Alumiini on maailman yleisin metalli ja kolmanneksi yleisin alkuaine, ja se muodostaa 8 % maankuoresta. Alumiinin monipuolisuus tekee siitä teräksen jälkeen eniten käytetyn metallin.
Alumiinin tuotanto
Alumiini on peräisin bauksiitista. Bauksiitti muunnetaan alumiinioksidiksi (alumiinioksidiksi) Bayer-prosessilla. Alumiinioksidi muunnetaan sitten alumiinimetalliksi elektrolyysikennoilla ja Hall-Heroult-prosessilla.
Alumiinin vuosittainen kysyntä
Alumiinin maailmanlaajuinen kysyntä on noin 29 miljoonaa tonnia vuodessa. Noin 22 miljoonaa tonnia on uutta alumiinia ja 7 miljoonaa tonnia kierrätettyä alumiiniromua. Kierrätetyn alumiinin käyttö on taloudellisesti ja ympäristöllisesti houkuttelevaa. Yhden tonnin uuden alumiinin tuottamiseen kuluu 14 000 kWh. Vastaavasti yhden tonnin alumiinin uudelleensulatukseen ja kierrätykseen kuluu vain 5 % tästä määrästä. Neitseellisten ja kierrätettyjen alumiiniseosten välillä ei ole laatueroa.
Alumiinin käyttökohteet
Puhdasalumiinion pehmeä, sitkeä, korroosionkestävä ja sillä on korkea sähkönjohtavuus. Sitä käytetään laajalti kalvo- ja johdinkaapeleissa, mutta sen seostaminen muiden alkuaineiden kanssa on välttämätöntä muissa sovelluksissa tarvittavien suurempien lujuuksien saavuttamiseksi. Alumiini on yksi kevyimmistä teknisistä metalleista, jonka lujuus-painosuhde on parempi kuin teräksellä.
Hyödyntämällä erilaisia yhdistelmiä alumiinin edullisista ominaisuuksista, kuten lujuudesta, keveydestä, korroosionkestävyydestä, kierrätettävyydestä ja muovattavuudesta, sitä käytetään yhä useammassa sovelluksessa. Tämä tuotevalikoima ulottuu rakennemateriaaleista ohuisiin pakkauskalvoihin.
Seosmerkinnät
Alumiinia seostetaan yleisimmin kuparin, sinkin, magnesiumin, piin, mangaanin ja litiumin kanssa. Myös pieniä määriä kromia, titaania, zirkoniumia, lyijyä, vismuttia ja nikkeliä lisätään, ja rautaa on aina läsnä pieninä määrinä.
Taottuja seoksia on yli 300, joista yleisesti käytössä on 50. Ne tunnistetaan yleensä nelinumeroisella järjestelmällä, joka on peräisin Yhdysvalloista ja on nykyään yleisesti hyväksytty. Taulukossa 1 kuvataan taottujen seosten järjestelmä. Valuseoksilla on samankaltaiset nimitykset ja ne käyttävät viisinumeroista järjestelmää.
Taulukko 1.Taottujen alumiiniseosten nimitykset.
| Seosaine | Taottu |
|---|---|
| Ei mitään (99%+ alumiinia) | 1XXX |
| Kupari | 2XXX |
| Mangaani | 3XXX |
| Pii | 4XXX |
| Magnesium | 5XXX |
| Magnesium + pii | 6XXX |
| Sinkki | 7XXX |
| Litium | 8XXX |
Seostamattomien, taottujen alumiiniseosten, joiden merkintänä on 1XXX, kaksi viimeistä numeroa edustavat metallin puhtautta. Ne vastaavat kahta viimeistä numeroa desimaalipilkun jälkeen, kun alumiinin puhtaus ilmaistaan lähimpään 0,01 prosenttiin. Toinen numero osoittaa epäpuhtausrajojen muutoksia. Jos toinen numero on nolla, se osoittaa seostamatonta alumiinia, jolla on luonnolliset epäpuhtausrajat, ja numerot 1–9 osoittavat yksittäisiä epäpuhtauksia tai seosaineita.
