Bài tập tiểu luận tạo hình kim loại Đề tài tìm hiểu về công nghệ sản xuất thanh nhôm Định hình

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU1.1 Định nghĩa thanh nhôm định hình Thanh nhôm định hình là sản phẩm được chế tạo từ nguyên liệu nhôm nguyên chất kếthợp với các nguyên tố hợp kim khác, thông qua phươ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÀI TẬP TIỂU LUẬN TẠO HÌNH KIM LOẠI

ĐỀ TÀI TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THANH NHÔM ĐỊNH HÌNH

HK241 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đăng Khoa

TP HỒ CHÍ MINH – 10/2024

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện dại hóa ở nước ta hiện nay ngành côngnghiệp nặng nói chung và công nghệ sản xuất nhôm nói riêng đóng góp một vai trò quantrọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa đất nước Ngành công nghiệp sản xuất nhôm đóngvai trò quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu nhờ vào những đặc tính vượt trội của nhôm.Việc sản xuất nhôm không chỉ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành côngnghiệp mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững thông qua các quy trình tái chế hiệu quả,giúp giảm thiểu tác động môi trường

Nhôm được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ xây dựng, giao thông vận tải,đến điện tử và hàng không vũ trụ Ngày nay, sự lên ngôi của ngành sản xuất nhôm thanhđịnh hình đã mang đến luồng gió mới cho ngành kiến trúc xây dựng Nhôm là kim loạiđược sử dụng rộng rãi thứ hai trong ngành xây dựng và xây dựng Nhôm như một “ngườiđồng hành” đáng tin cậy do trọng lượng nhẹ và khả năng chống ăn mòn

Tuy nhiên nhu cầu thị trưởng cho sản phẩm sản xuất từ nhôm đang suy giảm khiếndoanh nghiệp đối mặt với khó khăn Tại Việt Nam trong những năm gần đây các doanhnghiệp sản xuất kinh doanh nhôm có sản lượng lớn nhưng dư thừa do ảnh hưởng từ dịchCovid gây ảnh hưởng lớn đến nền kinh tế

Trước bối cảnh đó, việc thúc đẩy sự đổi mới công nghệ, cải thiện quy trình sảnxuất và nâng cao chất lượng sản phẩm là những thách thức mà ngành đúc tại Việt Namđang phải đối mặt Đồng thời, cũng cần tạo ra môi trường kinh doanh thuận lợi, hỗtrợdoanh nghiệp trong việc áp dụng công nghệ mới và phát triển nguồn nhân lực có trình

độ cao để ngành này có thể thích ứng và phát triển bền vững trong thời kỳ toàn cầu hóangày nay

Dưới đây là bài tiểu luận tìm hiểu về “THANH NHÔM ĐỊNH HÌNH” của nhómchúng em Trong quá trình tim hiểu và viết bài tiểu luận của nhóm khó tránh khỏi cónhững thiếu sót Nhóm mong dược thầy thông cảm và góp ý

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 Định nghĩa thanh nhôm định hình

Thanh nhôm định hình là sản phẩm được chế tạo từ nguyên liệu nhôm nguyên chất kếthợp với các nguyên tố hợp kim khác, thông qua phương pháp đùn, phôi nhôm được épqua khuôn để tạo ra các hình dạng và kích thước mong muốn Sau khi trải qua quá trình

xử lý kim loại, sản phẩm sẽ phát huy tối đa các đặc tính vật lý và hóa học của nhôm nhưnhẹ, bền bỉ, dễ lắp ráp và chế tạo cũng như tính chống ăn mòn, vì vậy chúng được sửdụng rộng rãi trong công nghiệp, xây dựng và các mặt hàng tiêu dùng

1.2 Tình hình sản xuất thanh nhôm định hình

1.2.1 Thị trường thế giới

Tại Mỹ

Theo Hiệp hội Nhôm, các lô hàng sản phẩm nhôm định hình của Hoa Kỳ và Canada đãgiảm 12% tính đến tháng 8 trong năm 2023, đồng thời báo cáo rằng lượng đơn đặt hàngmới đã giảm 12,3% tính đến tháng 9

Các nhà máy đùn trong lĩnh vực xây dựng và RV chịu ảnh hưởng nặng nề do nhu cầuthấp hơn, trong khi những công ty trong lĩnh vực ô tô, hàng không vũ trụ, năng lượng mặttrời hoặc cửa chớp chống bão lại hoạt động tốt hơn

Trong khi đó, cuộc chiến tranh đột ngột nổ ra giữa Israel và Hamas đã khiến một số nhàsản xuất lo ngại về tác động lan tỏa đến sản lượng các lô hàng ở Trung Đông nếu xungđột lan rộng

