Nhôm 1085: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn độ cứng & Ứng dụng

Tổng Quan Toàn Diện

Hợp kim 1085 thuộc dòng hợp kim nhôm 1xxx và được phân loại là nhôm tinh khiết thương mại với hàm lượng nhôm tối thiểu xấp xỉ 99,85%. Là thành viên của nhóm nhôm gần tinh khiết, hợp kim thuộc dòng 1000, trong đó giới hạn tạp chất và lượng hợp kim hóa vi lượng chủ yếu được sử dụng để kiểm soát các tính chất như cấu trúc hạt và khả năng gia công, thay vì để tăng cường độ cơ học dựa trên hợp kim. Các thành phần hợp kim chính là lượng còn lại của sắt và silic, cùng các lượng rất nhỏ đồng, mangan, magiê, kẽm, crôm và titan thường được kiểm soát ở mức rất thấp.

1085 không phải là hợp kim có thể xử lý nhiệt để tăng cường tính cơ học; độ bền cơ học của nó gần như hoàn toàn dựa vào đặc tính dung dịch rắn và quá trình làm cứng nguội qua biến dạng lạnh. Những đặc điểm chính bao gồm độ dẫn điện và dẫn nhiệt xuất sắc, khả năng tạo hình vượt trội ở trạng thái tôi mềm (annealed), cùng khả năng chống ăn mòn tốt trong môi trường khí quyển và môi trường ăn mòn nhẹ. Tính hàn thường rất tốt đối với các quá trình hàn nhiệt chảy khi sử dụng đúng vật liệu bổ sung và kỹ thuật phù hợp, nhưng độ bền cơ học ở vùng hàn chủ yếu do biến dạng cơ sau hàn quyết định, không phải do quá trình già hóa.

Các ngành công nghiệp điển hình sử dụng 1085 bao gồm sản xuất dẫn điện (bus bar, dải, và lá mỏng), các bộ phận trao đổi nhiệt và quản lý nhiệt, bao bì và lá nhôm, cũng như ứng dụng kiến trúc nơi tính dẻo dai và chống ăn mòn được ưu tiên hơn độ bền tối đa. Kỹ sư thiết kế lựa chọn 1085 khi độ dẫn và khả năng tạo hình được ưu tiên hơn so với độ bền cao hơn của các vật liệu hợp kim hoặc có thể xử lý nhiệt; độ tinh khiết của nó mang lại hành vi chống ăn mòn dự đoán được và ổn định về kích thước trong các công đoạn tạo hình và ghép nối.

Biến Thể Nhiệt Độ (Temper)

Temper	Cấp Độ Bền	Độ Dãn Dài	Khả Năng Tạo Hình	Độ Hàn	Ghi Chú
O	Thấp	Cao	Xuất sắc	Xuất sắc	Tôi mềm hoàn toàn, độ dẻo tối đa cho dập sâu
H12	Thấp-Trung bình	Trung bình-Cao	Rất tốt	Xuất sắc	Làm cứng cơ nhẹ, giữ được khả năng tạo hình tốt
H14	Trung bình	Trung bình	Tốt	Xuất sắc	Temper làm cứng thương mại phổ biến cân bằng giữa độ bền và khả năng tạo hình
H16	Trung bình-Cao	Trung bình-Thấp	Tạm	Xuất sắc	Làm cứng cơ cao hơn để tăng cường độ bền khi chấp nhận khả năng tạo hình trung bình
H18	Cao	Thấp	Hạn chế	Xuất sắc	Gần như làm cứng tối đa, dùng cho dải và lá mỏng cần độ bền cao
H19	Rất Cao	Rất Thấp	Kém	Xuất sắc	Quá trình làm cứng cơ tối đa thương mại áp dụng cho hợp kim không thể xử lý nhiệt

Việc lựa chọn biến thể nhiệt độ kiểm soát sự cân bằng giữa độ dẻo và độ bền chủ yếu thông qua quá trình làm cứng nguội. Temper tôi mềm (O) tối đa hóa độ dãn dài và khả năng tạo hình cho các quy trình dập sâu, quay tròn, và uốn cong nghiêm trọng; các temper H tăng dần làm tăng giới hạn chảy và độ bền kéo bằng biến dạng lạnh có kiểm soát đồng thời giảm dần độ dãn dài.