Ryhmissä 2XXX–8XXX kaksi viimeistä numeroa osoittavat ryhmän eri alumiiniseokset. Toinen numero osoittaa seosmuunnelmia. Toinen numero nolla osoittaa alkuperäisen seoksen ja kokonaisluvut 1–9 osoittavat peräkkäiset seosmuunnelmat.
Alumiinin fysikaaliset ominaisuudet
Alumiinin tiheys
Alumiinin tiheys on noin kolmannes teräksen tai kuparin tiheydestä, mikä tekee siitä yhden kevyimmistä kaupallisesti saatavilla olevista metalleista. Tuloksena oleva korkea lujuus-painosuhde tekee siitä tärkeän rakennemateriaalin, joka mahdollistaa hyötykuormien lisäämisen tai polttoainesäästöjen erityisesti kuljetusteollisuudessa.
Alumiinin lujuus
Puhtaalla alumiinilla ei ole suurta vetolujuutta. Seosaineiden, kuten mangaanin, piin, kuparin ja magnesiumin, lisääminen voi kuitenkin parantaa alumiinin lujuusominaisuuksia ja tuottaa seoksen, jonka ominaisuudet sopivat tiettyihin sovelluksiin.
Alumiinisopii hyvin kylmiin ympäristöihin. Sillä on etuna teräkseen verrattuna se, että sen vetolujuus kasvaa lämpötilan laskiessa säilyttäen samalla sitkeytensä. Teräs puolestaan haurastuu matalissa lämpötiloissa.
Alumiinin korroosionkestävyys
Ilman vaikutuksesta alumiinin pinnalle muodostuu lähes välittömästi alumiinioksidikerros. Tällä kerroksella on erinomainen korroosionkestävyys. Se kestää melko hyvin useimpia happoja, mutta vähemmän emäksiä.
Alumiinin lämmönjohtavuus
Alumiinin lämmönjohtavuus on noin kolme kertaa suurempi kuin teräksen. Tämä tekee alumiinista tärkeän materiaalin sekä jäähdytys- että lämmityssovelluksissa, kuten lämmönvaihtimissa. Yhdessä sen myrkyttömyysominaisuuksien kanssa alumiinia käytetään laajasti keittiövälineissä ja keittiövälineissä.
Alumiinin sähkönjohtavuus
Kuparin tavoin alumiinilla on riittävän korkea sähkönjohtavuus, jotta sitä voidaan käyttää sähkönjohtimena. Vaikka yleisesti käytetyn johtavan seoksen (1350) johtavuus on vain noin 62 % hehkutetun kuparin johtavuudesta, se painaa vain kolmanneksen vähemmän ja voi siksi johtaa kaksi kertaa enemmän sähköä verrattuna samanpainoiseen kupariin.
Alumiinin heijastavuus
Alumiini heijastaa erinomaisesti säteilyenergiaa UV- ja infrapunasäteilystä. Näkyvän valon heijastavuus, noin 80 %, tarkoittaa, että sitä käytetään laajalti valaisimissa. Samat heijastavuusominaisuudet tekevätalumiiniihanteellinen eristemateriaali suojaamaan auringonsäteiltä kesällä ja samalla eristämään lämmönhukkaa talvella.
Taulukko 2.Alumiinin ominaisuudet.
| Kiinteistö | Arvo |
|---|---|
| Järjestysluku | 13 |
| Atomipaino (g/mol) | 26,98 |
| Valenssi | 3 |
| Kristallirakenne | FCC |
| Sulamispiste (°C) | 660,2 |
| Kiehumispiste (°C) | 2480 |
| Keskimääräinen ominaislämpö (0–100 °C) (cal/g °C) | 0,219 |
| Lämmönjohtavuus (0–100 °C) (cal/cm² °C) | 0,57 |
| Lineaarisen laajenemisen kerroin (0–100 °C) (x10⁻⁶/°C) | 23.5 |
| Sähköresistiivisyys 20 °C:ssa (Ω.cm) | 2.69 |
| Tiheys (g/cm3) | 2.6898 |
| Kimmokerroin (GPa) | 68.3 |
| Poissonin suhde | 0,34 |
Alumiinin mekaaniset ominaisuudet
Alumiinia voidaan vääntää voimakkaasti rikkoutumatta. Tämä mahdollistaa alumiinin muovauksen valssaamalla, puristamalla, vetämällä, koneistamalla ja muilla mekaanisilla prosesseilla. Se voidaan myös valaa suurilla toleranssiarvoilla.