Dữ liệu của Cục Thống kê Dân số Hoa Kỳ từ S&P Market Intelligence Global TradeAtlas cho thấy lượng nhập khẩu phôi thép của Hoa Kỳ đã giảm 38% tính đến tháng 8 năm

2023 Lượng nhập khẩu từ UAE, Bahrain, Qatar và Saudi Arabia chiếm 52% trong tổng

số 423.881 tấn trong giai đoạn tám tháng

Hình 1.1 Lượng nhập khẩu phôi nhôm từ các nước khác của Mỹ

1.2.2 Thị trường nước ta

Tại diễn đàn doanh nghiệp ngành nhôm Việt Nam năm 2023 do Hội Nhôm thanh địnhhình Việt Nam và Văn phòng Ban Nghiên cứu phát triển kinh tế tư nhân tổ chức ngày17/5 tại Hà Nội, ông Vũ Văn Phụ, Phó Chủ tịch kiêm Tổng Thư ký Hội Nhôm thanh địnhhình Việt Nam cho biết, hiện trạng ngành nhôm Việt Nam vô cùng khó khăn

Theo đánh giá của Hiệp hội: Vài năm gần đây, ngành Nhôm Việt Nam phát triển mạnh,

số lượng doanh nghiệp sản xuất kinh doanh nhôm định hình tăng nhanh Tổng công suấtthiết kế các nhà máy sản xuất nhôm định hình đã vượt qua ngưỡng 1 triệu tấn/năm Songnhu cầu tiêu thụ trong nước giảm mạnh do ảnh hưởng từ dịch Covid, suy thoái kinh tếkhiến cho xây dựng giảm sút, dẫn đến dư thừa công suất 35 - 40%; thị trường xuất khẩuvẫn còn hạn hẹp, gây lãng phí nguồn lực của doanh nghiệp và đất nước

Nhu cầu thị trường giảm mạnh, các nhà máy đang hoạt động ở mức xấp xỉ 30% công suất,dòng tiền cạn kiệt Hiện, có khoảng 100 nhà máy sản xuất nhôm, chủ yếu là sản xuấtnhôm định hình Năng lực sản xuất nhôm đạt khoảng trên 1,2 triệu tấn/năm, đáp ứng đủnhu cầu trong nước và xuất khẩu

Vài năm gần đây, công suất của ngành nhôm bắt đầu dư thừa Sản lượng chỉ đạt 70%công suất thiết kế, lượng hàng hóa đã vượt xa nhu cầu thị trường trong nước và xuất khẩu.Quý I/2023, các nhà máy chỉ hoạt động ở mức 30 - 40% công suất, chủ yếu duy trì việclàm cho người lao động, doanh thu thấp, dòng tiền khó khăn Do vậy, cần xem xét quy

hoạch tổng thể ngành nhôm, sản xuất nhôm nguyên chất và tăng cường tái chế nhôm, tiếpcận nguyên liệu “xanh”.

Bên cạnh đó, ngành Nhôm Việt Nam đang xuất hiện hiện tượng “tráng men” xuất xứ đốivới thanh nhôm định hình nhằm tận dụng tối đa “ưu tiên xuất xứ của hàng Việt” tạo áplực lớn cho hệ thống quản lý lẫn doanh nghiệp sản xuất nhôm nội địa

Hình 1.2 Nhà máy sản xuất nhôm định hìnhVới cơ chế mở nhằm giúp cho các doanh nghiệp sản xuất nhôm phát triển, đối với cácnguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất cho các dự án trong nước cũng như việc thuế nhậpkhẩu nhôm nguyên liệu đã ở mức 0%

Đây chính là điều kiện hết sức thuận lợi, vấn đề còn lại nằm ở ý thức “tự vệ” của chínhcác doanh nghiệp sản xuất nhôm định hình Việt Nam Trước sự điều chỉnh của thị trườngthế giới nói chung và thị trường Việt Nam nói riêng, các doanh nghiệp sẽ có những cáchphản ứng khác nhau có thể giúp đỡ nhau cùng phát triển hoặc cạnh tranh với nhau