Đối với các chi tiết đã gia công mà cần tạo hình lại hoặc biến dạng lạnh mạnh sau hàn, thường quy định temper O hoặc temper H nhẹ trước khi tạo hình; các tính chất cơ học cuối cùng thường đạt được bằng cách chọn mức độ làm cứng nguội phù hợp trong temper H được chọn thay vì xử lý nhiệt.

Thành Phần Hóa Học

Nguyên Tố	Phạm Vi %	Ghi Chú
Si	0,05 tối đa	Si thấp được kiểm soát để giảm hiện tượng đúc và ảnh hưởng tạp chất
Fe	0,25 tối đa	Tạp chất chính; ảnh hưởng đến độ bền và cấu trúc hạt
Mn	0,05 tối đa	Thường không đáng kể; có thể ảnh hưởng đến ổn định hạt nếu có mặt
Mg	0,05 tối đa	Giữ mức thấp để tránh hiện tượng tạo kết tủa tăng cường
Cu	0,05 tối đa	Kiểm soát thấp để giữ khả năng chống ăn mòn và dẫn điện
Zn	0,05 tối đa	Mức thấp để tránh ảnh hưởng điện hóa và độ bền
Cr	0,05 tối đa	Kiểm soát vi lượng để tinh luyện hạt trong một số phương pháp sản xuất
Ti	0,03 tối đa	Sử dụng ở lượng nhỏ để tinh luyện hạt trong khối đúc hoặc cán
Khác	Từng nguyên tố 0,03 tối đa; tổng cộng 0,15 tối đa	Giới hạn các nguyên tố còn lại để duy trì độ tinh khiết cao của Al

1085 thực chất là hợp kim nhôm cân bằng với hàm lượng Al khoảng tối thiểu 99,85%, phần còn lại là tạp chất vi lượng. Mức Si và Fe thấp chủ yếu ảnh hưởng đến cấu trúc hạt đúc và khả năng tạo hình ban đầu, trong khi kiểm soát nghiêm ngặt Cu, Mg và Zn bảo toàn khả năng dẫn điện và chống ăn mòn. Thêm một lượng nhỏ Ti và Cr thường được sử dụng để tinh luyện hạt trong quá trình đúc và cán, cải thiện chất lượng bề mặt và tính nhất quán cơ học mà không làm thay đổi đáng kể tính chất của nhóm hợp kim.

Tính Chất Cơ Học

Với tư cách là nhôm gần tinh khiết, 1085 có giới hạn chảy và độ bền kéo thấp ở trạng thái tôi mềm hoàn toàn và thể hiện sự gia tăng đáng kể độ bền qua làm cứng nguội (các biến thể temper H). Đặc tính kéo thể hiện giới hạn đàn hồi thấp và độ dẻo cao ở temper O; đông thời giới hạn chảy và độ bền kéo tăng theo mức độ làm cứng cơ cao hơn trong khi độ dãn dài giảm đi. Do không có hiện tượng làm cứng kết tủa nên không có phương pháp xử lý nhiệt để tăng đáng kể độ bền tối đa; hiệu suất cơ học do vậy phụ thuộc vào quy trình và có thể lặp lại thông qua kiểm soát temper.

Độ cứng tỉ lệ thuận gần như song song với độ bền kéo và mức độ làm cứng nguội; độ cứng Brinell hoặc Vickers điển hình tăng tuyến tính với biến dạng cơ học. Độ bền mỏi của 1085 ở mức trung bình — phù hợp cho nhiều ứng dụng chịu tải xoay vòng thấp — nhưng giới hạn mỏi thấp hơn so với các hợp kim nhôm kết cấu có hợp kim; tuổi thọ mỏi được cải thiện khi bề mặt mịn và qua các xử lý ứng suất bề mặt nén. Ảnh hưởng độ dày rõ rệt: lá mỏng và dải mỏng chịu được mức độ làm cứng lạnh cao hơn để tăng cường độ và thể hiện độ cứng bề mặt thanh cao hơn theo đơn vị biến dạng, trong khi các tiết diện dày hơn cần biến dạng nhiều hơn để đạt độ bền tương đương nhưng vẫn giữ được độ dai cao hơn ở lõi.

