Qu'est-ce que l'aluminium ? Propriétés, alliages et utilisations industrielles

Qu'est-ce que l'aluminium ? Un guide complet des propriétés, des alliages et des utilisations

L'aluminium est l'élément métallique le plus abondant dans la croûte terrestre constituent environ 8.11TP3 T en masse Partant du fuselage d'un Boeing 737 à la boîte de votre main, ce métal silverywhite se rend de plus en plus visible dans les utilisations modernes Sa faible densité couplée à la résistance à la corrosion et à la superbe conductivité électrique fait l'espoir de l'aluminium, l'aérospatiale, l'automobile, mais aussi la construction et d'autres industries Ce guide vous donnera tout ce dont vous avez besoin de connaître-la science derrière, certaines des propriétés déterminantes, les procédures de fabrication, les qualités d'alliage pertinentes et ses applications dans la fabrication.

Qu'est-ce que l'aluminium ? Les bases de l'élément 13

l'aluminium aussi appelé Askau (Tokkizup) ou aluminium (Enus) a le symbole Al et le numéro atomique 13 C'est un Sufuhig Jovenive dont la position dans le tableau périodique est juste après le bore dans le groupe (18. Groupe 13) Et il occupe la troisième position supérieure après l'oxygène et le silicium dans la croûte terrestre, pourtant il n'existe pas librement dans la nature Au lieu de cela il forme couramment les liaisons et se combine avec des éléments organiques à l'intérieur des minéraux d'aluminium, tels que la bauxite, le feldspath ou la cryolite.

L'aluminium pur est un élément métallique léger et blanc silvery avec une densité de 2,70 g/cm³. Son cristal FCC provoque une ductilité et une formabilité excellentes jusqu'à 92,2%. Sa cristallinité FCC avec les flexibilités et malléabilité de la forme Greatsov car elle permet la signification de ses atomes et permet d'être pressé et façonné avec flexion sans cassures Grâce au bi-produit, l'aluminium métal est l'un des ingrédients économiques flexibles.

L'histoire très récente de l'aluminium comme matériau utilisable est relativement courte Son isolement par le chimiste danois, Hans Christian en 1825. ?Pour les trois décennies suivantes ; le même matériau était plus coûteux et moins disponible que même l'or Bien sûr, dans le cas des Européens comme l'empereur Napoléon III, le chocolat chaud devrait être servi sur l'aluminium Les cultures plus petites prennent de l'or pour la vaisselle standard Jusqu'en 1886, lorsque Charles Martin gal et Paul hroult comme magicien, l'inventeur de l'électrolyse Les composants de l'alumine Enfin, plus de 99.91TP3 T de la production ont été résolus avec le procédé Hall-Hroult Kilogiser inventé par ces deux chimistes Le cycle était encore une extraordinaire demande d'aluminium.

Que l'orthographe de l'aluminium (version Enus) ou de l'aluminium (version américaine) soit plus appropriée, ce sont les mêmes Sufuhig Jovenive En 1990, l'IUPAC a officiellement conformé l'aluminium plus formel Cependant, la société chimique américaine accepte l'aluminium comme version standard ou usage général Ainsi, ce guide dérivera l'utilisation de “aluminium” dans ce qui suit.

Propriétés clés de l'aluminium

Qu'est-ce qui fait les ingénieurs ? comment se fait-il que tout le monde veuille utiliser l'aluminium ? le tableau ci-dessous vous montrera les paramètres physiques, thermiques, électriques, mécaniques et chimiques qui rendent cet élément unique.

Propriétés physiques

l'aluminium pur a une densité de 2,70 g/cm³, soit environ 1⁄3 de l'acier, soit 7,85 g/cm³ et moins de 1⁄3 de cuivre de 8,96 g/cm³. Pour le même volume des métaux ci-dessus, un composant en matériau aluminium ne pèsera que 33% du composant vert. S'éloignant du poids et des aspects les plus pratiques, il est amagnétique et non étincelant, il peut donc être utilisé autour de n'importe quel matériau inflammable et comme emballage électronique sensible ou structure.

