Aluminij je najpogostejša kovina na svetu in tretji najpogostejši element, ki predstavlja 8 % zemeljske skorje. Zaradi vsestranskosti je aluminij najbolj razširjena kovina za jeklom.

Proizvodnja aluminija

Aluminij se pridobiva iz minerala boksita. Boksit se po Bayerjevem postopku pretvori v aluminijev oksid (aluminijev oksid). Aluminijev oksid se nato s pomočjo elektrolitskih celic in Hall-Heroultovega postopka pretvori v kovinski aluminij.

Letno povpraševanje po aluminiju

Svetovno povpraševanje po aluminiju znaša približno 29 milijonov ton na leto. Približno 22 milijonov ton je novega aluminija in 7 milijonov ton recikliranega aluminijevega odpadka. Uporaba recikliranega aluminija je ekonomsko in okoljsko privlačna. Za proizvodnjo 1 tone novega aluminija je potrebnih 14.000 kWh. Nasprotno pa je za ponovno taljenje in recikliranje ene tone aluminija potrebnih le 5 % te porabe. Med deviškimi in recikliranimi aluminijevimi zlitinami ni razlike v kakovosti.

Uporaba aluminija

ČistoaluminijJe mehak, duktilen, odporen proti koroziji in ima visoko električno prevodnost. Široko se uporablja za folijske in vodljive kable, vendar je za zagotovitev večje trdnosti, potrebne za druge aplikacije, potrebno legiranje z drugimi elementi. Aluminij je ena najlažjih inženirskih kovin, saj ima razmerje med trdnostjo in težo boljše od jekla.

Z uporabo različnih kombinacij svojih ugodnih lastnosti, kot so trdnost, lahkotnost, odpornost proti koroziji, recikliranje in oblikovnost, se aluminij uporablja v vedno večjem številu aplikacij. Ta paleta izdelkov sega od konstrukcijskih materialov do tankih embalažnih folij.

Oznake zlitin

Aluminij se najpogosteje legira z bakrom, cinkom, magnezijem, silicijem, manganom in litijem. Dodajo se tudi majhni dodatki kroma, titana, cirkonija, svinca, bizmuta in niklja, železo pa je vedno prisotno v majhnih količinah.

Obstaja več kot 300 kovanih zlitin, od katerih se 50 pogosto uporablja. Običajno jih označujemo s štirimestnim sistemom, ki izvira iz ZDA in je zdaj splošno sprejet. Tabela 1 opisuje sistem za kovane zlitine. Lite zlitine imajo podobne oznake in uporabljajo petmestni sistem.

Tabela 1.Oznake za kovane aluminijeve zlitine.

Pri nelegiranih kovanih aluminijevih zlitinah z oznako 1XXX zadnji dve števki predstavljata čistost kovine. Ustrezata zadnjima dvema števkama za decimalno vejico, ko je čistost aluminija izražena na najbližjih 0,01 odstotka. Druga števka označuje spremembe v mejah nečistoč. Če je druga števka nič, pomeni, da ima nelegiran aluminij naravne meje nečistoč, številke od 1 do 9 pa označujejo posamezne nečistoče ali legirne elemente.

Pri skupinah od 2XXX do 8XXX zadnji dve števki označujeta različne aluminijeve zlitine v skupini. Druga števka označuje modifikacije zlitine. Druga števka nič označuje prvotno zlitino, cela števila od 1 do 9 pa označujejo zaporedne modifikacije zlitine.

Fizikalne lastnosti aluminija

Gostota aluminija

Aluminij ima približno tretjino gostote jekla ali bakra, zaradi česar je ena najlažjih komercialno dostopnih kovin. Zaradi visokega razmerja med trdnostjo in težo je pomemben konstrukcijski material, ki omogoča povečanje nosilnosti ali prihranek goriva, zlasti v prometni industriji.

Trdnost aluminija

Čisti aluminij nima visoke natezne trdnosti. Vendar pa lahko dodatek legirnih elementov, kot so mangan, silicij, baker in magnezij, poveča trdnostne lastnosti aluminija in ustvari zlitino z lastnostmi, prilagojenimi določenim aplikacijam.

AluminijJe zelo primeren za hladna okolja. Pred jeklom ima prednost, saj se njegova natezna trdnost povečuje z zniževanjem temperature, hkrati pa ohranja žilavost. Jeklo pa pri nizkih temperaturah postane krhko.

