Was ist Aluminium? Eigenschaften, Legierungen und industrielle Verwendung

Was ist Aluminium? Ein vollständiger Leitfaden zu Eigenschaften, Legierungen und Verwendungszwecken

Aluminium ist das am meisten Element in der Erdkruste konstituieren etwa 8.11 TP3 T durch Masse. Vom Rumpf einer Boeing 737 bis zur Dose von Ihnen die Hand, dieses Silvery-Metallic macht sich zunehmend sichtbar in modernen Anwendungen Seine geringe Dichte gepaart mit Korrosionsbeständigkeit und superb elektrische Leitfähigkeit macht Aluminium Hoffnung, Luft - und Raumfahrt, Automobil, aber auch Bau und andere Branchen Dieses Ratgeberbuch wird Ihnen alles geben, was Sie brauchen wissen - die Wissenschaft hinter, einige der definierenden Eigenschaften, Herstellungsverfahren, relevanten Legierungsqualitäten und seine Anwendungen in der Fertigung.

Was ist Aluminium? 13 Grundlagen des Elements

Aluminium auch Askau (Tokkizup) oder Aluminium (Enus) genannt hat das Symbol Al und die Ordnungszahl 13. Es ist ein Sufuhig Jovenive, dessen Position im Periodensystem kurz nach dem Bor in der Gruppe (18. Gruppe 13) liegt und dessen dritte Spitzenposition nach Sauerstoff und Silizium in der Erdkruste einnimmt, dennoch existiert er in der Natur nicht frei Stattdessen bildet er üblicherweise die Bindungen und verbindet sich mit organischen Elementen im Inneren von Aluminiummineralen, wie Bauxit, Feldspat oder Kryolith.

Reines Aluminium ist ein silweißes, leichtmetallisches Element mit einer Dichte von 2,7 g/cm³ Sein FCC-Kristall bewirkt eine hervorragende Duktilität und Formbarkeit bis zu 92,2%. Seine FCC-Kristallinität mit den Greatsov-Formflexibilitäten und Formbarkeit, da es die Bedeutung seiner Atome ermöglicht und es ermöglicht, ohne Brüche durch Biegen in Form zu bringen. Dank des Bi-Produkts ist Aluminiummetall einer der flexiblen wirtschaftlichen Inhaltsstoffe.

Die sehr junge Geschichte von Aluminium als verwendbarem Material ist relativ kurz Seine Isolierung durch den dänischen Chemiker, Hans Christian im Jahr 1825 Für die nächsten drei Jahrzehnte; das gleiche Material war teurer und weniger verfügbar als sogar Gold Natürlich sollte im Falle von Europäern wie Kaiser Napoleon III. die heiße Schokolade auf Aluminium serviert werden Kleinere Kulturen nehmen Gold als Standardgeschirr Bis 1886, als Charles Martin gal und Paul als Zauberer hourlt, der Elektrolyse-Erfinder Komponenten der Aluminiumoxid schließlich wurden über 99,91TP3 T der Produktion mit dem von diesen beiden Chemikern erfundenen Hall-Hroult Kilogiser-Verfahren gelöst Der Zyklus war ein außergewöhnlicher Erfolg und immer noch die traditionelle Forderung nach Aluminium.

Ob Schreibweise Aluminium (Enus-Version) oder Aluminium (amerikanische Version) passender ist, es handelt sich um die gleiche Sufuhig Jovenive. 1990 hat die IUPAC offiziell das formellere Aluminium angepasst. Die amerikanische chemische Gesellschaft akzeptiert jedoch Aluminium als Standardversion oder allgemeine Verwendung. Daher wird dieser Leitfaden im Folgenden die Verwendung von “Aluminium”ableiten.

Schlüsseleigenschaften von Aluminium

Was macht Ingenieure aus? Wie kommt es, dass jeder Aluminium verwenden möchte? Die folgende Tabelle zeigt Ihnen die physikalischen, thermischen, elektrischen, mechanischen und chemischen Parameter, die dieses Element einzigartig machen.

Physikalische Eigenschaften

Reines Aluminium hat eine Dichte von 2,70 g/cm³, was etwa 1⁄3 des Stahls entspricht, der 7,85 g/cm³ und weniger als 1⁄3 Kupfer von 8,96 g/cm³ beträgt. Bei gleichem Volumen der oben genannten Metalle wird ein Bestandteil in Aluminiummaterial nur 33% des Grünteils tragen. Abseits des Gewichts und der praktischsten Aspekte handelt es sich um nicht magnetische und nicht sparkende Stoffe, daher kann es um jedes brennbare Material herum und entweder als empfindliche elektronische Verpackung oder Struktur verwendet werden.