Propriétés Thermiques

l'aluminium a une conductivité thermique de 237 W/(m K) et est donc capable de transférer de la chaleur près de quatre fois plus rapidement que l'acier au carbone (50 W/(m K)). Celui-ci a un point de fusion de 660,3 °C (1 220,5 °F) et un point d'ébullition de 2 519 °C. Celui-ci possède les propriétés thermiques qui rendent l'aluminium idéal pour des applications telles que les dissipateurs thermiques, les échangeurs de chaleur et les ustensiles de cuisine.

Propriétés électriques

la conductance électrique de l'aluminium est de 37,7 MS/m, tout comme le 611TP3 T de la norme internationale sur le cuivre recuit (IACS).Le cuivre métallique est plus facilement utilisé pour la conductance électrique avec le SIGC 100%. L'aluminium a une conductance d'environ 2/3 de cuivre par poids 1/3 du poids2. Pour cette raison, son utilisation la plus courante se fait dans les lignes aériennes de transport d'énergie.

Propriétés Mécaniques

l'aluminium pur est plastiquement doux (15 HB par Brinell. Cela peut être modifié de manière significative avec l'alliage).À 70 GPa, le module d'Young de l'aluminium était de 70 GPa, soit environ 1/3 d'acier (200 Gpa). L'aluminium est le deuxième métal le plus malléable (l'or étant le meilleur) et seulement le 6ème plus ductile. Cela explique pourquoi il est si populaire comme tôle laminée, profilé extrudé et feuille aussi fine que 6 µm.

Résistance à la corrosion

la couche d'oxyde se forme lors de l'exposition à l'air 2 en quelques secondes Elle a une épaisseur de 4 à 10 nm (ASM Handbook) tout en s'auto-réparant instantanément lorsqu'elle est rayée Elle se lie fortement à l'aluminium et le protège de l'oxydation C'est la source du Viselan Gapap de l'aluminium.

Propriétés chimiques

l'aluminium est de nature amphotère, ce qui signifie qu'il réagit à la fois avec les acides et les alcalis2. Les acides forts attaquent l'oxyde d'aluminium et détruisent le métal de base sous-jacent pour produire un composé de chlorure d'aluminium ou de sulfate d'aluminium. Les alcalis forts, par exemple l'hydroxyde de sodium, attaquent l'aluminium encore plus rapidement, créant des solutions d'hydroxyde et d'aluminate d'aluminium3. Ces informations sont utiles pour sélectionner les agents de nettoyage et de revêtement et pour assembler les composés dans les composants en aluminium.

Comparaison aluminium vs acier vs cuivre Propriété

Sources: ASM International Alliages d'aluminium et d'aluminium | Pubchem Aluminium

Comment est fabriqué l'aluminium ? de la bauxite au métal

l'aluminium est produit à travers trois étapes principales : l'exploitation minière, le raffinage et la fusion. Ceux-ci convertissent chacun le minerai en aluminium pur métallique qui peut ensuite être conçu pour de nombreuses utilisations telles que les ailes d'avion et les cadres de téléphone.

Étape 1 : Extraction du minerai de bauxite

L'aluminium commercial provient de la bauxite ; un brun rougeâtre hydraté oxydes d'aluminium ; maintenus ensemble dans trois formes : gibbsite, bohémite et diaspore Entre 55-75 milliards de tonnes métriques de bauxite sont disponibles dans le monde1 avec des gisements combinés en Australie, Guinée, Brésil, Jamaïque et Inde. Le commun à toute l'exploitation minière d'aluminium est à ciel ouvert à partir de profondeurs 4-6 mètres.

Étape 2 : Le procédé Bayer Bauxite to Alumina

Nommé d'après le chimiste autrichien Karl Josef Bayer en 1888, produit de l'alumine (AlO) à partir de bauxite brute Le minéral est broyé et associé à une solution d'hydroxyde de sodium chaud (NaOH) à 1500 °C sous pression Cette solution dissout ensuite l'hydroxyde d'aluminium à l'intérieur du minerai, laissant des oxydes de fer, de la silice et d'autres impuretés sous forme de boue absorbée La solution d'aluminate est précipitée, filtrée et calcinée à environ 1 000 °C pour produire une poudre blanche d'alumine Il faut généralement environ 4 à 5 tonnes de bauxite pour produire 2 tonnes d'alumine.

