Ứng dụng của Vật liệu Nhôm trong lĩnh vực Giao thông vận tải (Phần 1)

Phần 1: ỨNG DỤNG CỦA NHÔM TRONG LĨNH VỰC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Tất cả các loại phương tiện, từ xe đạp đến tàu vũ trụ, đều được sản xuất từ nhôm. Nhôm giúp con người di chuyển với tốc độ chóng mặt, băng qua đại dương, bay trên bầu trời và thậm chí rời khỏi Trái đất. Giao thông vận tải là ngành chiếm tỷ trọng tiêu thụ nhôm lớn nhất và không ngừng tăng lên.

1. Ngành hàng không và Vũ trụ

Nhôm được coi là kim loại cho phép con người bay, được mệnh danh là “kim loại có cánh”. Nhẹ, bền vững và linh hoạt – nhôm là vật liệu lý tưởng để chế tạo máy bay.

Nhôm chiếm khoảng 75-80% tổng khối lượng của một chiếc máy bay hiện đại. Các kỹ sư hàng không mong muốn chế tạo những chiếc máy bay càng nhẹ càng tốt nhưng có công suất tối đa, ít tốn nhiên liệu và thân máy không bị rỉ sét theo thời gian. Nhôm là vật liệu đáp ứng tất cả những yêu cầu này. Nhôm được sử dụng trong mọi bộ phận của máy bay: thân máy, cánh, bánh lái, cửa, sàn máy bay, hệ thống ống xả, bộ phận tiếp nhiên liệu, hệ thống thủy lực, trụ cabin, buồng điều khiển, tuabin động cơ, trong khung ghế và các chi tiết trang trí,…

Nhẹ, bền vững và linh hoạt – nhôm là vật liệu lý tưởng để chế tạo máy bay

Với đặc tính nhẹ và bền, nhôm còn là vật liệu không thể thiếu trong ngành hàng không vũ trụ. Thân của vệ tinh đầu tiên do con người chế tạo vào năm 1957 được sản xuất từ hợp kim nhôm. Nhôm chiếm từ 50% đến 90% tổng khối lượng của các tàu vũ trụ hiện đại. Nhôm được sử dụng trong thân của Tàu con thoi, trong kính viễn vọng không gian Hubble, bình nhiên liệu trong tên lửa, đầu tên lửa phóng, các bộ phận của trạm không gian,… Phẩm chất quan trọng của nhôm được ứng dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ là khả năng sức bền vật liệu với cả nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao, trong điều kiện rung lắc mạnh và bức xạ.

Nhôm chiếm từ 50% đến 90% tổng khối lượng của các tàu vũ trụ hiện đại

2. Ngành công nghiệp ô tô

Xe hơi là loại phương tiện phổ biến nhất trên thế giới. Vật liệu chính được sử dụng trong xe ô tô là thép. Tuy nhiên, khi ngành công nghiệp ô tô bắt đầu quan tâm nhiều hơn đến hiệu quả sử dụng nhiên liệu, giảm lượng phát thải khí CO2, nhôm đóng vai trò ngày càng quan trọng trong những chiếc xe ô tô hiện đại.

Ngành công nghiệp ô tô toàn cầu (ngoại trừ Trung Quốc) tiêu thụ 2.87 triệu tấn nhôm năm 2014 và tăng lên khoảng 4.49 triệu tấn vào năm 2020. Các nguyên nhân chính của sự tăng trưởng này bao gồm gia tăng sản xuất ô tô và việc sử dụng nhôm rộng rãi hơn trong sản xuất ô tô.

Mỗi ki-lô-gam nhôm được sử dụng trong ô tô giảm 1 ki-lô-gam trọng lượng chung của xe. Vì lý do này, ngày càng nhiều bộ phận xe ô tô được làm từ nhôm: bộ tản nhiệt động cơ xe, bánh xe, hệ thống treo, khối xi-lanh động cơ, hộp số và các bộ phận trên thân xe như mui xe, cửa và thậm chí cả khung xe. Kết quả là, tỷ trọng nhôm trong trọng lượng tổng thể của một chiếc ô tô trung bình đã không ngừng tăng lên: từ 35 kg vào những năm 1970 lên 152 kg ngày nay. Các chuyên gia dự đoán đến năm 2025, hàm lượng nhôm trung bình trong ô tô sẽ đạt 250 kg.