Thermische Eigenschaften

Aluminium hat eine Wärmeleitfähigkeit von 237 W/ (m K) und ist daher in der Lage, Wärme fast viermal schneller zu übertragen als Kohlenstoffstahl (50 W/ (m K)). Dieser hat einen Schmelzpunkt von 660,3 °C (1.220,5 °F) und einen Siedepunkt von 2.519 °C. Dies hat die thermischen Eigenschaften, die Aluminium ideal für Anwendungen wie Kühlkörper, Wärmetauscher und Kochgeschirr machen.

Elektrische Eigenschaften

Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium beträgt 37,7 MS/m, also 611TP3 T des International Annealed Copper Standard (IACS).Metallisches Kupfer wird am einfachsten für die elektrische Leitfähigkeit mit 1001TP3 T IACS verwendet. Aluminium hat eine Leitfähigkeit von etwa 2/3 Kupfer pro Gewicht1/3 des Gewichts2. Aus diesem Grund wird es am häufigsten in Freileitungen verwendet.

Mechanische Eigenschaften

Reines Aluminium ist plastisch weich (15 HB von Brinell, das kann man mit Legierung deutlich verändern).Aluminium war mit 70 GPa der Elastizitätsmodul von Aluminium 70 GPa oder etwa 1/3 von Stahl (200 Gpa).Aluminium ist das zweitformbarste des Metalls (Gold ist am besten) und nur das 6-th-duktilste. Dies erklärt, warum es als Walzblech, extrudiertes Profil und Folie mit einer Dicke von bis zu 6 µm so beliebt ist.

Korrosionsbeständigkeit

Oxidschicht entsteht bei Einwirkung von Luft innerhalb von Sekunden 2-10 nm dick (ASM-Handbuch), während sie sich beim Kratzen sofort selbst repariert Es bindet sich stark an Aluminium und schützt es vor Oxidation Dies ist die Quelle der Viselan Gapap von Aluminium.

Chemische Eigenschaften

Aluminium ist amphoterer Natur, das heißt, es reagiert sowohl mit Säuren als auch mit Laugen2. Starke Säuren greifen durch das Aluminiumoxid an und zerstören das darunter liegende Grundmetall, um eine Aluminiumchlorid- oder Aluminiumsulfatverbindung herzustellen. Starke Laugen, zum Beispiel Natriumhydroxid, greifen das Aluminium noch schneller an und erzeugen Aluminiumhydroxid- und Aluminatlösungen3. Diese Informationen sind nützlich für die Auswahl von Reinigungs- und Beschichtungsmitteln und die Verbindung von Verbindungen in Aluminiumkomponenten.

Aluminium vs. Stahl vs. Kupfer Grundstücksvergleich

Quellen: ASM International – Aluminium und Aluminiumlegierungen | Pubchem – Aluminium

Wie wird Aluminium hergestellt? Von Bauxit zu Metall

Aluminium wird durch drei Hauptstufen (Bergbau, Raffination und Verhüttung) hergestellt Diese wandeln jeweils Erz in das reine Aluminiummetall um, das nachträglich für zahlreiche Verwendungszwecke wie Flugzeugflügel und Telefonrahmen konstruiert werden kann.

Schritt 1: Abbau von Bauxiterz

Kommerzielles Aluminium stammt aus Bauxit; ein rotbraunes hydratisiertes Aluminiumoxid; in drei Formen zusammengehalten „Gibbsit, Bohemit und Diaspore. Weltweit sind zwischen 55-75 Milliarden Tonnen Bauxit verfügbar1 mit kombinierten Lagerstätten in Australien, Guinea, Brasilien, Jamaika und Indien. Üblich für den gesamten Aluminiumabbau ist der Tagebau aus Tiefen von 4-6 Metern.

Schritt 2: Das Bayer-Verfahren von Bauxit zu Aluminiumoxid

Benannt nach dem österreichischen Chemiker Karl Josef Bayer im Jahr 1888, produziert Aluminiumoxid (AlO) aus Rohbauxit, das Mineral wird zerkleinert und mit einer Lösung von heißem Natriumhydroxid (NaOH) bei 150200 °C unter Druck kombiniert, diese Lösung löst dann das Aluminiumhydroxid innerhalb des Erzes auf, wobei Eisenoxide, Kieselsäure, und andere Verunreinigungen als “roter Schlamm” zurückbleiben Die Aluminatlösung wird ausgefällt, filtriert, und bei ungefähr 1.000 °C kalziniert, um ein weißes Pulver aus Aluminiumoxid herzustellen, es benötigt im Allgemeinen etwa 4-5 Tonnen Bauxit, um 2 Tonnen Aluminiumoxid herzustellen.

