11 新型金属装饰材料

新型金属装饰材料主讲：严捍东博士新型建筑材料第十一章[e-mail]OfCivilEngineering知识结构概述建筑五金制品不锈钢铝及铝合金铝合金幕墙板铁艺[e-mail]OfCivilEngineering一、概述以各种金属作为建筑装饰树料，有着源远流长的历史。北京颐和园中的铜亭，山东泰山顶上的铜殿，云南昆明的金殿，西藏布达拉宫金碧辉煌的装饰等极大地赋予了古建筑独特的艺术能力。在现代建筑中，金属材料更是以它独特的性能——耐腐、轻盈、高雅、光辉、质地、力度，赢得了建筑师的青睐。从高层建筑的金属铝门窗到围墙、栅栏、阳台、入口、柱面等，金属材料无所不在。金属材料从点缀并延伸到赋予建筑奇待的效果。如果说，世界著名的建筑埃菲尔铁塔是以它的结构特征，创造了举世无双的奇迹，那么法国蓬皮杜文化中心则是金属的技术与艺术有机结合的典范，创造了现代建筑史上独具一格的艺术佳作。概述[e-mail]OfCivilEngineering我国三大铜亭为：颐和园内铜亭，为清帝后祈福诵经之所，乾隆二十年（1755年）建成。通高7.55米，重四十一万四千斤（207吨），铜殿梁柱、斗拱、椽瓦、匾联等全部构件采用我国传统的“拨蜡法”与“沙法”铸造并烧制成，工艺繁杂，有很高的科学价值。云南昆明的铜亭。山东岱庙内的铜亭，铜亭的铜门窗被日本侵略者抢走。颐和园铜亭概述[e-mail]OfCivilEngineering概述云南昆明金殿[e-mail]OfCivilEngineering概述山东岱庙铜亭[e-mail]OfCivilEngineering概述江山社稷金殿（故宫）[e-mail]OfCivilEngineering概述红铜三羊香炉[e-mail]OfCivilEngineering概述宝云阁（汉白玉底座）铜亭[e-mail]OfCivilEngineering国立蓬皮杜文化中心概述[e-mail]OfCivilEngineering概述埃菲尔铁塔[e-mail]OfCivilEngineering埃菲尔铁塔概述[e-mail]OfCivilEngineering概述埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔[e-mail]OfCivilEngineering二、铝及铝合金（一）铝的特性铝属于有色金属中的轻金属，外观呈银白色。铝的密度为2.78g/cm3，熔点为660℃，铝的导电性和导热性均很好。铝的化学性质很活泼，它和氧的亲和力很强，在空气中易生成一层氧化铝薄膜，从而起到了保护作用，具有一定的耐蚀性。但氧化铝薄膜的厚度仅0.1微米左右，因而与卤素元素(氯、溴、碘)、碱、强酸接触时，会发生化学反应而受到腐蚀。另外，铝的电极电位较低，如与电极电位高的金属接触并且有电解质存在时(如水汽等)会形成微电他，产生电化学腐蚀，所以使用铝制品时要避免与电极电位高的金属接触。铝具有良好的可塑性(伸长率可达50％)，可加工成管材、板材、薄壁空腹型材，还可压延成极薄的铝箔(6×10－3～25×10－3mm)，并具有权高的光、热反射比(87％～97％)，但铝的强度和硬度较低(屈服强度80～100MPa，HB＝200)。为提高铝的实用价值，常加入合金元素铝及铝合金[e-mail]OfCivilEngineering（二）铝合金通过在铝中添加镁、锰、铜、硅、锌等合金元素形成铝基合金以改变铝的某些性质，如同在碳素钢中添加一定量合金元素形成合金钢而改变碳素钢某些性质一样，往铝中加入适量合金元素则称为铝合金。铝合金既保持了铝质量轻的特性，同时，机械性能明显提高(屈服强度可达210～500MPa，抗拉强度可达380～550MPa)，因而大大提高了使用价值．不仅可用于建筑装修，还可用于结构方面。铝合金的主要缺点是弹性模量小(约为钢的1/3)、热膨胀系数大、耐热性低、焊接需采用惰性气体保护等焊接新技术。铝及铝合金[e-mail]OfCivilEngineering（三）铝合金的分类、牌号和性能铝合金可以按合金元素分为二元和三元铝合金。如A1—Mn合金、Al－Mg合金、Al—Mg—Si合金、A1—Cu—Mg合金、A1—Zn—Mg合金、Al－Zn—Mg—Cu合金。掺入的合金元素不同，铝合金的性能也不同，包括机械性能、加工性能、耐蚀性能和焊接性能。铝合金还可按加工方法分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金的品种有铝硅、铝铜、铝镁、铝锌四个组，按照YBl43—75规定，铸造铝合金锭的牌号用汉字拼音字母“ZL”(铸铝)和三位数字组成．如ZL101称101号铸铝，三位数字中第一位数字(1～4)表示合金的组别，1表示铝硅合金，2代表铝铜合金，3代表铝镁合金，4代表铝锌合金，后面两位数字为顺序号，如ZL101为铝硅合金，ZL201为铝铜合金。