Mỗi ki-lô-gam nhôm được sử dụng trong ô tô giảm 1 ki-lô-gam trọng lượng chung của xe

Ngoài ra, nhôm có một đặc tính hữu ích là khả năng hấp thụ sốc rất tốt, hiệu quả gấp đôi so với thép. Vì lý do này, các nhà sản xuất ô tô từ lâu đã sử dụng nhôm trong các tấm cản bảo vệ xe. Một lý do khác tại sao thân vỏ xe ô tô làm bằng nhôm vượt trội hơn thép về độ an toàn là vì khi các bộ phận bằng nhôm bị uốn cong hoặc biến dạng cục bộ khi chịu lực tác dụng tại các khu vực va chạm thì các bộ phận còn lại trên thân vỏ xe vẫn giữ nguyên hình dạng ban đầu, đảm bảo an toàn cho các cấu kiện bên trong ô tô.

Các chuyên gia khẳng định rằng trong 10 năm tới, các nhà sản xuất ô tô sẽ mở rộng việc sử dụng nhôm trong các mẫu xe. Đồng thời, các công ty sản xuất ô tô hiện nay đang đàm phán với các công ty sản xuất nhôm để xây dựng các cơ sở sản xuất khép kín. Tại đó, những chiếc xe ô tô mới sẽ được sản xuất từ các bộ phận làm bằng nhôm tái chế, lấy từ những chiếc xe cũ không còn sử dụng. Nếu thành công, đây sẽ là một mô hình sản xuất ô tô thân thiện với môi trường, đảm bảo sự phát triển bền vững.

3. Ngành vận tải đường sắt

Trong ngành công nghiệp đường sắt, nhôm được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống đường sắt tốc độ cao. Tàu cao tốc di chuyển với tốc độ trên 360 km/h và tham vọng sẽ vượt 600 km/h trong tương lai. Vật liệu nhôm sẽ giúp hiện thực hóa tham vọng đó. Nhôm làm giảm trọng lượng của các đoàn tàu do đó làm giảm lực ma sát.

Nhôm được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống đường sắt tốc độ cao

Tàu cao tốc làm từ nhôm được ứng dụng trong hệ thống đường sắt cao tốc TGV của Pháp. TGV là hệ thống tàu tốc hành của Pháp và là mạng lưới đường sắt cao tốc lớn nhất châu Âu. Những chuyến tàu TGV đầu tiên được làm từ thép, nhưng dần dần nhôm đã thay thế thép trong các thế hệ tàu tiếp theo.

4. Ngành vận tải biển

Nhôm cũng là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong ngành vận tải biển với tên gọi “nhôm biển” – thuật ngữ để chỉ hợp kim nhôm-magie. Hợp kim này có khả năng chống ăn mòn vượt trội trong cả môi trường nước ngọt và nước biển.

Nhôm biển ít bị ăn mòn hơn so với thép khoảng 100 lần. Trong năm đầu tiên hoạt động của tàu biển, thép bị ăn mòn với tốc độ 120mm/năm, trong khi nhôm chỉ là 1mm/năm. Nhôm biển cũng có độ bền vượt trội. Một cú va chạm mạnh cũng không thể làm thủng thân vỏ tàu được làm từ nhôm. Khung tàu nhôm giúp cải thiện khả năng đi biển, đảm bảo an toàn và tiết kiệm chi phí bảo trì.

Đó là lý do mà nhôm được sử dụng phổ biến để sản xuất du thuyền, thuyền máy hoặc các dụng cụ sử dụng dưới nước. Theo quy định, đua thuyền được chế tạo từ nhôm giúp chúng có lợi thế về tốc độ. Trong khi đó, các tàu công suất lớn được chế tạo từ thép nhưng cấu trúc thượng tầng và các thiết bị phụ trợ khác được làm từ nhôm để tiết kiệm trọng lượng và tăng khả năng chuyên chở hàng hóa.

Nguồn: Aluminium Leader