Schritt 3: Der Hall-Eneroult-Prozess von Alumina zu Aluminium

Die elektrolytische Verhüttung ist ein elektrometallurgischer Prozess, bei dem Aluminiumoxid elektrolytisch zu Aluminium reduziert wird. Das Aluminiumoxid wird in einem Bad aus geschmolzenem Kryolith (NaAlF) in großen, mit Kohlenstoff ausgekleideten Stahltöpfen bei etwa 960 °C gelöst. Hundert oder mehr Gleichstromsäulen (Khsadimpkodey) von 150.000-400.000 Ampere werden durch das Bad geleitet, wodurch das Aluminiumoxid elektrochemisch zu einem flüssigen Aluminium reduziert wird, das am Boden des Topfes gesammelt wird. Das flüssige Aluminium wird regelmäßig vom Boden der Zelle in Formen “abgelassen”wurstrippen”, wo es dann zu „Kristallen” erstarrt und dann zu „erstarresten wird.

Der Energiebedarf dieses Prozesses ist enorm. Die Produktion von 1 Tonne Primäraluminium erfordert 13.000-15.000 kWh Strom (laut International Aluminium Institute). Der durchschnittliche Stromverbrauch eines US-Haushalts beträgt 959 kWh pro Monat; Daher können wir sagen, dass die Aluminiumproduktion genug Energie verbraucht, um durchschnittliche amerikanische Haushalte mit Strom zu versorgen 12,89 für 1 Monat pro produziertem kg..

Recycling: Die Energiekürzung

Die Sekundäraluminiumproduktion (Recyclingschrott) erfordert schätzungsweise nur etwa 2.277 kWh Strom pro Tonne oder etwa 161 TP3 T des Energiebedarfs für die Primäraluminiumproduktion; (die Schlussfolgerung ist, dass eine nicht recycelte Aluminiumproduktion allein bei Strom über 86 Milliarden US-Dollar pro Jahr kosten würde). Da Aluminium wiederholt ohne Qualitätsverlust recycelt werden kann, stammt mittlerweile etwa 1/3 des weltweiten Angebots aus Recyclingprozessen, und neuer Schrott fließt zurück in das System, unabhängig von der Art des Verbraucherprodukts, aus dem es stammt..

Gängige Aluminiumlegierungen und -güten

Praktisch das gesamte Aluminium, das weltweit jemals produziert wurde, ist auch heute noch in Gebrauch Weil ein leichtes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht das beste Geschenk des Minerals ist, ist es relativ einfach, Triebe zu sortieren Alle Schrott kann auch verformt werden, um ihn wieder in die Standardform der meisten Fertigungsanwendungen zurückzubringen Aluminium ist leicht zu überwinden 9/6 hält das Koards-Programm Die Haltbarkeit von Aluminium ist so, dass es möglich ist, Gussteile zu Barren zu verschrotten und es immer wieder neu zu schmelzen und neu zu formen, ohne seine Eigenschaften zu verlieren Somit benötigt das Recycling von Aluminium nur etwa 51TP3 T den Energiewert, wie es zur Herstellung von Primär verwendet wurde.

Das System der Legierungsserie

Reines Aluminium (1xxx-Serie, 99%+ Al) ist für die meisten strukturellen Anwendungen zu weich und die Arbeitsfestigkeit der Spule wird auf Maschinen erhöht. Die übliche technische Festigkeit entsteht durch die Zugabe kleiner Mengen von Legierungselementen wie Kupfer, Eisen, Mangan, Silizium, Magnesium oder Zink, um dramatisch unterschiedliche mechanische Profile zu erzeugen.

• Nach Angaben des Aluminiumverbandes werden die in den ersten acht Serien hergestellten Legierungen anhand der primären Kriegsschmerzoperation kategorisiert:
• 1xxx- 99%+ reines Aluminium Sehr korrosionsbeständig, ausgezeichnete Leitung.
• 3xxxx Manganlegierungen Mäßige Umformbarkeit.
• 2xxx-Kupferlegierungen Hohe Arbeitsanforderung und hohe Festigkeit.
• 4xxx-Siliziumlegierungen Besser bei der Wärmespeicherung und schwächer im Resubwooshsswe Wird als Schweißfüller und beim Löten verwendet.
• 5xxx-Legierungen aus Legierungornaxium, Xudus Zinetic Sehr korrosionsbeständig und leicht zu verschweißen.
• 7xxx Zinc Legierungen Höchste Festigkeit Aluminiumlegierungen Luft - und Raumfahrtqualität.
• 8xxx Andere Elemente (Lithium, Eisen) Spezialanwendungen.

Legierungsvergleich Echte Leistungsdaten

6xxx-Magnesium und Silizium. Allzweckserie – hohe Bearbeitbarkeit, Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Industrielle Verwendung von Aluminium

Aluminium ist in praktisch jeder größeren Industrie zu finden Kombiniert man geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Recyclingfähigkeit und Leitfähigkeit, ist Aluminium eines der am weitesten verbreiteten Metalle auf der Erde che nach Stahl nach Tonnage. Hier sind die Schlüsselindustrien, in denen Aluminium verwendet wird, um Spitzenleistung zu treiben.