Odpornost aluminija proti koroziji

Ko je aluminij izpostavljen zraku, se na njegovi površini skoraj v trenutku tvori plast aluminijevega oksida. Ta plast ima odlično odpornost proti koroziji. Je dokaj odporna na večino kislin, vendar manj odporna na alkalije.

Toplotna prevodnost aluminija

Toplotna prevodnost aluminija je približno trikrat večja od toplotne prevodnosti jekla. Zaradi tega je aluminij pomemben material za hlajenje in ogrevanje, na primer v izmenjevalnikih toplote. Zaradi svoje nestrupenosti se aluminij pogosto uporablja v kuhinjskih pripomočkih in posodah.

Električna prevodnost aluminija

Aluminij ima poleg bakra dovolj visoko električno prevodnost za uporabo kot električni prevodnik. Čeprav je prevodnost pogosto uporabljene prevodne zlitine (1350) le okoli 62 % prevodnosti žarjenega bakra, je le tretjina teže in zato lahko prevaja dvakrat več električne energije v primerjavi z bakrom enake teže.

Odbojnost aluminija

Aluminij odlično odbija sevalno energijo, od UV do infrardeče. Zaradi odbojnosti vidne svetlobe okoli 80 % se pogosto uporablja v svetilkah. Zaradi enakih lastnosti odbojnosti ...aluminijidealen kot izolacijski material za zaščito pred sončnimi žarki poleti, pozimi pa za izolacijo pred izgubo toplote.

Tabela 2.Lastnosti aluminija.

Mehanske lastnosti aluminija

Aluminij se lahko močno deformira brez poškodb. To omogoča oblikovanje aluminija z valjanjem, ekstrudiranjem, vlečenjem, strojno obdelavo in drugimi mehanskimi postopki. Prav tako ga je mogoče uliti z visoko toleranco.

Za prilagoditev lastnosti aluminija se lahko uporabijo legiranje, hladno obdelavo in toplotna obdelava.

Natezna trdnost čistega aluminija je okoli 90 MPa, vendar se lahko pri nekaterih toplotno obdelanih zlitinah poveča na več kot 690 MPa.

Aluminijasti standardi

Stari standard BS1470 je bil nadomeščen z devetimi standardi EN. Standardi EN so navedeni v tabeli 4.

Tabela 4.EN standardi za aluminij

Standardi EN se od starega standarda BS1470 razlikujejo na naslednjih področjih:

• Kemična sestava – nespremenjena.
• Sistem številčenja zlitin – nespremenjen.
• Oznake stanja za toplotno obdelane zlitine zdaj pokrivajo širši razpon posebnih stanja. Za nestandardne aplikacije so bile uvedene do štirimestne številke za T (npr. T6151).
• Oznake stanja za zlitine, ki jih ni mogoče toplotno obdelati – obstoječa stanja se niso spremenila, vendar so stanja zdaj bolj celovito opredeljena glede na način njihovega nastanka. Mehko stanje (O) je zdaj H111, uvedeno pa je bilo vmesno stanje H112. Za zlitino 5251 so stanja zdaj prikazana kot H32/H34/H36/H38 (kar ustreza H22/H24 itd.). H19/H22 in H24 sta zdaj prikazana ločeno.
• Mehanske lastnosti – ostajajo podobne prejšnjim vrednostim. Na potrdilih o preskusu je zdaj treba navesti 0,2-odstotno mejno napetost.
• Tolerance so bile v različnih stopnjah zaostrene.
  

  Toplotna obdelava aluminija

  Za aluminijeve zlitine se lahko uporabi vrsta toplotnih obdelav:

  • Homogenizacija – odstranitev segregacije s segrevanjem po ulivanju.
  • Žarjenje – uporablja se po hladni obdelavi za mehčanje zlitin, ki se utrjujejo (1XXX, 3XXX in 5XXX).
  • Utrjevanje s padavinami ali staranjem (zlitine 2XXX, 6XXX in 7XXX).
  • Toplotna obdelava pred staranjem zlitin, ki se utrjujejo s precipitacijo.
  • Žganje za utrjevanje premazov
  • Po toplotni obdelavi se oznakam doda pripona.
  • Pripona F pomeni »kot izdelano«.
  • O pomeni »žarjeni kovano obdelovani izdelki«.
  • T pomeni, da je bilo „toplotno obdelano“.
  • W pomeni, da je bil material toplotno obdelan.
  • H se nanaša na zlitine, ki jih ni mogoče toplotno obdelati in so "hladno obdelane" ali "deformacijsko utrjene".
  • Zlitine, ki jih ni mogoče toplotno obdelati, spadajo v skupine 3XXX, 4XXX in 5XXX.