Cos'è l'alluminio? Proprietà, leghe e usi industriali

Cos'è l'alluminio? Una guida completa a proprietà, leghe e usi

l'alluminio è l'elemento metallico più abbondante nella crosta terrestre costituiscono circa 8.1% dalla massa della fusoliera di un Boeing 737 alla lattina di voi la mano, questo metallo bianco argentato si rende sempre più visibile usi moderni La sua bassa densità accoppiata con resistenza alla corrosione e superba conduttività elettrica rende l'alluminio speranza, aerospaziale, automobile, ma anche edilizia e altre industrie Questo libro guida vi darà tutto ciò che avete bisogno di sapere-la scienza dietro, alcune delle proprietà di definizione, procedure di produzione, gradi di lega rilevanti e le sue applicazioni nella produzione.

Cos'è l'alluminio? (Le basi dell'elemento 13)

l'alluminio chiamato anche Askau (Tokkizup) o alluminio (Enus) ha il simbolo Al e numero atomico 13 È un Sufuhig Jovenive la cui posizione nella tavola periodica è appena dopo il boro nel gruppo (18. Gruppo 13) E occupa la terza posizione di vertice dopo l'ossigeno e il silicio nella crosta terrestre, eppure non esiste liberamente in natura, invece forma comunemente i legami e si combina con elementi organici all'interno di minerali di alluminio, come bauxite, feldspato o criolite.

L'alluminio puro è un elemento metallico silverywhite, leggero con una densità di 2,70 g/cm³ Il suo cristallo FCC provoca duttilità e formabilità di estensione eccellente fino a 92.2% La sua cristallinità FCC con la flessibilità e la malleabilità della forma Greatsov in quanto consente il significato dei suoi atomi e rende possibile essere pressato e modellato con piegatura senza rotture Grazie al biprodotto, il metallo di alluminio è uno degli ingredienti economici flessibili.

La storia molto recente dell'alluminio come materiale utilizzabile è relativamente breve Il suo isolamento da parte del chimico danese Hans Christian nel 1825 Per i successivi tre decenni; lo stesso materiale era più costoso e meno disponibile persino dell'oro Naturalmente, nel caso di persone europee come l'imperatore Napoleone III, la cioccolata calda dovrebbe essere servita sull'alluminio Le colture più piccole prendono l'oro per le stoviglie standard Fino al 1886, quando Charles Martin gal e Paul hroult come mago, l'inventore dell'elettrolisi Componenti di nell'allumina Infine, oltre 99,9% della produzione sono stati risolti con il processo Hall-Hroult Kilogiser inventato da questi due chimici Il ciclo è stato uno straordinario successo ed è ancora la richiesta di oro per l'estrazione dell'alluminio come metodo tradizionale.

Che l'ortografia alluminio (versione Enus) o alluminio (versione americana) sia più appropriata, sono la stessa Sufuhig Jovenive Nel 1990, la IUPAC ha ufficialmente conformato l'alluminio più formale Tuttavia, la società chimica americana accetta l'alluminio come versione standard o uso generale. Pertanto, questa guida deriverà l'uso di “aluminum” nel seguito.

Proprietà chiave dell'alluminio

Cosa rende gli ingegneri? come mai tutti vogliono utilizzare l'alluminio La tabella qui sotto vi mostrerà i parametri fisici, termici, elettrici, meccanici e chimici che rendono unico questo elemento.

Proprietà fisiche

l'alluminio puro ha una densità di 2,70 g/cm³ che è circa 1⁄3 dell'acciaio che è su 7,85 g/cm³ e meno di 1⁄3 di rame di 8,96 g/cm³ Per lo stesso volume dei metalli di cui sopra, un componente in materiale di alluminio sarà soloPeso 33% del componente verde Distesa dal peso e dagli aspetti più pratici, è non magnetico e non scintillante, quindi può essere utilizzato attorno a qualsiasi materiale infiammabile e come imballaggio elettronico sensibile o struttura.