Tính Chất	O/Tôi mềm	Temper Chính (ví dụ H14)	Ghi Chú
Độ Bền Kéo	~60–90 MPa	~120–170 MPa	Giá trị phụ thuộc độ dày và biến dạng lạnh chính xác; H16/H18 cao hơn
Giới Hạn Chảy	~20–40 MPa	~80–140 MPa	Giới hạn chảy tăng theo temper H; thấp ở trạng thái tôi mềm
Độ Dãn Dài	~35–45%	~8–25%	Các cấp tôi mềm có độ dẻo cao; temper H làm giảm độ dãn dài
Độ Cứng	~15–25 HB	~30–50 HB	Độ cứng Brinell ước lượng; biến thiên theo biến dạng và độ dày

Tính Chất Vật Lý

Tính Chất	Giá Trị	Ghi Chú
Mật Độ	2,71 g/cm³	Thông thường cho hợp kim nhôm; ảnh hưởng đến thiết kế yêu cầu khối lượng nhẹ
Khoảng Nhiệt Độ Nóng Chảy	~660 °C	Điểm nóng chảy nhôm gần tinh khiết ~660,3 °C
Độ Dẫn Nhiệt	~220–235 W/m·K	Độ dẫn nhiệt cao, hữu ích cho thiết bị tản nhiệt và trao đổi nhiệt
Độ Dẫn Điện	~60–65% IACS	Khả năng dẫn điện rất tốt nhờ độ tinh khiết cao
Nhiệt Dung Riêng	~900 J/kg·K	Ước lượng ở nhiệt độ phòng; hữu ích cho các tính toán nhiệt
Hệ Số Phản Ứng Nhiệt	~23,0 ×10^-6 /K	Hệ số giãn nở tuyến tính điển hình cho hợp kim nhôm

1085 có độ dẫn nhiệt và dẫn điện cao là những thuộc tính kỹ thuật quan trọng nhất, giúp nó trở thành vật liệu ưu tiên cho các bộ phận điện và quản lý nhiệt. Mật độ tương đối thấp kết hợp với tính chất nhiệt tốt cung cấp khả năng dẫn điện và khả năng lưu trữ nhiệt riêng biệt cho các hệ thống nhiệt nhẹ. Kỹ sư thiết kế cần tính đến hệ số giãn nở nhiệt tương đối cao của nhôm khi lắp ráp với các vật liệu khác nhau; việc chừa khoảng dãn nở và phương pháp ghép nối phù hợp sẽ giúp giảm thiểu vấn đề giãn nở nhiệt không đồng nhất.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Độ Dày/Kích Thước Điển Hình	Đặc Tính Cơ Lực	Độ Cứng Thông Thường	Ghi Chú
Tấm	0.2 mm – 6 mm	Tấm mỏng đáp ứng nhanh với quá trình làm nguội lạnh	O, H12, H14, H16	Được sử dụng rộng rãi cho mặt dựng kiến trúc, cánh tản nhiệt
Thép Tấm Dày	>6 mm	Tấm dày cần làm nguội nhiều hơn để đạt độ cứng tương tự	O, H14, H16	Ít phổ biến; sử dụng khi cần độ cứng và dẫn nhiệt cao hơn
Hợp Kim Đùn	Độ dày thành ống thay đổi	Đùn có thể cung cấp ở trạng thái O hoặc làm cứng nhẹ do biến dạng	O, H12	Dùng cho thanh bus và biên dạng nơi cần dẫn điện cao
Ống	Đường kính thay đổi; thành ống 0.3–5 mm	Ống thành mỏng có tính chất tạo hình tương tự như tấm	O, H14	Ống tản nhiệt và ống dẫn dạng lạnh
Thanh/Que	Đường kính đến khoảng 50 mm	Thanh có thể tăng cường độ bền qua kéo/nung lăn	O, H16	Ứng dụng thương mại hạn chế so với hợp kim cường độ cao hơn

Tấm và lá mỏng là dạng sản phẩm chủ đạo cho 1085 do ứng dụng phổ biến trong dẫn điện, lá mỏng, và bộ tản nhiệt; việc cán mỏng dễ dàng trong trạng thái ủ mềm. Sản phẩm đùn và ống được sản xuất khi cần hình học mặt cắt đặc thù cho thanh bus, cánh tản nhiệt, hay ống dẫn; các sản phẩm này tận dụng khả năng dẫn điện và tính tạo hình của hợp kim thay vì khả năng chịu lực cấu trúc. Tấm dày và thanh ít phổ biến hơn nhưng có sẵn khi cần tiết diện lớn với khả năng dẫn điện và chống ăn mòn tốt.

