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

Proizvodnja aluminija

Aluminij pridobivajo iz minerala boksita. Boksit se pretvori v aluminijev oksid (aluminijev oksid) preko Bayerjevega procesa. Glinica se nato z elektrolitskimi celicami in Hall-Heroultovim postopkom pretvori v kovinski aluminij.

Letno povpraševanje po aluminiju

Svetovno povpraševanje po aluminiju je približno 29 milijonov ton na leto. Približno 22 milijonov ton je novega aluminija in 7 milijonov ton recikliranega odpadnega aluminija. Uporaba recikliranega aluminija je ekonomsko in okoljsko prepričljiva. Za proizvodnjo 1 tone novega aluminija je potrebnih 14.000 kWh. Nasprotno pa je potrebnih le 5 % tega za ponovno taljenje in recikliranje ene tone aluminija. Ni razlike v kakovosti med primarnimi in recikliranimi aluminijevimi zlitinami.

Uporaba aluminija

čistaaluminijje mehak, duktilen, odporen proti koroziji in ima visoko električno prevodnost. Široko se uporablja za kable s folijo in prevodnike, vendar je za zagotovitev večje trdnosti, potrebne za druge aplikacije, potrebna zlitina z drugimi elementi. Aluminij je ena najlažjih inženirskih kovin, saj ima razmerje med trdnostjo in težo boljše od jekla.

Z uporabo različnih kombinacij njegovih ugodnih lastnosti, kot so trdnost, lahkotnost, odpornost proti koroziji, možnost recikliranja in oblikovanja, se aluminij uporablja v vedno večjem številu aplikacij. Ta niz izdelkov sega od strukturnih materialov do tankih embalažnih folij.

Oznake zlitin

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

Obstaja več kot 300 obdelanih zlitin, od tega 50 v splošni uporabi. Običajno so označeni s štirimestnim sistemom, ki izvira iz ZDA in je zdaj splošno sprejet. Tabela 1 opisuje sistem za obdelane zlitine. Lite zlitine imajo podobne oznake in uporabljajo petmestni sistem.

Tabela 1.Oznake za kovane aluminijeve zlitine.

Za nelegirane kovane aluminijeve zlitine, označene z 1XXX, zadnji dve števki predstavljata čistost kovine. So enakovredni zadnjima dvema števkama za decimalno vejico, ko je čistost aluminija izražena na 0,01 odstotka natančno. Druga številka označuje spremembe mejnih vrednosti nečistoč. Če je druga številka nič, označuje nelegiran aluminij z mejami naravnih nečistoč, številke od 1 do 9 pa označujejo posamezne nečistoče ali legirne elemente.

Za skupine od 2XXX do 8XXX zadnji dve števki označujeta različne aluminijeve zlitine v skupini. Druga številka označuje modifikacije zlitine. Druga številka 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. Posledično visoko razmerje med trdnostjo in težo je pomemben strukturni material, ki omogoča povečano nosilnost ali prihranek goriva, zlasti v transportni industriji.

Trdnost aluminija

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

Aluminijje zelo primeren za hladna okolja. Pred jeklom ima prednost v tem, da njegova natezna trdnost narašča z nižanjem temperature, medtem ko ohranja svojo žilavost. Po drugi strani pa jeklo pri nizkih temperaturah postane krhko.

Odpornost aluminija proti koroziji

Ko je izpostavljen zraku, se na površini aluminija skoraj v trenutku oblikuje plast aluminijevega oksida. Ta plast ima odlično odpornost proti koroziji. Je precej odporen na večino kislin, manj pa na alkalije.

Toplotna prevodnost aluminija

Toplotna prevodnost aluminija je približno trikrat večja od jekla. Zaradi tega je aluminij pomemben material za hlajenje in ogrevanje, kot so toplotni izmenjevalniki. Skupaj z nestrupenostjo ta lastnost pomeni, da se aluminij v veliki meri uporablja v kuhinjskih pripomočkih in kuhinjski posodi.

Električna prevodnost aluminija

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

Odbojnost aluminija

Od UV do infrardečih je aluminij odličen odbojnik sevalne energije. Odbojnost vidne svetlobe okoli 80 % pomeni, da se pogosto uporablja v svetilkah. Enake lastnosti odbojnosti naredialuminijidealen kot izolacijski material za zaščito pred sončnimi žarki poleti, medtem ko izolira pred toplotnimi izgubami pozimi.

Tabela 2.Lastnosti za aluminij.

Mehanske lastnosti aluminija

Aluminij se lahko močno deformira brez poškodb. To omogoča oblikovanje aluminija z valjanjem, ekstrudiranjem, vlečenjem, strojno obdelavo in drugimi mehanskimi postopki. Lahko se ulije tudi z visoko toleranco.

Legiranje, hladno obdelavo in toplotno obdelavo je mogoče uporabiti za prilagajanje lastnosti aluminija.

Natezna trdnost čistega aluminija je okoli 90 MPa, vendar se lahko poveča na več kot 690 MPa za nekatere zlitine, ki jih je mogoče toplotno obdelati.

Standardi za aluminij

Stari standard BS1470 je nadomestilo devet standardov EN. Standardi EN so podani v tabeli 4.

Tabela 4.EN standardi za aluminij

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

• Kemična sestava – nespremenjena.
• Sistem številčenja zlitin – nespremenjen.
• Oznake kaljenja za zlitine, ki jih je mogoče toplotno obdelati, zdaj pokrivajo širši razpon posebnih temperamentov. Do štiri števke po T so bile uvedene za nestandardne aplikacije (npr. T6151).
• Oznake kaljenja za zlitine, ki jih ni mogoče toplotno obdelati – obstoječe kaljenja so nespremenjene, vendar so kaljenja zdaj bolj celovito opredeljena glede na to, kako so ustvarjene. Mehki (O) temper je zdaj H111 in uveden je bil vmesni temper H112. Za zlitino 5251 so temperature zdaj prikazane kot H32/H34/H36/H38 (enakovredno H22/H24 itd.). H19/H22 in H24 sta zdaj prikazana ločeno.
• Mehanske lastnosti – ostajajo podobne prejšnjim številkam. 0,2-odstotna odpornost proti stresu mora biti zdaj navedena na preskusnih potrdilih.
• Tolerance so bile v različnih stopnjah poostrene.
  

  Toplotna obdelava aluminija

  Za aluminijeve zlitine je mogoče uporabiti vrsto toplotne obdelave:

  • Homogenizacija – odstranitev segregacije s segrevanjem po litju.
  • Žarjenje – uporablja se po hladni obdelavi za mehčanje utrjenih zlitin (1XXX, 3XXX in 5XXX).
  • Utrjevanje s precipitacijo ali staranjem (zlitine 2XXX, 6XXX in 7XXX).
  • Toplotna obdelava raztopine pred staranjem izločevalno utrjenih zlitin.
  • Pečenje za utrjevanje premazov
  • Po toplotni obdelavi se oznakam doda pripona.
  • Pripona F pomeni "kot izdelano".
  • O pomeni "žarjeni kovani izdelki".
  • T pomeni, da je bil "toplotno obdelan".
  • W pomeni, da je bil material toplotno obdelan.
  • H se nanaša na zlitine, ki jih ni mogoče toplotno obdelati in so "hladno obdelane" ali "utrjene".
  • Zlitine, ki jih ni mogoče toplotno obdelati, so tiste v skupinah 3XXX, 4XXX in 5XXX.