鋁具有材質(zhì)輕、導電導熱強、易延展、耐腐蝕、可回收等優(yōu)良的物理化學性能,在國民經(jīng)濟各部門、國防軍工業(yè)以及人民日常生活中得到廣泛應用。
鋁合金重量輕、強度大,被譽為"會飛的金屬",廣泛用于運載工具制造業(yè),是制造飛機、飛船、潛艇、船舶、汽車、火車、導彈、火箭、人造地球衛(wèi)星等陸??者\載工具的主要結構材料;
鋁是最節(jié)能的金屬,雖然它在冶煉時能耗較大,但在煉成之后其節(jié)能的優(yōu)勢無與倫比,用鋁和鋁合金制造的各種車輛,由于減輕了自重,減少了油耗,其所節(jié)省的能量遠遠超過煉鋁時所消耗的能量,因此鋁又有"綠色金屬"之稱;
鋁的導熱性能好,是制造散熱器、暖氣管、空調(diào)等熱傳導設施和器具的首選材料;
鋁的導電性價比高,是制造發(fā)電、輸電設施的主要材料;
鋁的可塑性強,易加工,而且外觀美,常用于機械、家用電器、日用品制造業(yè)和建筑裝修業(yè);鋁可以軋制成厚度很小的鋁帶、鋁絲、鋁條,用于制造易拉罐等飲料容器,比紙還薄的納米級鋁箔被越來越多地應用到香煙、食品、藥品包裝中;
在日常生活中,到處可見鋁的身影,如鍋碗瓢盤等生活用品、各種家用電器、桌椅門窗等;
鋁耐腐蝕,不生銹,可以一次又一次地反復循環(huán)使用,可回收率超過93%,是生命周期最長的金屬,被稱為"永不消失的金屬",其抗銹蝕和再生利用的價值備受關注;
隨著科技的進步,電子工業(yè)、信息工業(yè)、新材料工業(yè)等用鋁量日益十增大,鋁的應用領域越來越廣泛。因此,在當今世界,人均鋁的消耗量已成為衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力、國防軍工現(xiàn)代化和人民生活水平的重要指標之一。
2005年,全國鋁產(chǎn)量達到781萬噸,產(chǎn)鋁量連續(xù)4年保持世界第一;鋁的消費量達到720萬噸,首次超過美國成為世界頭號鋁的消費大國。但是,人均鋁的消費量只有5.5千克,與美國、德國、日本等國人均消費量30千克相比,仍有較大差距。隨著國民經(jīng)濟持續(xù)高速增長以及全面建設小康社會的推進,我國今后一個時期內(nèi)對鋁的需求仍有較大的提升空間。
鋁合金的優(yōu)良特性以及節(jié)能、環(huán)保、安全的三大汽車技術發(fā)展主題確定了鋁在汽車行業(yè)應用的美好前景,特別是以寶馬、奔馳、卡迪拉克等品牌為代表的高檔轎車的引進,為鋁合金的應用提供了新的市場。
在近期和不久的將來,汽車工業(yè)將加快對鋼制產(chǎn)品的替代工作,并渴望在如下方面取得進展:1、全鋁車身,包括美國福特、通用、日本本田、德國奧迪的概念車車身已經(jīng)大量采用鋁合金,與鋼結構相比,重量減輕40%以上;2 、底盤結構件及支架和懸掛類零部件;3、儲氣罐,后保險杠;4、新材料的開發(fā),為鋁合金應用領域的擴展提供了可能。 如德國開發(fā)成功的泡沫鋁材afs(aluminumfoamsandwich)具有高的剛度/重量和強度/重量之比,能夠有效吸收沖擊能,具有防震防噪音、易于回收等特點,在車門立柱,保險杠,門側(cè)防撞桿、前防撞梁、軍車上的防爆板、轎車發(fā)動機零部件等方面擁有極強的應用前景;5、鋁鎂合金、鋁鈦合金在汽車車輪、電器件、內(nèi)飾件等方面的應用也正在逐步擴大
鋁的進一步開發(fā),也會帶動另一產(chǎn)品出現(xiàn)。最近,已開發(fā)出一種可利用一般粉末涂裝生產(chǎn)線進行涂裝的熱固性氟樹脂粉末涂料。這種熱固性氟樹脂粉末涂料的耐候性、保光性、耐久性要比環(huán)氧樹脂粉末涂料、聚酯樹脂粉末涂料以及丙烯酸樹脂粉末涂料都要好,甚至可以 與溶劑型氟樹脂涂料相媲美。
據(jù)了解,粉末涂料因完全不含溶劑,可以全部轉(zhuǎn)化成涂膜,其涂裝效率高、保護和裝飾綜合性能好等優(yōu)點,受到全世界的廣泛重視,從而獲得飛速發(fā)展。金屬建筑材料以其優(yōu)異的耐久性、裝飾性和加工成形性等特點,廣泛應用于建筑物的各個方面。而鋁建材因其加工性能佳、質(zhì)輕等特點,用量占金屬建材的80%以上。自20世紀70年代初粉末涂料問世以來,其在鋁建材方面的應用迅速增長。
