21 juli, 2016

Aluminium

Som källa till texten har Sapas folder Aluminiumlära använts. Mer djupgående beskrivningar och fakta återfinns där. Rekommenderas varmt.

Aluminium är efter järn den vanligast använda metallen. Några av aluminiums konkurrensfördelar är låg vikt, god styrka, god hållfasthet, god korrosionshärdighet, hög ledningsförmåga och att det är lättarbetat. Aluminiums densitet är t.ex. en tredjedel av den för koppar och järn. Ändå år hållfastheten hos vissa aluminiumlegeringar jämförbar med den hos konstruktionsstål. Aluminium har ett naturligt oxidskikt som skyddar mot vidare korrosion. Detta skikt kan göras tjockare på kemisk väg vid anodisering. Aluminium är lättarbetat och kan bl.a. strängpressas, valsas, gjutas, bockas, skäras, svarvas, borras och fräsas.

Aluminium återvinns dessutom lätt. Ett flertal olika kretslopp för aluminium finns, t.ex. aluminiumbrukar. Energiåtgången vid omsmältning är endast 5% av den som åtgår vid primärframställning.

Tack vare aluminiums egenskaper återfinns den i de flesta miljöer. Den billiga återvinningen, låga vikt, hållfasthet och estetiska utseende är några bidragande faktorer till aluminiums framgång.

Historia

Historiskt sett är aluminium en relativt ”ung” metall. I början av 1800-talet intresserade sig ett flertal kemister runt om i världen för ett lermineral man trodde innehöll någon metall som var fast bundet till syre. Försök gjordes med t.ex. smältelektrolys men fram till mitten av 1850-talet hade man inte lyckats framställa mer än några fåtal korn aluminium. Då utvecklade en fransk kemist en ganska komplicerad metod för utvinning av aluminium. Världsproduktionen 1876 var 1,6ton. Genombrottet för aluminium kom 1886 när fransmannen Paul T Héroult och amerikanen Charles Martin Hall, oberoende av varandra, utarbetade en process för att på elektrolytisk väg utvinna aluminium ur aluminiumoxid. Denna metod används än idag. År 1900 uppgick den totala världsproduktionen till 5700ton. 2000 hade den ökat till 24milj ton.

Framställning av aluminium

Aluminium framställs genom elektrolys av aluminiumoxid. Aluminiumoxid utvinns i sin tur ur bauxit. Jordskorpan innehåller i medel 8% aluminium. Bauxit innehåller vanligen 20-30% aluminium. Aluminium framställs ur bauxit i två steg. Först utvinns aluminiumoxid ur bauxit enligt Bayermetoden. I korthet går den ut på att aluminiumföreningarna löses i en natriumhydroxidlösning vid hög värme (150-200 grader) och tryck(5bar). Under dessa förhållanden avskiljs aluminium från andra föreningar som ingår i bauxit. Lösningen filtreras senare så att den aluminiumhaltiga lösningen frigörs. Lösningen kyls så aluminiumhydroxid frigörs som sedan torkas. Under torkningen frigörs aluminiumoxid och vatten. Två ton bauxit ger ca ett ton aluminiumoxid. Det andra steget innefattar elektrolys enligt Hall-Héroult-metoden. Aluminiumoxiden löses i en saltsmälta bestående av aluminiumflourid och kryolit. Smältpunkten sänks därmed så att elektrolysen kan genomföras. Vid elektrolysen frigörs aluminiumet ur oxiden och lägger sig på ugnens botten, katoden. Vid ugnens anod bildas koloxider av det syre som frigörs vid processen. Aluminiumet pumpas ut från botten av tanken och går vidare för framställning av göt eller tackor i olika former. Aluminiumet vidareförädlas sedan till plåt, profiler eller folie.

Legeringar och härdning

Aluminium legeras ofta för bl.a. ökad hållfasthet. Aluminiumlegeringar brukar delas upp i 8 huvudgrupper:

1. Olegerat, renaluminium
2. Koppar
3. Mangan
4. Kisel
5. Magnesium
6. Kisel + Magnesium
7. Zink
8. Övrigt, t.ex. järn

Flera av legeringarna har ytterligare legeringsämnen utöver de som nämns ovan. De olika legeringarna har varierande egenskaper. Legeringar i grupp 1, 3, 4, 5 och 8 är icke härdbara legeringar. Legeringar i grupperna 2, 6 och 7 kan härdas, vanligen genom varmåldring. Ytterligare en parameter används ofta i samband med angivelse av legeringar; tillståndet. Legeringarna kan antingen vara obearbetat (F), glödgat (O) hårdbearbetat (H), kallåldrat ej stabilt (W) eller åldrat (T). Tillståndet anges med en bokstav och en sifferkombination t.ex. H24. Ett exempel på ett varmåldrat material med kisel- och magnesiumlegering är 6005-T6.