Nhôm 1200: Thành phần, Tính chất, Hướng dẫn nhiệt xử lý & Ứng dụng

Tổng Quan Toàn Diện

Hợp kim 1200 thuộc dòng hợp kim nhôm 1xxx, được phân loại là nhôm thương mại nguyên chất với hàm lượng nhôm tối thiểu khoảng 99,0%. Dòng 1xxx đặc trưng bởi hàm lượng hợp kim rất thấp, với tính chất chủ yếu do kim loại cơ bản quyết định chứ không phải do các thành phần làm cứng bổ sung. Các nguyên tố hợp kim phụ điển hình trong 1200 là sắt và silic làm tạp chất, cùng với lượng rất nhỏ đồng, mangan, magiê, kẽm và titan được kiểm soát chặt chẽ.

1200 là hợp kim không thể xử lý nhiệt để tăng cứng mà độ bền cơ học phần lớn được phát triển thông qua quá trình biến dạng lạnh (làm cứng biến dạng) và kiểm soát trạng thái tôi luyện. Hợp kim này cung cấp khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt xuất sắc, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nhiều môi trường, độ tạo hình vượt trội và tính hàn rất tốt. Hạn chế chính của nó là độ bền tuyệt đối thấp và giảm sức bền mỏi so với các hệ hợp kim có pha làm cứng có chủ ý.

Các ngành công nghiệp thường sử dụng 1200 bao gồm dây dẫn điện và thanh dẫn điện, thiết bị trao đổi nhiệt và quản lý nhiệt, thiết bị chế biến hóa chất và thực phẩm, các bộ phận kiến trúc và trang trí, cũng như lá mỏng dùng trong bao bì. Kỹ sư chọn 1200 khi ưu tiên cao tính dẫn điện, khả năng chống ăn mòn tối đa và dễ gia công tạo hình hơn là đạt cường độ cao, hoặc khi yêu cầu độ tinh khiết hóa học để tương thích với các môi trường xử lý.

Các Biến Thể Trạng Thái Tôi

Trạng thái	Cấp độ bền	Độ dãn dài	Khả năng tạo hình	Tính hàn	Ghi chú
O	Thấp	Cao	Tuyệt vời	Tuyệt vời	Trạng thái ủ hoàn toàn, độ dẻo dai tối đa
H12	Thấp–Trung bình	Cao	Rất tốt	Tuyệt vời	Bán cứng biến dạng, vẫn giữ khả năng tạo hình tốt
H14	Trung bình	Trung bình	Tốt	Tuyệt vời	Trạng thái làm lạnh thương mại điển hình
H16	Trung bình–Cao	Trung bình	Khá–Tốt	Tuyệt vời	Làm lạnh nhiều hơn để tăng bền
H18	Cao	Thấp	Hạn chế	Tuyệt vời	Làm lạnh nhiều nhất để đạt bền tối đa không xử lý nhiệt
H22 / H24	Trung bình	Trung bình	Tốt	Tuyệt vời	Làm cứng biến dạng + ổn định để duy trì tính chất
H111	Thấp–Trung bình	Cao	Rất tốt	Tuyệt vời	Trạng thái làm cứng biến dạng không đều hoặc nhẹ

Trạng thái tôi luyện trực tiếp điều khiển sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo vì 1200 không thể tăng cứng bằng kết tủa. Trạng thái làm lạnh nhiều (H16, H18) nâng cao giới hạn chảy và giới hạn bền kéo nhưng giảm độ dãn dài và khả năng tạo hình. Vật liệu đã ủ (O) cung cấp độ kéo giãn và dẻo dai tốt nhất cho các quá trình tạo hình sâu và quay.

Thành Phần Hóa Học

Nguyên tố	Phạm vi %	Ghi chú
Al	Cân bằng (~99,00 tối thiểu)	Thành phần chính; quyết định khả năng dẫn điện và chống ăn mòn
Si	≤ 0,30	Tạp chất; ảnh hưởng nhỏ đến độ bền và khả năng đúc
Fe	≤ 0,30	Tạp chất phổ biến; có thể tạo hợp kim thứ hai ảnh hưởng đến độ dẻo và dẫn điện
Mn	≤ 0,03	Thông thường ở mức vết; ảnh hưởng nhỏ đến độ bền
Mg	≤ 0,03	Chỉ có lượng rất nhỏ; không phải là thành phần làm cứng chủ ý trong 1200
Cu	≤ 0,05	Giữ ở mức rất thấp để duy trì khả năng chống ăn mòn và dẫn điện
Zn	≤ 0,03	Trace; mức cao hơn sẽ giảm hiệu suất chống ăn mòn
Ti	≤ 0,03	Thỉnh thoảng được thêm làm tinh chế hạt trong gia công; thường rất thấp
Các nguyên tố khác (mỗi loại)	≤ 0,05	Tổng các nguyên tố khác giữ thấp để duy trì độ tinh khiết