Étape 3 : Le processus Hall-Héroult : de l'alumine à l'aluminium

La fusion électrolytique est un procédé électrométallurgique dans lequel l'alumine est réduite électrolytiquement en aluminium L'alumine est dissoute dans un bain de cryolithe fondue (NaAlF) dans de grands pots en acier tapissés de carbone à environ 960 °C. Une centaine ou plus de colonnes de courant continu (Khsadimpkodey) de 150 000 à 400 000 ampères sont passées à travers le bain, provoquant la réduction électrochimique de l'alumine en un aluminium liquide qui est collecté au fond du pot. L'aluminium liquide est périodiquement drainé du fond de la cellule dans des moules, où il se solidifie et ses pots sont ensuite coulés dans de grands blocs qui sont ensuite.

Les besoins énergétiques de ce procédé sont énormes La production d'une tonne d'aluminium primaire nécessite 13 000 à 15 000 kWh d'électricité (selon l'Institut international de l'aluminium).La consommation moyenne d'électricité d'un ménage américain est de 959 kWh par mois ; on peut donc dire que la production d'aluminium consomme suffisamment d'énergie pour alimenter 12,89 ménages américains moyens pendant 1 mois pour chaque kg produit..

Recyclage : le raccourci énergétique

On estime que la production d'aluminium secondaire (débris de recyclage) ne nécessite qu'environ 2 277 kWh d'électricité par tonne, soit environ 161TP3 T des besoins énergétiques pour la production d'aluminium primaire ; (la conclusion étant qu'une production d'aluminium non recyclé coûterait plus de 86 milliards de dollars américains par an rien qu'en électricité). Parce que l'aluminium peut être recyclé à plusieurs reprises sans perte de qualité, environ 1/3 de l'approvisionnement mondial provient désormais de processus de recyclage, et de nouvelles ferrailles reviennent dans le système quel que soit le type de produit de consommation dont il provient..

Alliages et qualités d'aluminium courants

Pratiquement tout l'aluminium produit dans le monde entier est toujours utilisé aujourd'hui Parce qu'un rapport résistance/poids léger est le meilleur cadeau du minéral, il est relativement facile de séparer les pousses pour les trier Toutes les chutes peuvent également être déform-ifiées pour les ramener à la forme standard de la plupart des applications de fabrication L'aluminium est facilement surmonté 9/6 tient le programme Koards La durabilité de l'aluminium est telle qu'il est possible de mettre au rebut les pièces coulées en lingots et de les refondre et de les retaper charge encore et encore sans perdre aucune de ses propriétés Ainsi le recyclage de l'aluminium ne nécessite qu'environ 51TP3 T la valeur énergétique telle qu'elle a été utilisée pour le produire primaire.

Le système de la série Alliage

l'aluminium pur (série 1xxx, 99%+ Al) est trop mou pour la plupart des applications structurelles et la résistance au travail de la bobine est augmentée aux machines La résistance technique courante provient de l'ajout de petites quantités d'éléments d'alliage tels que le cuivre, le ferrique, le manganèse, le silicium, le magnésium ou le zinc pour produire des profils mécaniques radicalement différents.

• Selon l'Association de l'aluminium, les alliages travaillés dans les huit premières séries sont classés sur la base de l'opération de warromise primaire :
• aluminium pur 1xxx-99%+. Très résistance à la corrosion, excellente conduction.
• 3xxx alliages de manganèse. Résistance modérée, bonne formabilité.
• 2xxx-Alliages de cuivre. travail élevé requis et haute résistance.
• 4xxx-Alliages de silicium. Mieux à retenir la chaleur et plus faibles dans le Resubwooshsswe. Utilisé comme charge de soudage et dans le brasage.
• 5xxx-alliages d'alliornaxium, Xudus Zinetic Très résistance à la corrosion et facilement soudés.
• 7xxx alliages de zinc. Alliages d'aluminium à plus haute résistance. De qualité aérospatiale.
• 8xxx autres éléments (lithium, fer).Applications spécialisées.

Comparaison des alliages, données de performance réelles

6xxx- Magnésium et silicium Série à usage général : usinabilité élevée, maniabilité et résistance à la corrosion.