目前,粉末涂料在鋁建材方面的應用已由歐洲擴大到美洲、澳洲、遠東、中東和非洲。在鋁建材的涂裝中,具有代表性的粉末涂料品種有環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸樹脂及有機硅樹脂粉末涂料等。作為應用,如部分鋁框架、門窗、陽臺、走廊、隔墻板等高防腐蝕性的鋁建材,大多數(shù)采用聚酯、丙烯酸粉末涂料。此外,由于環(huán)氧樹脂粉末涂料具有優(yōu)異的附著性、防腐蝕性,但耐候性稍差,故一般用于室內(nèi)或作為底漆使用
中國建筑鋁材除了建筑門窗幕墻及裝飾用材之外,對建筑結構和非建筑用的結構鋁材,還缺乏開發(fā)力度,應用實例不多。值得關注的是,雖然國內(nèi)建筑鋁合金空間結構材料的應用剛剛起步,但它與20世紀80年代鋁合金門窗開始替代鋼制門窗一樣,有著廣泛的應用前景和巨大的發(fā)展空間。
業(yè)內(nèi)人士分析認為,盡管中國鋁擠壓產(chǎn)品有著50年的基礎,20年的快速發(fā)展,進步很大,不過在設備設計、制造、使用以及發(fā)揮其最大效率等方面,與國際先進水平相比仍存在差距。我國鋁擠壓企業(yè)絕大多數(shù)起步于鋁門窗幕墻及裝飾用建筑鋁材的生產(chǎn),以6000系列各種牌號的鋁合金為主。由于6000系列是鋁合金中擠壓性能最好的一類,所以也是應用最廣泛的一類,全球擠壓的鋁合金中80%屬于6000系列合金,因此在充分發(fā)揮其材料的潛力方面,他們還得下深功夫領會與掌握。至于其它合金系列產(chǎn)品的生產(chǎn),尤其是硬質(zhì)合金系列(2000系列和7000系列),均屬較難擠壓的合金,他們的不少企業(yè)對此接觸還較少,對其認識不足,而對硬質(zhì)合金加工技術的掌握及產(chǎn)品用應開發(fā),則是眾多企業(yè)尋求發(fā)展進步迫切需要的。
有關專家指出,在建筑鋁型材之外,鋁型材的應用范圍相當廣泛,中國應利用企業(yè)的自身優(yōu)勢來開拓市場,忌流于被動開發(fā),要積極主動開發(fā),要熟悉材料的功能和市場的需求,要做領先的創(chuàng)新的替代開發(fā)。
同時,還應做好鋁材的深加工,深加工是鋁擠壓企業(yè)產(chǎn)品的增值點。鋁門窗是深加工的一種,我們還應將鋁擠壓材通過各種機械加工或成型工藝,以及通過焊、鉚等工藝,將其加工成用戶需要的各種零部件或可供組裝的散件。無論是大型型材,還是精密型材,先進的深加工技術與裝備仍是中國企業(yè)發(fā)展所需要的。
截至目前,建筑鋁型材的產(chǎn)量及企業(yè)數(shù)量,在中國整個鋁擠壓行業(yè)中仍占據(jù)著絕對優(yōu)勢,目前正式領到國家建筑鋁型材生產(chǎn)許可證的企業(yè)有470家,其中民營企業(yè)是絕對主體。廣東省鋁型材企業(yè)最多,也是被公認的中國鋁型材行業(yè)水平的代表。2005年中國鋁擠壓材產(chǎn)量為350萬噸,其中建筑鋁型材約280萬噸,在今后相當長的一段時間里,建筑鋁型材在中國的鋁擠壓行業(yè)中仍然會高居首位。
中國鋁型材產(chǎn)量雖已居世界第一位,但從人均消費量上來看,仍有發(fā)展空間。有資料分析,由于中國申奧、申博成功,以及房地產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。到2010年,中國建筑鋁型材的需求可達320萬噸。而且,由于中國鋁型材生產(chǎn)成本較低,鋁型材出口的迅速增長是可以預期的。據(jù)預測,到2010年中國鋁型材凈出口將達60萬噸。
再生鋁在隔音材料中的應用前景廣闊 隔音材料是一種環(huán)境材料,其中泡沫鋁及合金的隔音和吸引效果最好,而用再生鋁生產(chǎn)泡沫鋁,成本低、價格低廉、經(jīng)濟效益和社會效益都十分顯著,有著廣闊的市場前景。 北京科技大學輕金屬研究所在國內(nèi)外研究的基礎上,對廢舊鋁的再生利用技術進行了系統(tǒng)的研究,開發(fā)出一種定向結晶回收廢鋁和電沉積-熱浸鍍鋁制備泡沫鋁的新工藝。該法生產(chǎn)成本低、設備簡單、產(chǎn)品質(zhì)量容易控制、易于大規(guī)模生產(chǎn)。用該工藝生產(chǎn)的泡沫鋁合金隔音材料的隔音量(20mm,500-4000Hz)可達80-90分貝。據(jù)專家估計,若用該技術建立年產(chǎn)5000噸(12000平方米)泡沫鋁生產(chǎn)線,建設投資約1500萬元,生產(chǎn)成本約7600元/平方米,目前,該材料的售價為8600元/平方米,年獲利近1200萬元。