Thành phần nhấn mạnh độ tinh khiết của nhôm để tối đa hóa khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện cũng như đảm bảo khả năng chống ăn mòn xuất sắc. Hàm lượng nhỏ sắt và silic hiện diện như các tạp chất không tránh khỏi từ quá trình luyện kim và tái chế; chúng có thể tạo hạt hợp kim thứ hai rất nhỏ ảnh hưởng nhẹ đến tính chất cơ học và độ tạo hình. Việc kiểm soát đồng và kẽm rất quan trọng vì ngay cả sự tăng nhỏ các nguyên tố này cũng làm giảm khả năng chống ăn mòn và dẫn điện.

Tính Chất Cơ Học

Trong trạng thái đã ủ (O), 1200 thể hiện giới hạn bền kéo và giới hạn chảy thấp nhưng độ dãn dài và độ dai va đập rất cao, thuận lợi cho các quá trình dập sâu và tạo hình. Độ bền kéo điển hình ở trạng thái O khá khiêm tốn và khác nhau tùy theo chiều dày và lịch sử gia công; tấm và lá đặc biệt có thể có các chuẩn cơ sở khác. Khả năng chống mỏi của 1200 đã ủ bị hạn chế bởi độ bền tĩnh thấp nhưng được cải thiện nhờ độ dẻo tốt và không có các hạt pha thứ hai lớn.

Gia công nguội làm tăng đáng kể giới hạn chảy và giới hạn bền kéo nhưng đánh đổi bằng giảm độ dãn dài và khả năng tạo hình. Vì hợp kim chủ yếu là nhôm nguyên chất, sự gia tăng độ bền kéo qua làm cứng biến dạng rất dễ dự đoán và hữu ích để điều chỉnh hiệu suất chi tiết mà không cần xử lý nhiệt. Độ cứng tương quan chặt chẽ với trạng thái tôi và mức gia công nguội; vật liệu đã ủ đo được cứng thấp trên thang Brinell hoặc Vickers trong khi trạng thái H cho giá trị cứng cao hơn tương ứng.

Chiều dày và lịch sử gia công ảnh hưởng đến hành vi cơ học: các tấm mỏng thường thể hiện độ bền biểu kiến cao hơn do ứng suất gia công và làm cứng trong quá trình cán. Điều kiện bề mặt, ứng suất dư từ quá trình tạo hình và sự hiện diện của các hạt hợp kim thứ hai do tạp chất cũng điều chỉnh việc khởi phát và phát triển vết mỏi khi sử dụng.

Tính chất	O/Đã ủ	Trạng thái chính (H14)	Ghi chú
Giới hạn bền kéo	~70–120 MPa	~120–160 MPa	Phạm vi rộng do chiều dày và quá trình; H14 là trạng thái thương mại phổ biến
Giới hạn chảy	~20–50 MPa	~50–110 MPa	Giới hạn chảy tăng đáng kể khi làm cứng biến dạng
Độ dãn dài	~30–45%	~10–30%	Độ dãn giảm khi trạng thái làm cứng tăng
Độ cứng (HB)	~13–25 HB	~25–45 HB	Độ cứng tăng với gia công nguội; giá trị dao động tùy phương pháp đo

Tính Chất Vật Lí

Tính chất	Giá trị	Ghi chú
Mật độ	2,71 g/cm³	Phù hợp với các hợp kim nhôm thương mại nguyên chất
Phạm vi nóng chảy	~ 660 °C	Điểm nóng chảy và kết tinh của nhôm quanh 660 °C
Độ dẫn nhiệt	~220–235 W/m·K (ở 25 °C)	Độ dẫn nhiệt rất cao; phụ thuộc vào độ tinh khiết và trạng thái tôi
Độ dẫn điện	~58–62 % IACS	Một trong những mức cao nhất trong các hợp kim nhôm thương mại
Nhiệt dung riêng	~0,897 J/g·K	Nhiệt dung riêng điển hình của nhôm ở nhiệt độ môi trường
Hệ số giãn nở nhiệt	~23–24 ×10^-6 /K (20–100 °C)	Hệ số vừa phải; liên quan đến thiết kế chịu nhiệt chu kỳ

