Aluminium

Aluminium – jest metalem o barwie srebrzystobiałej, gęstości 2,7 t/m3, temperaturze topnienia 933 K. Jest odporne na działanie słabych kwasów i na wpływy atmosferyczne. Posiada dużą przewodność elektryczną i cieplną, jest kowalne i daje się odlewać. Wytrzymałość na rozciąganie w stanie lanym Rm=90-120 MPa, kutym i żarzonym Rm=70-110 MPa, zaś twardość 15-24 HB. Wydłużenie aluminium lanego (a10) 18-25% – zaś kutego i żarzonego 30-45%.

Aluminium jest najpowszechniej występującym metalem w przyrodzie (około 7%) jako składnik prawie wszystkich pospolitych minerałów z wyjątkiem piasku i wapnia.

Aluminium otrzymuje się najczęściej z rudy zwanej boksy (Al2O3), która zawiera do 60% wodorotlenku glinu Al(OH)3 oraz takie domieszki jak tlenki siarki (SiO2), wapnia CaO i żelaza (Fe2O3). Podejmowane są próby otrzymywania aluminium z siarczków oraz różnych gatunków gliny, które znajdują się w skorupie ziemskiej w bardzo dużych ilościach. W Polsce ostatnio opracowana została metoda otrzymywania aluminium z tlenku glinu, co znacznie zmniejsza koszty produkcji tego metalu (metoda J. Bretsznajdra). Inna, opracowana również w kraju, metoda otrzymywania aluminium z glin i iłów zwana metodą spiekowo-rozpadową (metoda I. Grzymka).

Na proces otrzymywania aluminium składa się: wytwarzanie czystego tlenku glinu oraz elektroliza stopionego tlenku glinu przy użyciu krolitu jako rozpuszczalnika. Czysty tlenek glinu można otrzymywać wieloma metodami. Najczęściej stosuje się sposób Boyera, polegający na oddziaływaniu związkami alkalicznymi na rudę boksytową. W wyniku reakcji tworzy się glinian sodu, a z niego wodorotlenek glinu. Po wyprażeniu wodorotlenku, otrzymuje się czysty tlenek glinu. Tlenek glinu jest produktem wyjściowym do produkcji aluminium metodą elektrolizy.
Elektrolizę przeprowadza się w elektrolizerach, które zbudowane są w postaci metalowych wanien wyłożonych materiałem izolacyjnym i ubitą masą węglową, która stanowi katodę. Nad wanną natomiast zawiesza się kilkanaście elektrod, które stanowią anody. W wyniku elektrolizy otrzymuje się tzw. aluminium hutnicze o zawartości 99-99,6% Al. Tak otrzymane aluminium stosuje się jako surowiec na odlewy oraz stopy aluminiowe. Zanieczyszczenie usuwa się z aluminium metodą rafinacji elektrycznej.

Właściwości wytrzymałościowe czystego aluminium są stosunkowo niskie, dlatego stosuje się stopy, które po odpowiedniej obróbce cieplnej mają wytrzymałość nawet kilkakrotnie większą. Stopy aluminium cechują się korzystnym parametrem konstrukcyjnym, tzn. stosunkiem wytrzymałości do ciężaru właściwego, który jest większy niż dla stali, a oprócz tego ich udarność nie maleje w miarę obniżania temperatury, dzięki czemu w niskich temperaturach mają większą udarność niż stal. Mają jednak niską wytrzymałość zmęczeniową.

Stopy aluminium dzieli się na:

  • odlewnicze (PN-EN 1706:2001)
  • do obróbki plastycznej (PN-EN 573-3:2005)

Do odlewniczych zaliczamy stopy przeważnie wieloskładnikowe o większej zawartości pierwiastków stopowych (5 – 25%), np. z krzemem (silumin); z krzemem i magnezem, z krzemem, miedzią, magnezem i manganem, z krzemem, miedzią, niklem, magnezem i manganem i inne. Cechują się one dobrą lejnością i małym skurczem.

Stopy do przeróbki plastycznej zawierają na ogół mniejsze ilości dodatków stopowych, głównie miedź (do ok. 5%), magnez (do ok. 6%) i mangan (do 1,5%), rzadziej krzem, cynk, nikiel, chrom, tytan. Niektóre stopy aluminium można poddawać utwardzaniu wydzieleniowemu, po którym ich właściwości wytrzymałościowe nie są gorsze niż wielu stali.

Niektóre stopy aluminium nadają się zarówno do odlewania, jak i przeróbki plastycznej.