在有色金属中,铝是应用最广泛的一类金属,其年度使用量仅次于钢铁。铝在地壳中的蕴藏量约占8.8%,而钢铁的蕴藏量只占5.1%。铝的发现至今只有170多年的历史,最初的化学还原法年产量为5t,而现在的熔块电解制铝法年产量(1998年)约为2255万t,2000年全世界铝板材毛坯量是2200万t(不包括其他行业的用铝),2001年国内铝箔生产总量是28万t。近几十年来,现代工业技术的迅速发展,有力地促进了铝的生产,铝的生产技术、深加工技术进入了一个新的阶段。
铝的生产之所以能迅速发展,是因为它具有资源丰富、生产成本低、用途广泛等特点。因此,随着科学技术的发展,铝的用途越来越广泛,必将出现一个以铝代铁、以铝代铜的新时代。
根据加工方式及材料成形状态可以将铝材大致分为以下几类:铸件、压铸件、板材、带材、箔材、条材、管材、棒材、型材、线材、粉材、模锻件等。铝及铝合金产品如图1.1所示。
图1.1 铝及铝合金产品
(1)密度小。
含铝量为99.5%的工业纯铝的密度为2.7g/cm 3 ,只有铁(7.86g/cm 3 )或铜(8.92g/cm 3 )的1/3左右。减轻金属结构材料的质量,对很多工业部门是极为重要的,特别是航天工业。
(2)良好的导电性。
铝的电阻率(20℃)为2.83×10 -8 Ω·m,导电能力相当于铜的60%~65%,但铝的密度只有铜的1/3,所以按体积计算,铝的导电能力实际上超过铜的导电能力。此外,铝导线容易冷却,不易被电流烧坏,能支持更大的电流。因此,将铝做成电缆、电线,比铜导线更为经济。
(3)良好的导热性。
铝的导热系数比铁的导热系数约大3倍,仅次于银、铜、金。工业上许多热交换器的散热材料,都是采用铝及铝合金做成的。
(4)强度高。
纯铝的强度虽不高,但通过冷加工可使其强度提高一倍,而且添加合金元素后再经过热处理进一步强化,其强度可与优质合金钢媲美。铝中加入少量的锰、镁、硅、锌、钛、铁、铜等金属,就能获得很好的机械性能,可以满足各工业部门的需要,如建筑材料及各种型材。
(5)良好的塑性。
铝适合于各种加工方式,可压成薄板和箔,拉成管材和细丝,磨成细粉,挤压成复杂形状的型材,以及制造成各种美术品及装饰品。
(6)良好的抗腐蚀性能。
纯铝在空气中会迅速地跟氧结合,在表面生成一层致密的、牢固的氧化铝(Al 2 O 3 )薄膜,这层保护膜使铝能很好地耐大气腐蚀和水的腐蚀,可以防止内部的铝继续氧化,只有在卤素离子和碱离子的激烈作用下才会使其遭到破坏。
(7)反射能力很强。
铝的反射率在85%以上,反射紫外线的能力比银还强,铝越纯,这种反射能力越强。铝能作为任意波长的辐射能的反射体,可反射雷达和无线电的电磁波,而且可反射红外线、可见光等。铝的抛光表面对白光的反射率达80%以上。
(8)铝有银白色光泽,具有无毒、不会沾污食品、保味、防腐蚀、防干燥、不透气、不透光等特性。因此,将铝轧成箔可用于包装各种食品。
(9)铝具有很好的吸音性能,现代建筑物、广播室都采用铝箔或铝板贴面作为隔音材料。
(10)铝是非磁性体,一般不受磁场的影响,受冲击不会产生火花,因此精密仪表上的部分零件、船舶上的罗盘等都采用铝制品。此外,电子工业中还采用铝箔制作屏蔽物。
(11)铝在碰撞时不产生火花,不燃烧,所以一些防爆壳体等也采用铝制品。
(12)铝是一种超绝热(绝冷)材料,可用作隔冷或隔热材料。
(1)铸造法。
利用铸造铝合金良好的流动性和可填充性,在一定温度、速度和外力作用下,将铝合金熔体以浇注、压射、吸入等方式浇铸到现有的各种模型中,从而获得所需形状和组织性能的铝合金铸件和压铸件。
(2)塑性成形法。
利用铝及铝合金良好的塑性,在一定温度、速度条件下,以各种形式对原材料施加压力,克服金属对于变形的抵抗,使其产生塑性变形,从而获得各种形状、规格尺寸和组织性能的铝及铝合金产品。
铝具有密度小,熔点低,铸造、导电、导热、反光和抗腐蚀性能良好,可以进行各种塑性加工等特性,因此其用途极其广泛,目前产量和用量仅次于钢铁。铝及铝合金可用于以下行业。
(1)轻工业,如日用五金、家用电器、日用玻璃和日用化工等。
(2)电气行业,如高压输电线路的钢芯铝绞线、变压器线圈、感应电动机转子、变压器铝带、铝电力电缆、铝电磁线等。
(3)电子行业,如计算机外壳、收音机、电视机、电解电容器、电位器、雷达、导弹加套设备等。
(4)汽车行业,如汽车散热交换器、冷藏车、地铁、高架铁路等。
(5)建筑行业,如铝合金门窗、装饰用板等。
(6)包装材料,如易拉罐,香烟、糖果、药品、化妆品的包装等。
(7)其他行业,如医疗器械、广告展示牌、飞机机身、蒙皮、装甲板等。