Utilisations industrielles de l'aluminium

l'aluminium se trouve dans pratiquement toutes les grandes industries Combinant poids léger, résistance à la corrosion, recyclabilité et conductivité, l'aluminium est l'un des métaux les plus utilisés sur Terre, juste derrière l'acier en tonnage. Voici les industries clés où l'aluminium est utilisé pour générer des performances optimales.

Aérospatiale

L'aérospatiale consomme environ 351TP3 T de tout l'aluminium d'usinage Un seul Boeing 737 contient 80 000 lb (36 300 kg) d'aluminium dans la peau du fuselage, la cellule, les nacelles des moteurs et les structures des ailes Seul l'acier le dépasse pour le poids dans ce secteur Les alliages 2024-T3 et 7075-T6 (ici, 2024 pour les panneaux de fuselage liés à la fatigue, 7075 pour les longerons d'aile et les composants de train d'atterrissage) occupent la plus grande part de l'aluminium estimé à $28 milliards d'aérospatiale acheté chaque année.

Automobile

L'aluminium a un impact énorme à la fois sur l'industrie automobile et sur la façon dont nous envisageons les conduitesvertes de l'automobile. Aujourd'hui, une voiture nord-américaine moyenne contient 208 kg (459 lb) d'aluminium, contre seulement 84 kg en 1995. les véhicules hautes performances et à faibles émissions en ont plus, utilisant des alliages toujours plus sophistiqués pour réduire le poids (et encourager les économies de carburant).Ces économies vont actuellement de 6-81TP3 T pour chaque baisse de poids de 101TP3 T ; Ford utilisait l'alliage dans ses camions F-150 les plus vendus en 2015 et économisait des milliers de kilogrammes.

Construction

la résistance à la corrosion, la résistance et les joints soudés propres de l'aluminium en font une option idéale pour de nombreuses structures architecturales commerciales. Vers une résistance supérieure à la corrosion de l'aluminium réduira considérablement la facture de maintenance continue pour les bâtiments commerciaux d'une durée de vie de plus de 30 à 50 ans. Les profilés en aluminium de faible valeur U, de rupture thermique (avec un insert de polymère entre les sections extérieure et intérieure) sont véritablement économes en énergie avec une valeur aussi faible que 1,3 W par (mK).

Emballage

La haute re-cyclabilité de l'aluminium le rend particulièrement populaire dans l'emballage (packaging) avec le matériau pesant seulement 14,9 g (0,52 oz) par canette Cela signifie qu'une production élevée de matériau peut être retraité, refondu et remis sur l'étagère prêt à être rempli à nouveau en l'espace d'un peu plus de deux mois Cette catégorie de produits compte pour près de 8 millions de tonnes métriques de métal partout sur terre.

Électronique

Des boîtiers LED et éviers à chaleur aux boîtiers Smartphone et boîtiers pour ordinateurs portables, la conductivité thermique élevée de l'aluminium offre d'excellentes propriétés de dissipation thermique pour de nombreux composants électroniques Les espaces anodisés offrent une finition durable et sans entretien sans couche de peinture ni revêtement en poudre. Le magnifique design monocoque d'Apple du MacBook présentait une nouvelle façon de travailler avec l'industrie et est depuis devenu standard ailleurs.

Usinage CNC

Des prototypes rapides en début de phase jusqu'à la fabrication en grand volume, l'usinage CNC de l'aluminium offre la plus grande précision et cohérence ; aucune autre coulée ou extrusion de profil ne peut rivaliser avec celle du créateur Le service d'usinage CNC en aluminium traite les alliages 5062, 6075 et 5052 selon des tolérances aussi serrées que ±0,01 mm. Que vous ayez besoin de centres de fraisage à trois, quatre ou cinq axes, des travaux allant de supports assez simples à des boîtiers aérospatiaux complexes peuvent être produits selon des normes rigoureuses.

Avantages et limites de l'aluminium

En fin de compte, deux matériaux ne sont pas adaptés à chaque application industrielle Bien que l'aluminium puisse être utilisé très largement, nous devons comprendre ses limites ; peu importe la qualité d'un matériau, il y a des moments où ce n'est tout simplement pas le choix approprié Voici les faits sans compromis.

Foire aux questions sur l'aluminium