Chất liệu làm đèn pin LED, nhôm, thép và titanium

Đèn pin nói chung và đèn pin LED nói riêng có thể làm từ nhiều loại chất liệu. Trong đó đèn pin LED thường làm từ nhựa, đồng, nhôm, thép, titanium. Bài viết thời thiệu về 3 loại vật liệu thường gặp trên đèn pin LED, đó là nhôm, thép không gỉ và titanium.

Đèn pin làm từ nhựa thường dùng cho công nghiệp hoặc đèn pin đeo trán (headlamp). Đèn pin làm từ đồng ít gặp hơn, thường là các bản limited, chúng tôi sẽ giới thiệu trong một bài viết khác.

Nhôm

Nhôm là chất liệu tốt để làm đèn pin vì nó khỏe, nhẹ, dẫn điện và tản nhiệt tốt
Hợp kim nhôm sử dụng trong máy bay – Aircraft Grade Aluminum
Hầu hết đèn pin đều dùng chất liệu nhôm “Air Grade Aluminum” hay còn gọi là nhôm 6061-T6 Alloy. Chất liệu này rất bền, cứng, rẻ, hàn được, bề mặt có thể xử lý anodizable (sẽ giải thích ở dưới). Về cơ bản, nó là chất liệu hợp lý, tối ưu nhất để làm thân đèn pin xét trên các yếu tốt: giá thành, độ bền, xử lý bề mặt, tản nhiệt, hàn nồi được.
Hợp kim nhôm sử dụng cho tàu vũ trụ – Aerospace Grade Aluminum
Đèn pin dùng loại nhôm này thực tế có thể làm từ rất nhiều chất liệu nhôm khác nhau. Thường là các loại nhôm 2024-(T3 hoặc T351), 7050-(T7451 hoặc T6) và 7075-(T6/T651 hoặc T7351), loại nhôm 7075-T6 thường phổ biến nhất. Loại nhôm này thường rất khỏe và rất cứng. Nhôm 2024 cũng có hạn chế, nó không xử lý anodizable được và cũng không hàn được. Loại nhôm 7050 và 7075 thì xử lý bề mặt anodizable được, nhưng không hàn được.

Xử lý bề mặt Anodizing

HARD ANODIZING LÀ GÌ?
Do trọng lượng nhẹ hơn và độ bền cao, nhôm đã trở thành lựa chọn phổ biến hơn thép trong công nghệ sản xuất tấm nguyên liệu. Nhưng có nhiều ứng dụng cần đến một công đoạn gọi là anodizing để tạo cho nhôm một bề mặt cứng hơn. Đặc biệt, công nghệ anodizing gồm việc nhúng nhôm vào trong một bể anodized, gọi là chất điện phân (electrolyte), và cho chạy một dòng điện hạ thế qua dung dịch trong bể anodized này. Kết quả của qúa trình anodizing thông thường là tạo ra môt lớp phủ mỏng của các phân tử nhôm đã được oxy hoá (gọi là gỉ nhôm) trên bề mặt của tấm nhôm nguyên bản. Nếu dung dịch anodized được làm lạnh đến điểm đông lạnh của nước và số lượng dòng điện tăng đáng kể, thì quá trình đó được gọi là Hard anodizing (điện phân mạnh)
Công nghệ Hard anodizing được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại nhiều hơn là trong ngành sản xuất các mặt hàng tiêu dùng. Một số đồ nhôm gia dụng có thể sử dụng công nghệ hard anodizing, công đoạn anodizing thông thường sẽ tạo ra bề mặt phủ chống dính cực bền rất được người tiêu dùng ưa chuộng. Hard anodizing tạo ra một lớp bề mặt nhôm oxy hoá dầy hơn, các lỗ nhỏ và các vết nứt trên bề mặt để tạo thành một kết cấu vững chắc hơn so với nhôm anodized thông thường. Tấm nhôm sau khi trải qua quá trình hard anodizing có thể có bề mặt màu nâu hoặc đen, nhưng cũng có thể tạo ra các màu khác nhau.
Lợi ích của việc sử dụng nhôm hard anodizing thay cho thép không gỉ là ở chi phí thấp và trọng lượng nhẹ. Xử lý nhôm hard anodizing dễ dàng hơn nhiều so với xử lý một khối lượng thép không gỉ tương đương. Hard anodizing cũng cung cấp cho sản phẩm khả năng chống lại các tác động của thời tiết xấu, muối, và các tác động cơ học mài mòn. Có thể nói nhôm hard anodizing chỉ yếu hơn đôi chút so với loại kim cương cứng nhất.
Cả ngành công nghệ sản xuất ôtô và ngành sản xuất đồ gia dụng thương mại từ lâu đã sử dụng công nghệ hard anodizing. Việc sử dụng chất phủ chống dính như Teflon đòi hỏi phải có những phương pháp tin cậy để tạo độ bám mạnh cho lớp chống dính vào bề mặt nhôm. Hard anodizing có thể kết hợp với Teflon hoặc các chất khác trong quá trình điện phân. Một vài bộ phận của ôtô có thể sử dụng quy trình hard anodizing, vì sản phẩm từ sau quy trình này có tính chịu nhiệt cao và tính chống dẫn điện. Ngành y tế cũng được lợi từ công nghệ hard anodizing. Có thể sử dụng nhôm hard anodizing để làm các loại khớp giả vì nó cứng và có khả năng chống mài mòn do dòng máu trong cơ thể bênh nhân có thể ăn mòn.
Hard anodizing có rất nhiều điểm tương đồng với điện phân sulfuric (sulfuric anodizing), nhưng hai quy trình này cho các kết quả hoàn toàn khác nhau. Hard anodizing tạo ra một lớp bề mặt nhôm oxy hoá dầy hơn và gắn chặt vào lớp nhôm nguyên bản. Khi bạn đi shopping để mua sắm đồ bếp gia dụng mới, hãy chú ý tìm kiếm các sản phẩm có quy cách “anodized aluminium” hoặc “hard anodized”. Các đồ bếp gia dụng có ghi dòng chữ “hard anodizing” sẽ đảm bảo bền hơn, nhưng có thể sẽ đắt hơn một chút so với các sản phẩm thông thường.Thêm vài điểm chú ý.
0.00005 đến 0.0002 inch là độ dày của lớp phủ HA Type II
0.0001 đến 0.0030 inches là độ dày của lớp phủ HA Type III