铝及铝合金[e-mail]OfCivilEngineering变形铝合金是通过冲压，弯曲，辊轧等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金根据热处理对其强度的不同影响，分为热处理非强化和热处理可强化两种，热处理非强化型，即不能用淬火的方法来提高其强度，如：铝－锰合金，铝－镁合金(我国通称防锈铝)；可热处理强化型，即能用热处理的办法来提高强度，如硬铝、超硬铝及锻铝等。建筑用铝合金主要是变形铝合金。各种变形铝合金的牌号分别用汉语拼音字母和顺序号表示，顺序号不直接表示合金元素的含量。如：LF--防锈铝合金(筒称防锈铝)；LY--硬铝合全(简称硬铝)LC--超硬铝合金(筒称超硬铝)；LD----锻铝合金(简称锻铝)LT——特殊铝合金．铝及铝合金[e-mail]OfCivilEngineering防锈铝有铝锰合金和铝镁合金两种。常用防锈铝的牌号有：LF21，LF2,LF3，LF4，LF5，LFl1等，LF21为铝锰合金，其余都属于铝镁合金。LF21突出的性能是塑性好、耐腐蚀、焊接性优异。加锰后有一定的固溶强化作用。但高温强度较低。适用于受力不大的门窗、罩壳、民用五金、化工设备中。现代建筑中铝板幕墙采用的是该合金。铝镁合金的性能特点是抗蚀性好，疲劳强度高，低温性能良好，即随温度降低，抗拉强度、屈服强度、伸长率均有所提高，虽热处理不可强化，但冷作硬化后具有较高强度。常将其制作成各种波形的板材，它具有质轻、耐用、美观、耐久等特点。适用于建筑物的外墙和屋面，也可用于工业与民用建筑的非承重外挂板。铝及铝合金[e-mail]OfCivilEngineering常用硬铝有11个牌号，LYl2是硬铝的典型产品。常用超硬铝有8个牌号，LC9是该合金中应用较早较广的合金牌号。锻铝的典型牌号为LD30和LD31，分别相当于国际上流行的6061和6063合金牌号。Al—Mg—Si系合金是目前各国制作铝合金门窗、幕墙等建筑装饰材料最主要的合金品种。最常用的为LD30和LD31。LD30合金的特点是，中等强度，有良好的塑性，优良的可焊性和耐蚀性，特别是无应力腐蚀开裂倾向。LD31合金除热处理强化后具有中等强度外，冲击韧性高，有极好的热塑性，可以高速挤压成结构复杂、薄壁、中空的各种型材。焊接性和耐蚀性优良，无应力腐蚀开裂倾向，加工后表面十分光洁且易阳极氧化和着色。铝及铝合金[e-mail]OfCivilEngineering（四）铝合金型材的加工建筑铝合金型材的生产方法可分为压挤和轧制两大类。由于建筑铝合金型材的品种规格繁多，断面形状复杂，尺寸和表裹面要求严格。因此，它和钢铁材料不同，在国内外的生产中，绝大多数采用挤压方法，仅在生产批量较大、尺寸在表面要求较低的中、小规格的棒材和断面形状简单的型材时，才采用轧制方法。因此，只对挤压生产工艺作一般介绍。生产建筑铝合金型材主要采用正挤压法，但有时也采用反挤压法。冷轧坯料热轧坯料铝及铝合金[e-mail]OfCivilEngineering(1)正挤压法正挤压法是目前挤压生产中应用最广的一种方法．挤压过程见图：挤压时，将铸锭3放入挤压筒1中．在挤压轴2的压力作用下，沿金属模孔4而流出，得到与模孔尺寸形状相同的挤压制品5。铝及铝合金[e-mail]OfCivilEngineering正挤压法的主要特点是在挤压过程中，挤压筒固定不动，铸锭在挤压轴压力作用下，沿挤压筒内壁移动，压出金属的流动方向与挤压轴的运动方向相同，故称正挤压或正向挤压。正挤压法优点很多，灵活性大，可用此法生产各种挤压制品，在设备结构，工具装配和生产操作等方面也都较其他挤压方法简单。正挤压法的主要缺点是在挤压过程中，由于铸锭在挤压筒内移动而引起了很大的摩擦阻力，使金属流动不均匀，增加了制品组织和性能的不均匀性，几何废料较多，而且在相同挤压条件下，采用正挤压法所需的挤压力要比反挤压法约高30％～40％。铝及铝合金[e-mail]OfCivilEngineering(2)反挤压法反挤压法的主要特点是在挤压过程中，铸锭与挤压筒之间无相对运动，从而改变了在挤压筒中金属流动的力学条件，降低了变形的不均匀性，减低了所需的挤压力。在现代挤压机上实现反挤压的方法主要有带堵头的和采用双挤压轴的两种，其挤压过程：当采用带堵头的挤压法时，空心挤压轴5固定不动，堵头3在挤压机主缸压力作用下，推动挤压筒2和铸锭1同时前进，迫使金属从模孔4沿着与空心挤压轴5相反的方向流出(如图)，故称反挤压或反向挤压。铝及铝合金[e-mail]OfCivilEngineering当采用带双挤压轴的反挤压法时，空心挤压轴5固定不动，铸锭1在挤压轴7的压力作用下，与挤压筒2同时前进，金属从