Proprietà Termiche

l'alluminio ha una conduttività termica di 237 W/(m K) quindi è in grado di trasferire il calore quasi quattro volte più velocemente dell'acciaio al carbonio (50 W/(m K)). Questo ha un punto di fusione di 660,3 °C (1.220,5 °F) e un punto di ebollizione di 2.519 °C. Questo ha le proprietà termiche che rendono l'alluminio ideale per applicazioni come dissipatori di calore, scambiatori di calore e articoli da cucina.

Proprietà Elettriche

la conduttanza elettrica dell'alluminio è 37,7 MS/m quindi è 61% dello standard internazionale del rame ricotto (IACS) Il rame metallico è più facilmente utilizzato per la conduttanza elettrica con 100% IACS. l'alluminio ha una conduttanza di circa 2/3 di rame per peso 1/3 del peso 2. Per questo motivo l'uso più comune è nelle linee aeree di trasmissione di energia.

Proprietà Meccaniche

l'alluminio puro è plasticamente morbido (15 HB di Brinell. Questo può essere modificato in modo significativo con la lega). A 70 GPa, il modulo Youngs dell'alluminio era di 70 GPa o circa 1/3 dell'acciaio (200 Gpa). L'alluminio è il secondo più malleabile del metallo (l'oro è il migliore) e solo il sesto più duttile. Questo spiega perché è così popolare come lamiera laminata, profilo estruso e lamina sottile fino a 6μm.

Resistenza alla corrosione

lo strato di ossido si forma con l'esposizione all'aria2 in pochi secondi È spesso 4-10 nm (manuale ASM) mentre si autoripara istantaneamente quando graffiato Si lega fortemente all'alluminio e lo protegge dall'ossidazione Questa è la fonte del Viselan Gapap dell'alluminio.

Proprietà Chimiche

l'alluminio è di natura anfotera, il che significa che reagisce sia con gli acidi che con gli alcali2. gli acidi forti attaccano attraverso l'ossido di alluminio e distruggono il metallo base sottostante per produrre un composto di cloruro di alluminio o solfato di alluminio. Alcali forti, ad esempio l'idrossido di sodio, attaccano l'alluminio ancora più velocemente creando soluzioni di idrossido di alluminio e alluminato3. Queste informazioni sono utili per selezionare agenti detergenti e di rivestimento e unire composti in componenti di alluminio.

Alluminio vs. acciaio vs. rame Confronto delle proprietà

Fonti: ASM International (ASM International) Alluminio e leghe di alluminio | Pubchem – Alluminio

Come è Fatto L'Alluminio? Dalla Bauxite al Metallo

l'alluminio viene prodotto attraverso tre fasi principali: estrazione mineraria, raffinazione e fusione. Ciascuno di essi converte il minerale nel metallo di alluminio puro che può successivamente essere progettato per numerosi usi come ali di aeroplani e telai di telefoni.

Fase 1: Estrazione del minerale di bauxite

L'alluminio commerciale ha origine dalla bauxite; un bruno rossastro ossidi di alluminio idrati tenuti insieme in tre forme (gauxite, bohemite e diaspore) Tra i 55-75 miliardi di tonnellate metriche di bauxite sono disponibili a livello globale1 con depositi combinati in Australia, Guinea, Brasile, Giamaica e India Comune a tutte le miniere di alluminio è a cielo aperto da profondità 4-6 metri.

Passaggio 2: Il processo Bayer da Bauxite ad allumina

Prende il nome dal chimico austriaco Karl Josef Bayer nel 1888, produce allumina (AlO) dalla bauxite grezza Il minerale viene frantumato e combinato con una soluzione di idrossido di sodio caldo (Na) a 150 ° OH sotto pressione Questa soluzione scioglie poi l'idrossido di alluminio all'interno del minerale, lasciando ossidi di ferro, silice e altre impurità come una “” di fango. La soluzione di alluminato viene precipitata, filtrata e calcinata a circa 1.000 °C per produrre una polvere bianca di allumina. In genere sono necessarie circa 4-5 tonnellate di bauxite per produrre 2 tonnellate di allumina.