Nếu nhìn một cách vĩ mô hơn đây là một trong những cơ hội để các doanh nghiệp nướcngoài lấn sân vào thị trường Việt Nam Nhôm xây dựng nói chung và nhôm thanh địnhhình là một trong những ngành có tiềm năng phát triển lớn tại Việt Nam, tuy nhiên nếukhông tìm được tiếng nói chung trong các vấn đề lớn về chất lượng sản phẩm cũng như tạo

ra 1 thị trường phát triển ổn định, xây dựng được các sản phẩm có thương hiệu Việt thì cácnhà sản xuất trong nước sẽ tự đánh mất thị trường vào tay các doanh nghiệp nước ngoài.Những ngày qua, cuộc khủng hoảng năng lượng tại Châu Âu và Trung Quốc đã gây hiệuứng rất xấu cho nền sản xuất công nghiệp toàn cầu, thúc đẩy giá nhôm nguyên liệu lênmức cao nhất trong lịch sử của ngành nhôm thế giới Do chi phí năng lượng trong sảnxuất nhôm nguyên liệu chiếm tỷ lệ cao, nên các chuyên gia dự báo giá nhôm có thể tiếptục tăng lên đến đầu năm 2023 cho đến khi khủng hoảng năng lượng được giải quyết.Tình hình thị trường nhôm còn nhiều diễn biến phức tạp, Hiệp hội nhôm Việt Namkhuyến cáo các nhà sản xuất, các doanh nghiệp trong nước nên khẩn trương tìm kiếm cácnguồn cung nguyên liệu dự phòng, tăng cường hoạt động tái chế nhôm để hỗ trợ một phầnthiếu hụt tạm thời ổn định thị trường trong nước.

lỗ trống và diện tích của độ dày thành xung quanh đối xứng với tâm của đặc điểm khe hởcủa thanh nhôm

Hình 1.3 Hình dạng của thanh rỗng và thanh bán rỗng

- Thanh đặc: không có bất kỳ khoảng rỗng nào bên trong Chúng thường được sử dụngtrong các ứng dụng chịu tải đơn giản, cũng như các thành phần trang trí hoặc chức năngtrong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như xây dựng, đóng khung máy và

tự động hóa

Hình 1.4 Hình dạng thanh đặc

- Thanh định hình kênh (Channel Profile): một trong nhiều hình dạng nhôm đùn, đặc biệt với

bề mặt nhẵn, tuyến tính và hẹp Chúng thường được sử dụng để hỗ trợ việc đóng khung chocác sản phẩm cán định hình và lý tưởng cho các ứng dụng kỹ thuật và kết cấu như khung tòanhà nhẹ, cột đèn, đồ chiếu sáng, khung cửa sổ, cản xe hơi

Hình dạng tùy thuộc vào khuôn sử dụng trong quá trình đùn, cho phép tạo ra nhiều kiểu dángkhác nhau như góc, hình chữ C F H T J U Z, dầm chữ I, ống và thanh Những thanh nhômnày mang tất cả các lợi ích của nhôm, bao gồm khả năng tái chế 100% Chúng không chỉ tiếtkiệm chi phí mà còn rất đa năng, được các kiến trúc sư và nhà thiết kế ưa chuộng sử dụngtrong các thành phần kết cấu cũng như các điểm nhấn để làm nổi bật những điểm đặc sắctrong các công trình xây dựng

Hình 1.5 Các kiểu hình dạng của thanh định hình kênh

- Thanh hình dạng đặc biệt: Các hình dạng phức tạp thường được ứng dụng rộng rãi trongnhiều lĩnh vực như xây dựng, nội thất, ô tô và vận tải Ví dụ, có thể kể đến các đường viềnnhôm có gắn vít, ống thoát nước và bộ phận chắn nước, thanh đùn kính, khung tranh, cấuhình trang trí cho xe cộ, các thành phần góc đặc biệt, tay nắm và lan can bằng nhôm.Những ứng dụng này không chỉ mang lại tính thẩm mỹ mà còn đảm bảo tính năng và độbền cao cho các sản phẩm và công trình.

- Cửa đi và cửa sổ: Khung cửa làm từ nhôm định hình bền bỉ, tiết kiệm chi phí và có khảnăng chống chịu tốt với thời tiết khắc nghiệt, mưa bão quanh năm Ngoài ra, cửa nhômđịnh hình còn hạn chế các tác động thay đổi bề mặt như trầy xước, mài mòn và giảm thiểuhiện tượng cong vênh do quá trình sử dụng lâu dài Khung cửa nhôm cần rất ít bảo trì, dokhả năng chống lại sự thoái hóa vật liệu và rỉ sét Đối với khung cửa sổ thì chuyển độngtrượt sẽ không bị gián đoạn bởi điều kiện môi trường như mưa lớn và nhiệt độ cao

- Lan can: Lan can tòa nhà cần đáp ứng một số tiêu chuẩn an toàn Các thành phần cấutrúc này là một phần của cả các khu phát triển cao tầng và không gian dân cư khiêm tốn.Nhôm là vật liệu rất linh hoạt và dễ uốn Các nhà sản xuất lan can bảo vệ có thể đưa ranhiều kiểu dáng khác nhau trên các thanh nhôm Thanh nhôm có thể được chế tạo để trởthành cột trang trí, thanh ray dưới, hệ thống lưới, trụ cầu thang,