Bộ tính chất vật lý của 1200—đặc biệt là dẫn nhiệt và dẫn điện—là lý do chọn hợp kim này cho các ứng dụng tản nhiệt, thanh dẫn và dây dẫn. Khả năng dẫn điện cao là kết quả trực tiếp của hàm lượng Al cao và mức tạp chất thấp. Mật độ và hệ số giãn nở nhiệt tương tự các hợp kim nhôm khác, do đó cân nhắc về trọng lượng và biến dạng nhiệt theo các tiêu chuẩn thiết kế nhôm thông thường.

Dạng Sản Phẩm

Dạng	Độ dày/Kích thước điển hình	Hành vi bền	Trạng thái tôi phổ biến	Ghi chú
Tấm	0,2 mm – 6 mm	Làm cứng biến dạng hoặc đã ủ	O, H12, H14, H16	Phổ biến cho vỏ bọc, cánh tản nhiệt, lớp bảo vệ
Đĩa (Plate)	>6 mm (giới hạn)	Độ bền thấp hơn cho các tiết diện lớn	O, H111	Hiếm khi dùng 1200 cho đĩa dày do bền thấp
Đùn	Hình dạng tiết diện đến ~150 mm	Độ bền phụ thuộc vào gia công nguội sau đùn	O, H112, H22	Dùng cho thanh dẫn và hình dạng đặc biệt yêu cầu độ tinh khiết
Ống	Ống mỏng và trung bình	Hành vi tương tự tấm; có thể làm cứng biến dạng	O, H14	Dùng trong bộ trao đổi nhiệt và xử lý lưu chất
Thanh/Cây	Đường kính từ vài mm trở lên	Kéo nguội tăng độ bền	O, H14, H18	Phổ biến cho thanh dẫn và vật liệu tạo hình

Phương pháp tạo hình, độ dày và mục đích sử dụng cuối quyết định dạng sản phẩm và trạng thái tôi phù hợp được lựa chọn. Giấy bạc và lá mỏng tận dụng độ dẻo và tính dẫn điện của hợp kim trong ứng dụng nhiệt và bao bì. Đùn và thanh được sử dụng nơi cần độ tinh khiết hoặc dẫn điện cắt ngang; trong các dạng này, gia công nguội sau đùn thường áp dụng để đạt hiệu suất cơ học mong muốn.

Các Mác Tương Đương

Tiêu chuẩn	Mác	Khu vực	Ghi chú
AA	1200	USA	Chỉ định ASTM/AA cho nhôm thương mại tinh khiết (~99.0% Al)
EN AW	1200 / Al99.0	Châu Âu	Chỉ định EN tương đương hóa học với AA1200; sử dụng trong chuỗi cung ứng châu Âu
JIS	A1080 / A1050 (gần nhất)	Nhật Bản	Dòng JIS có các mác thương mại tinh khiết liên quan gần; giới hạn tạp chất có thể khác
GB/T	1200 (Al99.0)	Trung Quốc	Tiêu chuẩn Trung Quốc liệt kê mác Al99.0 tương đương AA1200

Việc đối chiếu giữa các tiêu chuẩn chỉ là xấp xỉ vì mỗi tiêu chuẩn quốc gia định nghĩa giới hạn tạp chất và các nguyên tố nhỏ khác nhau đôi chút. Trong thực tế, AA1200, EN AW-1200 và GB/T 1200 đều chỉ các mác nhôm thương mại tinh khiết có hiệu năng tương tự, trong khi JIS dùng các chỉ định gần (ví dụ A1050/A1080) cho nhôm tinh khiết rất cao. Người mua nên so sánh chứng chỉ tiêu chuẩn về thành phần và yêu cầu kiểm tra cơ học để xác định chính xác khi chọn theo từng khu vực.

Khả Năng Chống Ăn Mòn

1200 thể hiện khả năng chống ăn mòn khí quyển tổng thể rất tốt nhờ hàm lượng nhôm cao và sự hình thành lớp oxit nhôm ổn định, bảo vệ. Trong môi trường công nghiệp ô nhiễm và nhiều vùng nông thôn, nó rất bền bỉ, ít bị ăn mòn dạng điểm so với các nhôm hợp kim cao hơn, nơi pha thứ hai có thể là điểm bắt đầu ăn mòn. Độ tinh khiết của 1200 giảm thiểu sự kết hợp galvanic bên trong vật liệu và hạn chế mòn ưu tiên dưới nhiều điều kiện.