Passaggio 3: Il processo Hall-Héroult da allumina ad alluminio

La fusione elettrolitica è un processo elettrometallurgico in cui l'allumina viene elettroliticamente ridotta in alluminio L'allumina viene sciolta in un bagno di criolite fusa (NaAlF) in grandi vasi di acciaio rivestiti di carbonio a circa 960 °C Un centinaio o più colonne di corrente continua (Khsadimpkodey) di 150.000-400.000 ampere vengono fatte passare attraverso il bagno, facendo sì che l'allumina venga ridotta elettrochimicamente in un alluminio liquido che viene raccolto sul fondo del vaso L'alluminio liquido viene periodicamente drenato dal fondo della cella in stampi, dove si solidifica e viene colato in “ts” che vengono poi ricristallizzate in grandi blocchi e inviate ai fabbricanti..

Il fabbisogno energetico di questo processo è enorme. La produzione di 1 tonnellata di alluminio primario richiede 13.000-15.000 kWh di elettricità (secondo l'International Alluminio Institute). Il consumo medio di elettricità di una famiglia statunitense è di 959 kWh al mese; quindi possiamo dire che la produzione di alluminio consuma abbastanza energia per alimentare 12,89 famiglie americane medie per 1 mese per ogni kg prodotto..

Riciclaggio: la scorciatoia energetica

Si stima che la produzione secondaria di alluminio (riciclaggio di rottami) richieda solo circa 2.277 kWh di elettricità per tonnellata, ovvero circa 16% del fabbisogno energetico per la produzione primaria di alluminio; (la conclusione è che una produzione di alluminio non riciclato costerebbe oltre 86 miliardi di dollari USA all'anno solo in elettricità) Perché l'alluminio può essere riciclato ripetutamente senza perdita di qualità, circa 1/3 della fornitura mondiale ora proviene da processi di riciclaggio e nuovi rottami rifluiscono nel sistema indipendentemente dal tipo di prodotto di consumo da cui provengono..

Leghe e gradi comuni di alluminio

Praticamente tutto l'alluminio prodotto in tutto il mondo è ancora in uso oggi Poiché un rapporto resistenza/peso leggero è il miglior regalo del minerale, è relativamente facile separare i germogli in ordinamento Tutti i rottami possono anche essere deformati per riportarli alla forma standard della maggior parte delle applicazioni di produzione L'alluminio è facilmente superato 9/6 detiene il Programma Koards La durabilità dell'alluminio è tale che è possibile rottamare le parti fuse in lingotti e rifusione e res3hape lo carica più e più volte senza perdere nessuna delle sue proprietà Così riciclare l'alluminio richiede solo circa 5% il valore energetico come è stato utilizzato per produrlo primario.

Il sistema della serie lega

l'alluminio puro (serie 1xxx, 99%+ Al) è troppo morbido per la maggior parte delle applicazioni strutturali e la forza di lavoro della bobina è aumentata alle macchine La forza ingegneristica comune deriva dall'aggiunta di piccole quantità di elementi di lega come rame, ferrico, manganese, silicio, magnesio o zinco per produrre profili meccanici notevolmente diversi.

• Secondo l'Associazione dell'alluminio, le leghe lavorate nelle prime otto serie sono classificate in base all'operazione di warromise primaria:
• Alluminio puro 1xxx-99%+ Molto resistenza alla corrosione, conduzione eccellente.
• 3xxx À Leghe di manganese Dosaggio moderato, buona formabilità.
• 2xxx-Leghe di rame Lavoro elevato richiesto e ad alta resistenza.
• 4xxx-Leghe di silicio Meglio a trattenere il calore e più debole nel Resubwooshsswe Utilizzato come riempitivo per saldatura e nella Brasatura.
• 5xxx-leghe di alloyornaxium, Xudus Zinetic Molto resistenza alla corrosione e facilmente saldabili.
• 7xxx Leghe di zinco O.G. Leghe di alluminio di resistenza più alta Aerospace-grade.
• 8xxx (Other elements) (litio, ferro) Applicazioni specializzate.

Confronto delle prestazioni reali della lega

6xxx-Magnesio silicio e Silicio Per uso generale serie (General purpose series) elevata lavorabilità, resistenza alla corrosione e alla lavorazione.