Các Mác Tương Đương

Tiêu Chuẩn	Mác	Khu Vực	Ghi Chú
AA	1085	USA	Định danh ASTM/AA cho nhôm tinh khiết thương mại (~99.85% Al)
EN AW	1085	Châu Âu	Số hiệu EN đôi khi được ghi là "EN AW-1085" tương đương
JIS	A1085	Nhật Bản	Nhóm JIS tương đương cho nhôm rèn tinh khiết rất cao
GB/T	Al99.85	Trung Quốc	Tiêu chuẩn Trung Quốc thường ghi theo độ tinh khiết danh nghĩa, Al≥99.85

Các mác tương đương giữa các tiêu chuẩn chủ yếu phản ánh cùng thành phần hóa học tinh khiết cao và đặc trưng cơ học tương tự; khác biệt chủ yếu nằm ở giới hạn tạp chất cho phép, yêu cầu thử nghiệm chứng nhận và các nguyên tố vết cho phép từng tổ chức tiêu chuẩn. Người mua nên tham khảo cụ thể tài liệu kỹ thuật vật liệu và chứng chỉ từ nhà máy vì mức tối đa cho phép đối với các nguyên tố như Fe và Si cũng như phương pháp thử cơ học định nghĩa có thể hơi khác biệt giữa các tiêu chuẩn, ảnh hưởng đến tính phù hợp với các ứng dụng yêu cầu nghiêm ngặt về điện hoặc chống ăn mòn.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

1085 thể hiện khả năng chống ăn mòn khí quyển tổng thể xuất sắc nhờ màng oxit nhôm mỏng, bám dính tốt hình thành nhanh chóng ngăn chặn sự ăn mòn tiếp diễn. Trong môi trường biển, hợp kim vận hành chấp nhận được khi sử dụng ở dạng khối và thường dùng cho các chi tiết không chịu tải cơ cấu, tải nhẹ; việc rửa sạch bằng nước ngọt định kỳ và phủ lớp bảo vệ được áp dụng để giảm hiện tượng ăn mòn đột ngột do ion Cl- trên các cạnh tiếp xúc hoặc bề mặt gia công. Hàm lượng hợp kim thấp và không có đồng hay kẽm đáng kể làm giảm khả năng ăn mòn cục bộ so với một số hợp kim cường độ cao hơn.

Khả năng nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) của 1085 thấp khi so sánh với hợp kim Al-Zn-Mg cường độ cao hoặc một số hợp kim chứa Cu, một phần do độ bền kéo còn lại thấp và độ dẻo cao. Tuy nhiên, cần lưu ý các vấn đề ăn mòn điện hóa: nhôm thuộc điện cực dương so với phần lớn thép không gỉ và đồng, nên trong cụm lắp ráp kim loại khác loại, cần sử dụng lớp cách điện hoặc thiết kế điện cực hy sinh để tránh ăn mòn tăng tốc khi có mạch điện phân nối thông. So với các họ 5xxx (Al-Mg) hoặc 6xxx (Al-Mg-Si), 1085 hy sinh phần nào sức mạnh kết cấu để đổi lấy khả năng chống ăn mòn đồng đều tốt hơn và dẫn điện cao hơn trong các ứng dụng điện.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

1085 hàn rất tốt bằng các phương pháp hàn nhiệt fusion truyền thống như TIG và MIG; hàm lượng hợp kim thấp hạn chế tình trạng nứt nóng. Kim loại phụ khuyến nghị cho kết nối chịu cơ cấu hoặc dẫn điện thường là nhôm tinh khiết thương mại thuộc nhóm ER1100/ER1050 hoặc kim loại phụ Al-Si (ER4043) khi yêu cầu độ lưu động cao và giảm độ xốp. Vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn không được tăng cường độ qua quá trình già hóa kết tủa, nên thiết kế mối hàn và xử lý làm nguội lạnh tiếp theo sẽ quyết định hiệu suất cơ học cuối cùng; việc làm sạch oxit và bảo vệ khí rất quan trọng để giảm hấp thụ hydro và xốp trong mối hàn.