Trong môi trường biển và tiếp xúc clo, 1200 hoạt động tốt cho nhiều điều kiện sử dụng nhưng vẫn có thể bị mòn dạng điểm cục bộ trong nước mặn tù đọng, nồng độ clo cao. So với hợp kim 5xxx (chứa Mg), 1200 có khả năng chống một số kiểu ăn mòn vượt trội do không có pha chứa Mg, dù 5xxx có thể có độ bền cơ học cao hơn. Rạn nứt ăn mòn ứng suất (SCC) không phải vấn đề lớn với 1200 vì nó không xử lý nhiệt được và không có cấu trúc kết tủa gây nhạy cảm SCC như các hợp kim nhôm cường độ cao hơn.

Phải lưu ý tương tác galvanic: 1200 là cực anot so với nhiều kim loại phổ biến (thép không gỉ, đồng), dễ bị ăn mòn ưu tiên khi tiếp xúc điện trong môi trường điện phân. Phải sử dụng cách điện phù hợp, phủ hoặc thiết kế hy sinh khi ghép nối kim loại khác loại. Tổng thể, 1200 có hồ sơ chống ăn mòn trong số các hợp kim nhôm kết cấu thân thiện nhất, lý do nó được dùng rộng rãi trong thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm.

Tính Chất Gia Công

Khả năng hàn

1200 dễ hàn bằng các phương pháp fusion phổ biến như TIG và MIG, nguy cơ nứt nóng thấp vì hợp kim cơ bản là nhôm đơn pha. Với độ tinh khiết cao và hàm lượng hợp kim thấp, phụ gia hàn được chọn để phù hợp yêu cầu dẫn điện và độ dẻo dai; vật liệu phụ thông dụng bao gồm 1100 và 4043 khi cần thêm hợp kim phụ. Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) không bị hòa tan kết tủa bất lợi, nhưng làm mềm HAZ không là vấn đề vì 1200 không được tăng cường bằng xử lý nhiệt.

Khả năng gia công cơ khí

Khả năng gia công của 1200 được đánh giá trung bình vì hợp kim mềm và dẻo dính so với đồng thau chứa chì hoặc thép dễ gia công. Công cụ nên sử dụng mảnh cacbua sắc hoặc HSS chất lượng cao với góc nghiêng dương để tạo phoi liên tục, tốc độ cắt vừa phải tránh làm cứng bề mặt gia công. Kiểm soát phoi và lựa chọn dung dịch làm mát quan trọng cho bề mặt; do hợp kim dẻo nên hiện tượng gỉ mài trên dụng cụ có thể ảnh hưởng chính tới độ hoàn thiện bề mặt.

Khả năng tạo hình

Khả năng tạo hình là ưu điểm nổi bật của 1200, nhất là ở trạng thái O và các cấp nhẹ H. Dập sâu, quay, uốn và kéo giãn dễ thực hiện với bán kính uốn nhỏ và khả năng hồi phục dạng đàn hồi (springback) rất tốt. Khi gia tăng cấp H qua làm nguội lạnh, bán kính uốn và lực tạo hình thay đổi dự đoán được; nhà thiết kế thường chỉ định vật liệu ủ mềm khi cần tạo hình nghiêm trọng, còn các cấp H dùng cho chi tiết cần cường độ sau tạo hình.

Hành Vi Xử Lý Nhiệt

1200 là hợp kim không xử lý nhiệt được nên không phản ứng với biện pháp tôi luyện dung dịch hay tăng cứng kết tủa như các hợp kim 2xxx–7xxx. Cố gắng lão hóa nhân tạo không tạo ra tăng cường đáng kể vì thiếu nguyên tố hợp kim hình thành kết tủa cứng.

Điều chỉnh độ bền của 1200 hoàn toàn thông qua các quá trình cơ học: cán nguội, kéo, giãn và ủ kiểm soát. Công đoạn ủ (trạng thái O) thường thực hiện bằng cách nung tới nhiệt độ tái tạo tinh thể nhằm phục hồi độ dẻo; sau đó làm nguội và ổn định để tạo thành các trạng thái H thương mại.