Có 3 kiểu anodizing bề mặt nhôm, mời các bác tham khảo thêm thông tin trên wiki.

Xử lý bề mặt Type III Hard Anodizing cao cấp trên đèn pin Elzetta.

Thép không gỉ:

Thép không gỉ về cơ bản cứng hơn nhôm nhưng nó nặng hơn. Thường là ón có lượng lớn Chrome (11% hoặc nhiều hơn). Có nhiều loại thép không gỉ khác nhau với những kiểu xử lý bề mặt mờ, sần đến nhẵn. Xử lý bề mặt trên thép kiểu như vậy không phải là một lớp sơn, vì thế nó không bong tróc. Hầu hết thép không gỉ đều không có tính chất từ tính, nhưng nói chung test với nam châm không phải là một quy chuẩn. Thép không gỉ truyền nhiệt không tốt bằng nhôm, vì thế nó không hiệu quả bằng nhôm khi làm thân đèn pin LED.

Titanium

Một số đèn cũng có thân làm từ titanium. Vật liệu này thường dùng trong đèn pin cao cấp, hàng custom (thửa). Tuy nhiên với đèn pin thương mại, sản xuất hàng loạt hiện này, titanium cũng là vật liệu thường gặp. Titanium có thể finished sần hoặc nhẵn. Titanium cũng có thể xử lý bề mặt thổi hạt (bead blast), hoặc anodized, xử lý nhiệt với nhiều màu sắc khác nhau. Tùy theo độ dày của anodized, số lượng màu có thể sinh ra và độ bóng khác nhau cho các lớp phủ rất nghệ thuật. Titanimum chống ăn mòn tốt hơn thép không gỉ và trọng lượng nhẹ hơn 40%.

Dù titanium nặng hơn nhôm, nó khỏe hơn, nhưng lại khó gia công hơn và chi phí đắt đỏ hơn. Giống như nhôm, nó không gỉ và dẫn nhiệt kém hơn nhôm. Vì thế với đèn pin LED công suất lớn, việc xử lý tản nhiệt là một vấn đề được cân nhắc. Trọng lượng nhẹ và siêu bền, nó thường được dùng trong kết cấu máy bay. Vì các mỏ titanium lớn hầu hết nằm ở Nga và rất khó mua trong thời kỳ chiến tranh lạnh, các nhà thầu quân sự Mỹ gọi nó là “unobtainium”. Bạn nên xem thêm wikipedia để biết thêm chi tiết

Jetbeam II Pro xử lý bề mặt Anodized Titanium

Tóm tắt các tính chất của kim loại

Tham khảo thêm Link 1, Link 2, Link 3

Nhựa và đồng

Đây là 2 loại chất liệu cũng thường gặp, mời các bạn tham khảo trong bài viết này.