Khả năng gia công cơ khí

Gia công cơ khí 1085 thuộc mức trung bình đến khó do tính dẻo cao và dễ dính máy so với hợp kim dễ cắt. Vật liệu dao cắt ưu tiên là carbide sắc hoặc gốm với góc nghiêng dương và làm mát mạnh để tống phoi và tránh bám dính. Tốc độ cắt thường phải điều chỉnh thấp hơn hợp kim nhôm chứa silicon vì 1085 không có các hạt pha cứng giúp phân đoạn phoi; lượng chạy dao và chiều sâu cắt được kiểm soát để tạo phoi liên tục, tránh hiện tượng làm cứng bề mặt cắt.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình là một trong những ưu điểm chính của 1085; ở trạng thái O, hợp kim rất tốt cho các quy trình dập sâu, uốn cong và xoay, có thể đạt bán kính uốn nhỏ chặt. Bán kính nhỏ nhất bên trong uốn trong trạng thái O có thể đạt khoảng 0.25–0.5× độ dày vật liệu tùy vào dụng cụ và tình trạng bề mặt, trong khi các trạng thái cứng hơn như H16/H18 yêu cầu bán kính uốn lớn hơn hoặc gia nhiệt cục bộ. Gia công nguội tăng cường độ nhưng giảm khả năng tạo hình, do đó quy trình sản xuất thường thực hiện tạo hình ở trạng thái ủ mềm, sau đó làm cứng do biến dạng nếu cần đạt cường độ cuối cùng.

Hành Vi Xử Lý Nhiệt

Vì 1085 gần như là nhôm tinh khiết, nên không có phản ứng với các chu trình xử lý nhiệt luyện cổ điển như tôi dung dịch và lão hóa nhân tạo áp dụng cho hợp kim nhiệt luyện. Không có chu trình T-temp khả thi để tăng cường độ thông qua hiện tượng kết tủa. Việc điều chỉnh cường độ được thực hiện bằng gia công nguội (cán nguội, kéo, kéo căng) và ủ để phục hồi dẻo dai. Ủ hoàn toàn (trạng thái O) thường được thực hiện bằng cách gia nhiệt đến khoảng 350–415 °C tùy hình dạng chi tiết, sau đó làm nguội có kiểm soát nhằm đạt độ mềm và dẻo tối đa.

Không áp dụng trạng thái T; thay vào đó, nhà sản xuất quy định các trạng thái H định nghĩa mức độ và phương pháp gia công nguội cũng như xử lý ổn định. Chu trình ủ được sử dụng trong sản xuất để loại bỏ hiện tượng làm cứng do gia công trước khi tiếp tục tạo hình hoặc hoàn thiện; kiểm soát quá trình chặt chẽ để tránh hiện tượng hạt tăng trưởng gây ảnh hưởng bề mặt, đặc biệt với ứng dụng lá mỏng và tấm mỏng.

Hiệu Suất Ở Nhiệt Độ Cao

1085 giảm nhanh cường độ cơ học khi nhiệt độ tăng trên môi trường xung quanh; giảm mạnh giới hạn chảy và bền kéo xảy ra ở khoảng 150–200 °C, do đó không phù hợp cho các ứng dụng cấu trúc nhiệt độ cao. Khả năng chống oxy hóa vẫn tốt ở nhiệt độ vừa phải nhờ màng Al2O3 bảo vệ, nhưng tiếp xúc lâu dài ở nhiệt độ cao có thể gây tăng kích thước hạt và làm giảm tính năng cơ học cũng như bề mặt. Trong kết cấu hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt không tăng cường độ mà chỉ mềm đi do ủ cục bộ ở nhiệt độ cao, điều này ảnh hưởng đến khả năng chịu tải trong vận hành.