Trong công nghiệp

Nhôm định hình có trọng lượng nhỏ, dễ dàng tháo lắp và khả năng cách nhiệt tốt, không

bị cong vênh hay biến dạng khi gặp lực gió lớn, nhiệt độ cao Do đó, sản phẩm thườngđược ứng dụng trong ngành công nghiệp như:

 Khung máy

 Khung pin năng lượng mặt trời

 Hộp đèn, biển quảng cáo

 Ngành chế tạo, sản xuất phụ kiện như: đai ốc, nắp, vỏ,…

 Băng tải, băng chuyền, giá kệ để hàng, làm việc trong nhà máy, hệ tản nhiệt

 Điện tử gia dụng như: vỏ Điện thoại di động, máy tính bảng, laptop, TV,…

Trong ngành vận tải

Thanh nhôm đóng vai trò quan trọng trong việc giảm trọng lượng xe, do đó cải thiện hiệusuất nhiên liệu và giảm khí thải Chúng được sử dụng trong khung gầm, bộ phận thân xe,lan can và khung trong ô tô, xe tải, tàu hỏa và thậm chí cả các ứng dụng hàng không vũtrụ

- Trục truyền động ô tô: Trục có vẻ ngoài khá đơn giản — trông giống như ống, có vành,trục ống, càng và ổ trục gắn vào Do đó, trục truyền động bằng nhôm nhẹ hơn nhiều sovới các vật liệu như thép chẳng hạn Những chiếc xe có các bộ phận nhẹ hơn mang lại sựgia tăng đáng kể về hiệu suất, khả năng cơ động và tốc độ Trục truyền động có tráchnhiệm cho phép xe chạy êm trên đường Cho phép xe chuyển từ trạng thái tĩnh hoặckhông tải sang trạng thái chuyển động êm hơn Những sự cố về trục truyền động có thểkhiến việc điều khiển xe trở nên khó khăn hoặc hoàn toàn không thể

Trong ngành điện- điện tử

Do nhôm có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời nên các thanh nhôm được sử dụng trong bộ tảnnhiệt, vỏ bọc và khung cho các thiết bị điện tử, đồ dùng tiêu dùng, hệ thống làm mát Cókhả năng thích ứng với mọi môi trường xung quanh, dễ lắp đặt, dễ chế tác và còn không

bị han gỉ, oxy hóa như các kim loại khác như đường dây điện, dây cáp, ống và dây đượclàm từ nhôm, hộp hoặc tủ điều khiển, thiết bị chiếu sáng

- Bộ tản nhiệt: có nhiệm vụ điều chỉnh nhiệt độ của chức năng đốt cháy của động cơ ô tô

Do nhiệt độ và áp suất cao diễn ra trong quá trình đốt cháy, điều quan trọng là bộ tảnnhiệt phải được lắp các bộ phận có khả năng chịu nhiệt Với thanh nhôm định hình, có thểlàm giảm nhu cầu sử dụng nắp chụp trục xe bằng nhựa hoặc gioăng silicon Từ đó, một bộtản nhiệt nhôm được chế tạo liền mạch, linh hoạt, cho phép chất lỏng chảy liên tục Ngoài

ra sử dụng bộ tản nhiệt bằng nhôm giúp tiết kiệm không gian, giảm trọng lượng của động

cơ và áp lực lên chức năng của bộ tản nhiệt

Trong thiết kế nội thất

Nhôm định hình tận dụng ưu điểm của nhôm nhờ đặc tính kim loại mềm, dẻo, dễ chế tác,kiểu dáng gọn nhẹ, dễ lắp ráp lại có tính thẩm mỹ cao với màu vân gỗ truyền thống vàmàu vân gỗ trắng sữa sang trong, so với nhiều loại chất liệu khác thì nội thất nhôm có độbền cao hơn, thích hợp với mọi điều kiện môi trường Trong điều kiện bức xạ mặt trời haymưa axit thì nhôm nội thất cũng khó bị oxi hóa, ố vàng hay lão hóa Khả năng cách nhiệt,cách âm, và chống cháy hiệu quả Dễ dàng vệ sinh, làm sạch với độ bền cao ít hư hỏng vìthế có thể tiết kiệm chi phí khấu hao sản phẩm và bảo dưỡng Một số ứng dụng của thanhnhôm định hình trong thiết kế nội thất:

