau mecanyddol – yn parhau'n debyg i'r ffigurau blaenorol. Rhaid dyfynnu Straen Prawf o 0.2% ar dystysgrifau prawf nawr.
• Mae goddefiannau wedi'u tynhau i wahanol raddau.
  

  Triniaeth Gwres Alwminiwm

  Gellir defnyddio amrywiaeth o driniaethau gwres ar aloion alwminiwm:

  • Homogeneiddio – cael gwared ar wahanu trwy gynhesu ar ôl castio.
  • Anelio – a ddefnyddir ar ôl gweithio oer i feddalu aloion sy'n caledu trwy waith (1XXX, 3XXX a 5XXX).
  • Dyodiad neu galedu oedran (aloion 2XXX, 6XXX a 7XXX).
  • Triniaeth gwres toddiant cyn heneiddio aloion caledu gwaddodiad.
  • Stofio ar gyfer halltu haenau
  • Ar ôl triniaeth wres, ychwanegir ôl-ddodiad at y rhifau dynodiad.
  • Mae'r ôl-ddodiad F yn golygu “fel y'i ffugiwyd”.
  • Mae O yn golygu “cynhyrchion gyr wedi’u hanelu”.
  • Mae T yn golygu ei fod wedi cael ei “drin â gwres”.
  • Mae W yn golygu bod y deunydd wedi cael ei drin â gwres hydoddiant.
  • Mae H yn cyfeirio at aloion na ellir eu trin â gwres sy'n cael eu "gweithio'n oer" neu eu "caledu dan straen".
  • Yr aloion na ellir eu trin â gwres yw'r rhai yn y grwpiau 3XXX, 4XXX a 5XXX.