在鋁及鋁合金熔煉時,由于金相組織改變所產(chǎn)生的內(nèi)應力往往使金屬鑄錠產(chǎn)生裂紋,從而使鋁加工成材率大幅度降低,提高了鋁加工材成本,為了解決這個問題,必須使金屬最終凝固時金相組織晶粒細化,消除柱狀晶組織,以減少鑄錠裂紋提高鑄錠的塑性,因而,研制和推廣鋁合金晶粒細化劑就成為鋁工業(yè)發(fā)展和技術進步的需要,鋁合金晶粒細化劑種類較多,如鋁鈦硼細化劑、鈦硼細化劑、鋁鈦碳細化劑及鋁鈦中間合金等。關于鋁合金晶粒細化劑的作用機理,目前尚無完整理論,各國均在開展這方面研究工作。
鋁合金晶粒細化劑在我國應用較晚,近幾年,由于國外引進生產(chǎn)線的工藝要求,才在部分鋁材生產(chǎn)中開始應用,對它的作用也開始認識,1986年,東北工學院在國內(nèi)研制成棒狀Al-Ti-B細化劑,并于1987年批量生產(chǎn)供應國內(nèi)鋁材加工企業(yè)使用,以后,在涿縣、沈陽、鄭州等地也開始了晶粒細化劑的研制和生產(chǎn),而且在應用方面也取得了一定的成績。
20世紀90年代以來,我國鋁工工業(yè)發(fā)展迅速,規(guī)模急劇擴張,產(chǎn)量持續(xù)增長。截至2002年底,鋁加工主機年生產(chǎn)能力已經(jīng)近500萬t/a,綜合生產(chǎn)能力377.7萬t/a,當年實際產(chǎn)量298.8萬t。目前,中國鋁加工企業(yè)能生產(chǎn)140多種合金牌號,2400多個品種,14000多個規(guī)格的鋁加工產(chǎn)品,一般鋁加工產(chǎn)品均能大批量生產(chǎn)。
與發(fā)達國家不同,我國現(xiàn)有鋁加工的產(chǎn)品結構以鋁型材、鋁管等擠壓產(chǎn)品為主,2002年鋁擠壓產(chǎn)品產(chǎn)量超過150萬t,占鋁加工產(chǎn)品的55%;而鋁壓延產(chǎn)品的生產(chǎn)發(fā)展相對滯后,2002年鋁板帶產(chǎn)量只有50萬t,占鋁加工產(chǎn)品的20%左右;鋁箔產(chǎn)量28萬t,占10%。高技術含量的鋁板帶產(chǎn)品生產(chǎn)不足,鋁加工產(chǎn)品結構不能適應經(jīng)濟發(fā)展的需要。
最近十年以來,經(jīng)過大規(guī)模技術改造和新建,我國鋁加工工業(yè)的技術裝備水平大幅度提高。通過引進德國、日本、美國、英國、意大利等國的先進技術及裝備,使部分企業(yè)的鋁板帶、鋁箔生產(chǎn)的單機裝備水平跟上了國際當代最先進水平。但是由于多機架熱連軋機組的建設直到2003年才開始進行,導致鋁板帶生產(chǎn)缺乏生產(chǎn)高質(zhì)量坯料,制約了我國鋁板帶生產(chǎn)發(fā)展,預計2005年西南鋁業(yè)(集團)有限責任公司的熱連軋機組投產(chǎn)后,將在一定程度上促進我國鋁加工工業(yè)的結構調(diào)整步伐。國內(nèi)其它企業(yè)也在籌建現(xiàn)代化熱連軋生產(chǎn)線。隨著熱連軋鋁板帶生產(chǎn)線的建成投產(chǎn),中國鋁板帶的生產(chǎn)能力將增加100萬t以上,基本上可以滿足國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展的需求。
自從冰晶石-氧化鋁融鹽電解法在工業(yè)上應用以來,人們還一直在進行新煉鋁方法的研究,這是因為冰晶石-氧化鋁融鹽電解法煉鋁有許多問題長期未得到解決。(1)冰晶石-氧化鋁融鹽電解法要消耗大量的電能,電能效率只有50%;(2)建設鋁廠的投資大,一個年產(chǎn)50萬t的鋁廠需要數(shù)百臺電解槽,而電解槽的生產(chǎn)能力很低,現(xiàn)代300kA大型預焙槽日產(chǎn)鋁2200kg。這樣的電解槽每臺投資100萬元,還有廠房、供電、運輸?shù)扰涮淄顿Y每臺槽幾十萬元;(3)電解原材料氧化鋁、炭素、冰晶石、氟化鹽等價格較貴。
煉鋁新方法有兩類:電熱還原和電解法。電熱還原用鋁土礦和黏土作原料,生產(chǎn)鋁硅合金。電解法就是氯化鋁融鹽電解法,生產(chǎn)純鋁。新煉鋁技術就是要找一種能耗低而又產(chǎn)出適用的鋁或鋁合金。
總之,鋁的應用會隨鋁的治練技術的進一步提高而更加廣闊。