Trong ứng dụng quản lý nhiệt, 1085 duy trì độ dẫn điện xuất sắc ở nhiệt độ cao so với nhiều hợp kim khác, nhưng nhà thiết kế cần xem xét biến dạng chảy và mất sức bền dưới tải kéo dài; nhiệt độ làm việc liên tục thực tế để đảm bảo độ bền cơ học thường được giữ dưới 125–150 °C trừ khi áp dụng các biên độ thiết kế bảo thủ.

Ứng Dụng

Ngành	Ví Dụ Chi Tiết	Lý Do Sử Dụng 1085
Ô tô	Cánh tản nhiệt / cánh bộ trao đổi nhiệt	Độ dẫn nhiệt cao và khả năng tạo hình tốt cho khoảng cách cánh tản nhỏ
Hàng hải	Phụ kiện trang trí, ống dẫn	Chống ăn mòn và dễ gia công trong môi trường ẩm ướt
Hàng không vũ trụ	Vỏ bọc không cấu trúc, tấm chắn EMI	Độ dẫn điện cao và trọng lượng thấp để chắn điện từ và tản nhiệt
Điện tử	Thanh bus, bộ tản nhiệt, lá mỏng	Khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tuyệt vời, dễ tạo hình
Đóng gói	Lá mỏng và bao bì mềm dẻo	Độ tinh khiết và tính dẻo cao cho sản xuất lá mỏng

1085 đặc biệt phù hợp với các chi tiết mà tính dẫn điện và tạo hình được ưu tiên hơn yêu cầu cường độ kết cấu cao. Sự kết hợp giữa mật độ thấp, độ dẫn cao và độ dẻo tốt cho phép sản xuất hiệu quả các chi tiết mỏng, cánh tản và lá mỏng. Khả năng chống ăn mòn dự đoán được và tính hàn tốt khiến hợp kim này là lựa chọn kinh tế cho nhiều môi trường làm việc.

Gợi Ý Lựa Chọn

Chọn 1085 khi độ dẫn điện hoặc nhiệt và khả năng dập sâu là yếu tố thiết kế chính, đồng thời chỉ yêu cầu cường độ cơ khí vừa phải. Hợp kim này có dẫn điện tốt hơn và đồng đều chống ăn mòn cải thiện nhẹ so với 1100 với tính tạo hình tương đương; thường được chọn khi cần nâng cao nhỏ độ tinh khiết và dẫn điện mà không cần chuyển sang hợp kim đặc biệt.

So với các hợp kim làm cứng biến dạng phổ biến như 3003 hoặc 5052, 1085 đánh đổi độ bền kết cấu thấp hơn để có khả năng dẫn điện cao hơn và khả năng chống ăn mòn tổng thể tốt hơn một chút trong một số môi trường. Kỹ sư chọn 1085 khi ưu tiên khả năng dẫn điện hoặc ứng dụng lá mỏng, và khi việc làm cứng biến dạng (độ cứng H) có thể cung cấp độ bền cần thiết mà không cần bổ sung hợp kim.

So với các hợp kim có thể xử lý nhiệt như 6061 hoặc 6063, 1085 được ưu tiên về khả năng dẫn điện, tính tạo hình và đồng nhất về khả năng chống ăn mòn mặc dù có độ bền cực đại thấp hơn nhiều. Sử dụng 1085 cho các bộ phận nhiệt và điện, hoặc khi cần độ dẻo cực cao; chọn các hợp kim dòng 6xxx khi yêu cầu tải trọng kết cấu cao hơn hoặc tỷ lệ đặc trưng giữa bền so với khối lượng cụ thể.

Tóm tắt cuối

Hợp kim 1085 vẫn là vật liệu có giá trị trong kỹ thuật hiện đại khi yêu cầu độ tinh khiết nhôm rất cao, khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt xuất sắc, cùng với độ dẻo vượt trội. Hành vi cơ học dự đoán được dựa trên cơ chế làm cứng biến dạng cùng với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời làm cho nó trở thành lựa chọn kinh tế và đáng tin cậy cho các chi tiết dẫn điện, quản lý nhiệt và các chi tiết gia công mỏng trong nhiều ngành công nghiệp.