Luft - und Raumfahrt

Luft - und Raumfahrt verbraucht rund 351TP3 T des gesamten Bearbeitungsaluminiums Eine einzige Boeing 737 enthält 80.000 lb (36.300 kg) Aluminium innerhalb der Rumpfhaut, der Flugzeugzelle, der Triebwerksgondeln und der Tragflächenstrukturen Nur Stahl übertrifft es in diesem Sektor hinsichtlich des Gewichts Die Legierungen 2024-T3 und 7075-T6 (hier 2024 für ermüdungsbedingte Rumpfpaneele, 7075 für Tragflächenholme und Fahrwerkskomponenten) nehmen den größten Anteil des geschätzten $28 Milliarden gekauften Aluminiums in Luft - und Raumfahrtqualität jedes Jahr ein.

Automobil

Aluminium hat einen enormen Einfluss sowohl auf die Automobilindustrie als auch auf die Art und Weise, wie wir “Green Motoring” betrachten Heute enthält ein durchschnittliches nordamerikanisches Auto 208 kg (459 lbs) Aluminium, verglichen mit lediglich 84 kg im Jahr 1995. Hochleistungsfähige, emissionsarme Fahrzeuge haben mehr, verwenden immer ausgefeiltere Legierungen, um das Gewicht zu reduzieren (und Kraftstoffeinsparungen zu fördern).Diese Einsparungen liegen derzeit zwischen 6-81TP3 T pro Gewichtsabnahme von 101TP3 T; Ford verwendete die Legierung früher in seinen meistverkauften F-150-Lkw im Jahr 2015 und sparte Tausende Kilogramm.

Konstruktion

Die Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und sauberen, geschweißten Verbindungen von Aluminium machen es zu einer idealen Option für zahlreiche kommerzielle Architekturstrukturen. Die Umstellung auf die überlegene Korrosionsbeständigkeit von Aluminium wird die laufende Wartungskosten für Gewerbegebäude mit einer Lebensdauer von 30-50+ erheblich senken. Niedriger U-Wert, thermischer Bruch, Aluminiumprofile (mit einem Polymereinsatz zwischen Außen- und Innenbereich) sind mit einem Wert von nur 1,3 W pro (mK) wirklich energieeffizient.

Verpackung

Hohe Wiederverwertbarkeit von Aluminium macht es besonders beliebt in der Verpackung – mit dem Material wiegt nur 14,9 g (0,52 oz) pro Dose. Dies bedeutet, dass eine hohe Materialleistung wieder verarbeitet, umgeschmolzen und wieder auf dem Regal hergestellt werden kann, um innerhalb von etwas mehr als zwei Monaten wieder gefüllt zu werden Diese Produktkategorie macht fast 8 Millionen Tonnen Metall überall auf der Erde aus.

Elektronik

Von LED-Gehäusen und Kühlkörpern bis hin zu Smartphone-Rahmen und Laptop-Gehäusen – Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium bietet hervorragende Wärmeableitungseigenschaften für viele elektronische Komponenten. Eloxierte Räume bieten eine langlebige, wartungsfreie Oberfläche ohne Farb- oder Pulverbeschichtung. Apples wunderschönes Unibody-Design von MacBook präsentierte eine neue Art der Zusammenarbeit mit der Industrie und ist seitdem anderswo zum Standard geworden.

CNC-Bearbeitung

Von schnellen Prototypen im Frühstadium bis hin zur Fertigung in großen Stückzahlen bietet die CNC-Bearbeitung von Aluminium höchste Präzision und Konsistenz; Kein anderes Gießen oder Profilextrusion kann mithalten Le-creator's Aluminium CNC Bearbeitungsservice Prozesse 5062, 6075 und 5052 Legierungen auf Toleranzen bis zu ±0,01 mm Ob Sie drei, vier - oder fünfachsige Fräszentren benötigen, Aufträge von ziemlich geradlinigen Halterungen bis hin zu komplexen Luft - und Raumfahrtgehäusen können nach anspruchsvollen Standards hergestellt werden.

Vorteile und Grenzen von Aluminium

Letztlich sind keine zwei Materialien für jede industrielle Anwendung geeignet Obwohl Aluminium sehr weit verbreitet sein mag, müssen wir seine Grenzen verstehen; unabhängig davon, wie gut ein Material ist, gibt es Zeiten, in denen es einfach nicht die geeignete Wahl ist Hier sind die kompromisslosen Fakten.

Häufig gestellte Fragen zu Aluminium