Hiệu Suất Nhiệt Độ Cao

Giới hạn nhiệt độ làm việc của 1200 chịu ảnh hưởng bởi sự giảm nhanh độ bền trên nhiệt độ môi trường và các biến đổi vi cấu trúc tăng tốc ở nhiệt độ cao. Tính chất cơ học bắt đầu suy giảm rõ nét trên khoảng 100–150 °C, nhà thiết kế tránh sử dụng liên tục vượt quá 150 °C do mềm hóa và creep đáng kể. Với ứng dụng quản lý nhiệt (tản nhiệt), 1200 vẫn hoạt động tốt ở nhiệt độ cao vì dẫn nhiệt cao và lớp oxit bảo vệ chống oxy hóa.

Điều kiện oxy hóa khá thân thiện: màng Al2O3 mỏng bám chắc nhanh chóng hình thành, bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn tiếp theo trong không khí. Trong môi trường nhiệt chu kỳ, khác biệt giãn nở và bong tróc oxit cần xem xét khi thiết kế nối mối, nhưng oxy hóa tổng thể không là hạn chế lớn trong nhiệt độ công nghiệp bình thường. Mối hàn không bị giòn hóa do kết tủa, nhưng nhà thiết kế phải tính đến giảm biên độ cơ học ở nhiệt độ làm việc cao.

Ứng Dụng

Ngành	Ví dụ thành phần	Lý do sử dụng 1200
Điện	Thanh cái, dây dẫn, linh kiện biến áp	Dẫn điện cao và dễ tạo hình
Hàng hải / Hóa chất	Bồn chứa, ống dẫn, bộ trao đổi nhiệt, thiết bị quy trình	Khả năng chống ăn mòn xuất sắc và tương thích hóa học
Quản lý nhiệt	Tản nhiệt, cánh tản, cuộn bay hơi	Dẫn nhiệt cao và dễ gia công
Bao bì / Tiêu dùng	Màng mỏng, viền trang trí, linh kiện chế biến thực phẩm	Độ tinh khiết, dễ tạo hình và hoàn thiện bề mặt
Kiến trúc	Lớp phủ, lưỡi chắn nước, viền hoàn thiện	Tạo hình, chống ăn mòn và thẩm mỹ

Sự kết hợp giữa dẫn điện/nhiệt, khả năng chống ăn mòn và dễ tạo hình làm 1200 trở thành vật liệu chủ lực khi độ tinh khiết và gia công dễ dàng quan trọng hơn sức bền kết cấu cao. Ứng dụng của nó trải rộng từ màng mỏng đóng gói đến chi tiết tạo hình trong môi trường ăn mòn và thanh đùn dùng trong điện.

Gợi Ý Lựa Chọn

Chọn 1200 khi tính dẫn điện, chống ăn mòn và tạo hình cực tốt là ưu tiên thiết kế và không cần giới hạn độ bền tối đa. Chi phí thấp và sẵn có rộng rãi ở dạng tấm, màng và thanh đùn làm nó là lựa chọn kinh tế cho nhiều ứng dụng nhiệt, điện và xử lý hóa chất.

So với 1100 tinh khiết thương mại, 1200 thường chấp nhận tạp chất cho phép hơi cao hơn cùng dẫn điện tương đương và hiệu năng chi phí tốt hơn; cả hai đều thuộc nhóm tinh khiết thương mại. So với hợp kim đã làm cứng cơ như 3003 hoặc 5052, 1200 có dẫn điện và dẫn nhiệt vượt trội, đồng thời khả năng chống ăn mòn nhôm tinh khiết thường tốt hơn, nhưng cường độ thấp hơn; chọn 1200 khi dẫn điện và tạo hình quan trọng hơn tải trọng. So với hợp kim xử lý nhiệt như 6061 hay 6063, 1200 được chọn khi hàn, chống ăn mòn và dẫn điện là yếu tố ưu tiên hơn độ bền đỉnh qua lão hóa; 1200 ưu tiên cho linh kiện dẫn điện hoặc nhạy cảm hóa học dù giới hạn cơ học thấp hơn.

Tổng Kết

Nhôm 1200 vẫn là vật liệu kỹ thuật rất phù hợp vì cung cấp sự kết hợp độc đáo giữa dẫn điện cao, khả năng chống ăn mòn xuất sắc và tạo hình vượt trội với chi phí thấp. Với các ứng dụng ưu tiên độ tinh khiết và khả năng gia công, 1200 thường là lựa chọn thực tế và hiệu quả nhất.