 Đồ gia dụng và công nghiệp

 Rèm cửa sổ và vòi hoa sen

 Ứng dụng nhôm định hình trong nội thất văn phòng như: Màn hình, ghế, bàn vàvách ngăn

CHƯƠNG 2 NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM

2.1 Giới thiệu về nhôm và hợp kim nhôm

Nhôm (Aluminum) là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Al, số hiệu nguyên tử là 13.Được phân loại trong nhóm 13 (nhóm boron) cùng với các nguyên tố khác như Bor (B),Gallium (Ga), Indium (In) và Thallium (Tl)

Nhôm là kim loại có nhiều nhất trong lớp vỏ Trái đất (8,1%) nhưng hiếm khi được tìmthấy ở dạng không kết hợp trong tự nhiên Nó thường được tìm thấy trong các khoángchất như bauxite (Al2O3.nH2O) và cryolite (3NaF.AlF3 hay Na3AlF6) Những khoáng chấtnày là nhôm silicat Hầu hết nhôm sản xuất thương mại đều được chiết xuất bằng quytrình Hall–Héroult Trong quá trình này, oxit nhôm được hòa tan trong cryolit nóng chảy

và sau đó được khử bằng điện phân thành nhôm nguyên chất Sản xuất nhôm rất tốn nănglượng, 5% điện năng tạo ra ở Mỹ được sử dụng để sản xuất nhôm Tuy nhiên, một khi đãđược tạo ra, nó không dễ bị ăn mòn và có thể dễ dàng tái chế

Hợp kim nhôm là sự kết hợp giữa nhôm và các nguyên tố khác như magie, đồng, mangan,silic, tạo nên vật liệu với đặc tính phù hợp với nhu cầu sử dụng Các hợp kim này được hình thành bằng cách kết hợp với nhôm ở dạng lỏng/nóng chảy với các thành phần khác, sau đó nguội và đông đặc tạo thành vật liệu đồng nhất Các thành phần khác kết hợp với nhôm để tạo thành các hợp kim này có thể chiếm gần 15% tổng khối lượng

Mỗi kim loại kết hợp mang lại những đặc điểm riêng biệt:

 Đồng: Cải thiện độ bền và dễ dàng trong việc tạo hình

 Silic: Tăng độ chảy loãng, hạ nhiệt độ nóng chảy và nâng cao khả năng đúc thànhphẩm

 Mangan: Tăng cường độ bền và độ dẻo dai

 Magiê: Nâng cao độ bền và khả năng chống ăn mòn

 Magiê và Silic: Cải thiện khả năng kéo, tạo hình sản phẩm và tăng cường độ bền

- Khối lượng riêng: 2,7g/cm3.

- Sức bền của nhôm tinh khiết: 7-11 MPa, còn hợp kim nhôm thì độ bền tăng lên từ

200-600 MPa

Nhiệt lượng nóng chảy 10,71 kJ.mol-1

Bảng 2.1 Tính chất vật lý của nhôm

Tính chất hóa học

Nhôm có những tính chất hóa học như sau:

 Tác dụng với muối: Nhôm có thể đẩy được những kim loại đứng sau nó ra khỏi dung dịch muối của chúng

2Al + 3CuSO 4 → Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 Cu

 Tác dụng với không khí: Nhôm không phản ứng với không khí vì bề mặt của nó được phủ một lớp oxit mỏng giúp bảo vệ nhôm khỏi sự tấn công của không khí Tuy nhiên, trong trường hợp lớp oxit bị hỏng thì nhôm sẽ phản ứng với oxy tạo thành oxit lưỡng tính

2Al + 3O 2 → Al 2 O 3

 Tác dụng với phi kim: Tạo ra muối

2Al + 3Cl 2 → Al 2 Cl 3

2Al + 3S → Al 2 S 3

 Tác dụng với nước: Thực tế, nhôm sẽ không phản ứng được với nước bởi chúng sẽđược bảo vệ bởi lớp oxit mỏng Chỉ khi lớp oxit này bị phá vỡ, nguyên tố nhôm sẽphản ứng trực tiếp với nước để tạo ra bazơ và khí hydro.

Độ bền: Nhờ khả năng tự oxy hóa, bề mặt của hợp kim nhôm hình thành một lớp nhôm

oxit dày đặc, giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn trong môi trường không khí Để cảithiện hơn nữa tính năng này, quá trình Anot hóa nhuộm nhôm được thực hiện, giúp tăng

độ dày của lớp nhôm oxit Nhờ đó, các sản phẩm làm từ hợp kim của nhôm như mâmnhôm, ấm đun nước nhôm, chậu nhôm,… có độ bền vượt trội và khả năng chống oxy hóatốt hơn