铝合金应用

铝——来自粘土中的白银第二节铝的发展这是一款轿车------尼桑颐达，它在广告中的卖点之一就是“全铝合金引擎”。铝是轻金属，号称“会飞的金属”蓝宝石是色美、透明的宝石级刚玉,是美国国石。实际上自然界中的宝石级刚玉除红色的称红宝石外，其余各种颜色如蓝色、淡蓝色、绿色、黄色、灰色、无色等，均称为蓝宝石。蓝宝石的化学成分（Al2O3）,主要以Fe、Ti、致色红宝石的英文名为Ruby，在圣经中红宝石是所有宝石中最珍贵的。红宝石炙热的红色使人们总把它和热情、爱情联系在一起，被誉为“爱情之石”，象征着热情似火，爱情的美好、永恒和坚贞。红宝石是七月的生辰石。3.1铝的性质及用途：3.1.1铝的物理性质纯铝为银白色金属，铝的比重为2.72（g/cm3），约为铁的三分之一。铝的熔点与其纯度有关，当纯度为99.996%时，熔点为660.24℃。铝具有优良的导电、导热性，其导电性仅次于银和铜.铝的塑性很好，具有延展性，便于各种冷、热压力加工，它既可以制成厚度仅为0.006毫米的铝箔，也可以冷拔成极细的丝。通过添加其它元素还可以将铝制成合金使它硬化，强度甚至可以超过结构钢，但仍保持着质轻的优点。第三节铝3.1.2.铝的化学性质铝易溶于稀酸和碱溶液，在冷的浓HNO3和浓H2SO4中，铝的表面会被钝化不发生作用。热HNO3和浓H2SO4与铝强烈反应。在空气中，铝表面形成致密氧化膜，阻止内层的铝被氧化，使铝在空气中有很高的稳定性。铝同氧在高温下反应并放出大量的热，利用这个反应的高反应热，铝常被用来从其它氧化物中置换金属，这种方法被称为铝热法。在高温下，铝也容易同其它非金属（卤素、硫、碳）反应生成硫化物，卤化物等。3.1.3.铝的用途在建筑业上，由于铝的抗氧化性和美观性，使铝在建筑业上被越来越多地广泛应用，特别是在铝合金门窗、铝塑管、装饰板、铝板幕墙等方面的应用。在交通运输业上，汽车、火车、飞机、船只等交通运输工具开始大量采用铝及铝合金作为构件和装饰件，随着铝合金加工材的硬度和强度不断提高，航空航天领域使用的比例开始逐年增加。在包装业上，各类软包装用铝箔、全铝易拉罐、各类瓶盖及易拉盖、药用包装等用铝范围也在扩大。冶金工业中，常用铝热剂来熔炼难熔金属。如铝粉和氧化铁粉混合，引发后即发生剧烈反应，交通上常用此来焊接钢轨；渗铝，是钢铁化学热处理方法的一种，使普通碳钢或铸铁表面上形成耐高温的氧化铝膜以保护内部的铁。3.1.4炼铝原料：炼铝最主要的矿石资源为铝土矿。铝土矿主要含铝矿物为三水铝石（Al2O33H2O），一水硬铝石（Al2O3H2O），一水软铝石（Al2O3H2O）。其他矿石主要有霞石、红柱石、蓝晶石、明矾石、高岭石。一水硬铝石三水铝石一水软铝石红柱石蓝晶石明矾石高岭石霞石3.2铝的生产方法：工业上生产铝的唯一方法为冰晶石—氧化铝熔盐电解法。它包括从铝土矿中生产氧化铝以及氧化铝电解两个主要过程。铝的生产流程3.2.1氧化铝生产方法迄今为止，已经提出了很多从铝矿石或其它含铝原料中提取氧化铝的力法。由于技术和经济方面的原因，有些方法巳被淘汰，有些还处于试验研究阶段，目前用于工业生产的只有少数几种方法。提出的氧化铝生产方法可归纳为四类，即碱法、酸法、酸碱联合法与热法。3.2.1.1碱法生产氧化铝用碱(NaOH或Na2CO3)处理铝土矿，使矿石中的含铝矿物和碱反应生成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛和二氧化硅等杂质成为不溶性的化合物进入固体残渣中。渣液分离后，溶液可分解析出A1(OH)3，煅烧A1(OH)3即获得氧化铝。电解用氧化铝通常称为“铝氧”，是一种白色无定形粉状物，俗称矾土，属离子化合物，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度3.6g/cm3。它的流动性好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中，是铝电解生产的中的主要原料。电解铝生产工艺：氧化铝的熔点很高，采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，生产中的能量消耗很大。1986年，美国化学家霍尔在氧化铝中、添加了冰晶石（Na3AlF6），使氧化铝熔融温度降低，从而减少了冶炼过程中的能量消耗，使铝及其合金成为人类生、活和生产中广泛应用的金属材料。铝电解工艺流程图冰晶石3.2.2.1电解炼铝原理：电解过程在电解槽内进行，直流电经过电解质使氧化铝分解。依靠电流的焦耳热维持电解温度950~970℃。电解产物在阴极上是液体铝。在阳极上是氧，它使碳阳极氧化而析出气体CO2和CO，铝液用真空罐法抽出，经净化澄清之后，浇注成商品铝锭，其质量一般达到99.5~99.7%Al。3.2.2.3.铝电解槽3.2.2.3.1电解槽的总体结构电解槽是在一个钢制槽壳内部衬以耐火砖和保温层，压型炭块镶于槽底，作为电解槽的阴极。电流通过电解质由炭质阴极流入炭质阳极，完成电解过程。阳极炭块电解质烟罩铝液钢制槽壳钢导电棒阴极炭块耐火材料铝电解槽结构图3.2.2.3.2电解槽的各部分构成：主要包括阳极装置、阴极装置、母线装置。（1）阳极装置电解过程中，阳极不断消耗，需通过调整极具来调整电解质温度。电解槽正常操作时要经常升降阳极。因此，阳极装置主要由阳极母线大梁、阳极炭块组和阳极升降机构组成。阳极装置（2）阴极装置由钢制槽壳、阴极炭块组和保温材料砌体组成。阴极装置（3）母线装置包括阴极母线，阳极母线，立柱母线和槽间母线。槽间母线3.2.2.5.铝电解过程中的电极过程：3.2.2.5.1阴极过程电解过程中，铝电解槽阴极上的基本电化学过程是Al-O-F络合离子中的Al3+离子的放电析出。阴极反应为：Al3++3e=Al3.2.2.5.2阳极过程（1）阳极反应：炭阳极上的反应为Al-O-F络合离子中的O2-在炭阳极上放电生成O原子，再与炭阳极中的碳发生反应生成CO2，反应式为：2O2-+C-4e=CO2因此，总反应式为：2Al2O3+3C=4Al+3CO23.2.2.6.铝电解生产实践现代铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950~970℃下，在电解槽内的两极上进行电解反应。阳极产物主要是CO2和CO气体，其中含有一定量的HF等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。硬铝合金：LY(铝硬）+顺序号（化学成分）这类合金主要有Al-Cu-Mg系合金，可通过淬火时效来显著提高强度，硬度和耐热性能都有所改善，但耐蚀性较差，多用于制造中等强度的飞机结构件等。超硬铝合金：LC(铝超）+顺序号（化学成分）这类合金主要有Al-Cu-Mg-Zn系合金，淬火时效后强化效果优于硬铝合金，但耐蚀性同样较差，多用于制造质轻、受力较大的结构件等。飞机翼梁(腹板为超硬铝合金)飞机主起落架