Usi industriali dell'alluminio

l'alluminio si trova praticamente in ogni settore principale Combinando peso leggero, resistenza alla corrosione, riciclabilità e conduttività, l'alluminio è uno dei metalli più ampiamente utilizzati sulla Terra (secondo solo all'acciaio per tonnellaggio) Ecco le industrie chiave in cui l'alluminio viene utilizzato per ottenere prestazioni ottimali.

Aerospaziale

L'aerospaziale consuma circa 35% di tutto l'alluminio Machining Un singolo Boeing 737 contiene 80.000 lb (36.300 kg) di alluminio all'interno del rivestimento della fusoliera, della cellula, delle gondole del motore e delle strutture alari Solo l'acciaio lo supera per peso in questo settore Le leghe 2024-T3 e 7075-T6 (qui, 2024 per i pannelli della fusoliera legati alla fatica, 7075 per i longheroni alari e i componenti del carrello di atterraggio) occupano la quota maggiore del valore stimato di $28 miliardi di alluminio di qualità aerospaziale acquistato ogni anno.

Automobilistico

l'alluminio sta avendo un enorme impatto sia sull'industria automobilistica che sul modo in cui vediamo “green motoring” Oggi, un'auto nordamericana media contiene 208 kg (459 libbre) di alluminio, rispetto a soli 84 kg nel 1995. i veicoli ad alte prestazioni e a basse emissioni ne hanno di più, utilizzando leghe sempre più sofisticate per ridurre il peso (e incoraggiare il risparmio di carburante). Tali risparmi attualmente vanno da 6-8% per ogni calo di peso di 10%; Ford ha utilizzato per utilizzare la lega nei suoi camion F-150 più venduti nel 2015 e ha risparmiato migliaia di chilogrammi.

Costruzione

la resistenza alla corrosione, la resistenza e le giunzioni pulite e saldate dell'alluminio lo rendono un'opzione ideale per numerose strutture architettoniche commerciali, il passaggio alla resistenza alla corrosione superiore dell'alluminio ridurrà considerevolmente la fattura di manutenzione continua per edifici commerciali con durata di vita di oltre 30-50 anni. I profili in alluminio a basso valore U, a taglio termico (con un inserto di polimero tra le sezioni esterna ed interna) sono veramente efficienti dal punto di vista energetico con un valore di soli 1,3 W per (mK).

Imballaggio

L'elevata riciclabilità dell'alluminio lo rende particolarmente popolare nel confezionamento 4,9 g (0,52 once) per lattina. Ciò significa che una produzione di materiale può essere rilavorata, rifusa e rimessa sullo scaffale già pronta per il riempimento nell'arco di poco più di due mesi. Questa categoria di prodotti rappresenta quasi 8 milioni di tonnellate di metallo ovunque sulla terra.

Elettronica

Dagli alloggiamenti a LED ai lavelli a Smartphone e agli involucri dei laptop (Smartphone) (Smartphone) (Alti alloggiamenti termici e conduttività) dell'alluminio forniscono eccellenti proprietà di dissipazione del calore per molti componenti elettronici Gli spazi anodizzati offrono una finitura durevole e priva di manutenzione senza uno strato di vernice o verniciatura a polvere. Il bellissimo design unibody di Apple di MacBook ha presentato un nuovo modo di lavorare con l'industria e da allora è diventato standard altrove.

Lavorazione CNC

Dai prototipi rapidi in fase iniziale fino alla produzione in grandi volumi, la lavorazione CNC dell'alluminio fornisce la massima precisione e coerenza; nessun'altra fusione o estrusione di profili può competere. Le-creator servizio di lavorazione CNC in alluminio processi 5062, 6075 e 5052 leghe a tolleranze strette fino a ±0,01 mm Sia che si richiedano centri di fresatura a tre, quattro o cinque assi, i lavori da staffe abbastanza semplici a complessi involucri aerospaziali possono essere prodotti secondo standard rigorosi.

Vantaggi e limitazioni dell'alluminio

In definitiva, non esistono due materiali adatti a ogni applicazione industriale Sebbene l'alluminio possa essere utilizzato molto ampiamente, dobbiamo comprenderne i limiti; indipendentemente da quanto sia buono un materiale, ci sono momenti in cui semplicemente non è la scelta appropriata Ecco i fatti senza compromessi.

Domande frequenti sull'alluminio