Alumiinin ominaisuuksia voidaan muokata seostamalla, kylmämuokkaamalla ja lämpökäsittelyllä.
Puhtaan alumiinin vetolujuus on noin 90 MPa, mutta joidenkin lämpökäsiteltävien seosten tapauksessa se voidaan nostaa yli 690 MPa:iin.
Alumiinistandardit
Vanha BS1470-standardi on korvattu yhdeksällä EN-standardilla. EN-standardit on esitetty taulukossa 4.
Taulukko 4.Alumiinin EN-standardit
| Standardi | Soveltamisala |
|---|---|
| EN485-1 | Tarkastuksen ja toimituksen tekniset ehdot |
| EN485-2 | Mekaaniset ominaisuudet |
| EN485-3 | Kuumavalssatun materiaalin toleranssit |
| EN485-4 | Kylmävalssatun materiaalin toleranssit |
| EN515 | Luonnemerkinnät |
| EN573-1 | Numeerinen seosmerkintäjärjestelmä |
| EN573-2 | Kemiallisten symbolien merkintäjärjestelmä |
| EN573-3 | Kemialliset koostumukset |
| EN573-4 | Tuotemuodot eri seoksissa |
EN-standardit eroavat vanhasta standardista BS1470 seuraavilla alueilla:
- Kemiallinen koostumus – muuttumaton.
- Seosten numerointijärjestelmä – muuttumaton.
- Lämpökäsiteltävien seosten kestävyysmerkinnät kattavat nyt laajemman valikoiman erikoiskestävyysluokkia. Epätyypillisissä sovelluksissa (esim. T6151) on otettu käyttöön jopa neljä numeroa T-kirjaimen jälkeen.
- Lämpökäsittelemättömien seosten päästöluokkien nimitykset – olemassa olevat päästöluokat ovat pysyneet ennallaan, mutta päästöluokat on nyt määritelty kattavammin niiden valmistustavan suhteen. Pehmeä (O) päästö on nyt H111 ja käyttöön on otettu välipäästö H112. Seoksen 5251 päästöluokat on nyt merkitty muodossa H32/H34/H36/H38 (vastaa H22/H24:ää jne.). H19/H22 ja H24 on esitetty nyt erikseen.
- Mekaaniset ominaisuudet – pysyvät samoina kuin aiemmissakin luvuissa. 0,2 %:n vetolujuus on nyt mainittava testitodistuksissa.
- Toleranssirajoja on tiukennettu eriasteisesti.
Alumiinin lämpökäsittely
Alumiiniseoksille voidaan soveltaa useita lämpökäsittelyjä:
- Homogenisointi – segregaation poistaminen kuumentamalla valun jälkeen.
- Hehkutus – käytetään kylmämuokkauksen jälkeen pehmentämään työkarkenevia seoksia (1XXX, 3XXX ja 5XXX).
- Erotus- tai vanhenemiskarkeneminen (seokset 2XXX, 6XXX ja 7XXX).
- Erkautuskarkenevien seosten liuoslämpökäsittely ennen vanhentamista.
- Pinnoitteiden kovettuminen polttamalla
- Lämpökäsittelyn jälkeen nimitysnumeroihin lisätään pääte.
- F-pääte tarkoittaa "valmistettuna".
- O tarkoittaa ”hehkutettuja taottuja tuotteita”.
- T tarkoittaa, että se on "lämpökäsitelty".
- W tarkoittaa, että materiaali on käsitelty liuoslämpökäsittelyllä.
- H viittaa ei-lämpökäsiteltäviin seoksiin, jotka on "kylmämuokattu" tai "muokkauslujitettu".
- Lämpökäsittelemättömät seokset ovat 3XXX-, 4XXX- ja 5XXX-ryhmien seoksia.
Julkaisun aika: 16. kesäkuuta 2021
