铝材介绍

金属元素-铝

铝是地球上含量极丰富的金属元素，其蕴藏量在金属中居第2位。至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属－铝的生产和应用。

当1886年Charles Hall在美国俄亥俄州和Paul Heroupt在法国各自独立地将溶解在熔融冰晶石中的氧化铝(Al2O3)的电解还原技开发成功之时，世界上首批以内燃机为动力设备的车辆问世，随之而来的便是作为汽车业需用的、具有越来越大的工程价值的材料－铝及其合金对汽车工业的发展开始起重要的作用。电气化也要求将大量质轻的导电金属－铝用于长距离输送电，用于建造支撑架空电缆纲络所需要的塔架，以便以发电厂传输电能。

铝工业的发展还不只限于上述内容。铝在商业上应用于诸如镜框、门牌和餐用托盘之类的新颖物品。铝制的炊事用具也成为市场上的一类商品。现在，铝已发展成具有各种各样用途的材料，其范围之广足以使现代生活的各个侧面直接地受到铝的应用的影响。

铝的生产

所有铝的生产均基于Hall-Heroult法。将从铝土矿制得的氧化铝溶于冰晶石电解液，其中加有几种氟化物的盐类以控制电解液的温度、密度、电阻率以及铝的溶解度。然后，通入电流电解已熔的氧化铝。这样，氧在碳阳极上生成并与后者起反应，而铝则在阴极上作为金属

液层而聚集。已分离出的金属可以定时用虹吸法或真空法移出度坩埚中，然后将铝液转移到铸造设备中浇铸成锭。

Courtesy of Kamkiu Aluminium Extrusion Co. Ltd

冶炼出来的铝含有的主要杂质是铁与硅，锌、镓、钛、钒也通常作为微量杂质存在。国际上铝的最低纯度是以确定的成分及其数值作为基本标准。在美国，以形成常规做法是将铁与銈的相对浓度作为更重要的标准来考虑。未合金化的金属级别，可由其纯度来决定，如含铝量为99.70%的铝，或者由美国铝协会制订的方法来决定，该法规定以Pxxx级别为标准。在后一种情况下，字母P后的数字表明硅与铁各自的最大的百份之零点几数值。

全世界原生铝产量总数为17.304 x 106Mg 。美国的铝产量占1988年世界产量的22.8%，而欧洲占21.7%。其余55.5%的铝由亚洲(6.6%)、加拿大(8.9%)、拉丁美洲(含南美洲)(8.8%)、大洋洲(7.8%)、非洲(3.1%)和其它地区(21.3%)生产。

铝的主要特性:

铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，可机加工性、物理和力学性能好，以及抗腐蚀性好，从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认为最为经济实用。

铝的密度只有2.7g/cm3，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为7.83g/ cm3，8.93g/ cm3)，的1/3。在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示优良的抗腐蚀性。

铝的表面具有高度的反射性。辐射能、可见光、辐射热和电波都

能有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。

铝通常显示出优良的电导率和热导率，具有高电阻率的一些特定铝合金也已经研制成功，这些合金可用于如高转矩的电动机中。铝由于它的优良电导率而常被选用。在重量相等的基础上，铝的电导率近于铜的两倍。铝合金的热导量率大约是铜的50-60%，这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具，以及汽车的缸盖与散热器皆为有利。

铝是非铁磁性的，这对电气工业和电子工业而言是一重要特性。铝是不能自燃的，这对涉及装卸或接触易燃易爆材料的应用来说是重要的。铝无毒性，通常用于制造盛食品和饮料的容器。它的自然表面状态具有宜人的外观。它柔软、有光泽，而且为了美观，还可着色或染上纹理图案。

一些铝合金在强度上超过结构钢材，但是纯铝及某些铝合金的强度和硬度极低。在现代生活中，铝已经广泛地应用在建筑行业中。

可机加工性:

铝的可机加工性是优良的。在各种变形铝合金和铸造铝合金中，以及在这些合金产出后具有的各种状态中，机加工特性的变化相当大，这就需要特殊的机床或技术。

可成形性:

这是铝及许多铝合金较重要的特性之一。特定的拉伸强度、屈服

强度、可延展性和相应的加工硬化率支配着允许变形量的变化。商业上可提供的铝合金在不同形态下成形性的额定值取决于成形的工艺方法。这些额定值在作金属加工特性的定性对照中仅能起大致的指导作用，即不能定量地作为成形性的极值。

可锻性:

铝合金可以锻造成形状与品种繁多的锻件，它们的最终部件锻造设计标准的选择范围(基于预定的用途)是很宽的。连接铝可用各式各样的方法连接，包括熔焊、电阻焊、硬焊焊、软焊焊、粘结以及诸如铆接和栓接之类的机械方法。

可回收性:

铝具有极高的回收性,再生铝的特性舆原生铝几乎没有别。这点使铝成为环保人仕的宠儿。

铝的应用

铝广泛用于各种建筑中，如桥梁、塔楼和储罐等。虽然结构钢型材与板材的基建投资费用较低，但当人们考虑到工程的结构特点、独特的建筑设计、质轻和(或)抗腐蚀性时，就采用了铝。铝可用于桥梁与公路的辅助结构上，如桥梁栏杆、公路护栏、照明标准件、交通指挥塔、交通标志和连接围栏等。铝也普遍用于桥梁结构上，特别是长墩距桥梁或活动桥梁的平衡装置和 升桥的施工中。

脚手架、爬梯、变电所构筑物及其它公用工程构筑物，常使用的铝材形式主要是结构型材和特殊挤压型材。吊车、输送机和重载装卸系统包含了大量的铝材。储水大罐常用铝合金建造，以增强抗腐蚀性

并形成引人注意的外观。

包装业一直是用铝的市场之一，且发展最快。包装业产品包括家用包装材料、软包装和食品容器、瓶盖、软管、饮料罐与食品罐。铝箔颇适用于包装，箔制盒，包用于盛食品与药剂，并可作家用。

变形铝制品和铸造铝制品在汽车结构中应用颇广。每台汽车的典型铝用量约70kg(150lb)，此数可望急剧增加，因为普遍的节省燃料的要求迫使如此，而且人们还不断强调回收铝的重要性。

卡车由于重量的限制及人们想增加有效载重量的愿望，制造商已增加铝在驾驶室、拖车和卡车设计中的应用。由于使用挤压的车身纵梁、车架下梁和横梁，卡车自重已减小。挤压的或模板及锻造的驾驶盘已常见。

铁路车辆铝用于制造铁路底卸年、冷冻车和槽车。铝亦广泛用于铁路客车，特别是那些公共交通系统的车辆。

海上应用铝普及于各种各样的海上应用中，包括船舶的主要受力构件如船体与舱面室，以及其它应用如烟囱外壳、舱盖、窗框、空气出口、舷梯、通道、船尾、甲板、通风设备、船用家具、以铝代用的五金器材、燃料罐及面表光亮的平整件。

航空航天铝实际上用于飞机、导弹和宇宙飞船工业的所有部分(图1-11)－制造机身、引擎、附件、液体燃料和氧化剂的容器设备。铝因其高强度/密度之比率、抗腐蚀性和重量功效而得到广泛应用，特别是用在压缩的设计中。

耐用消费品: 家用电器由于铝制质量量轻、外观美观、具有对各