鋁是地球上含量極豐富的金屬元素，其蘊(yùn)藏量在金屬中居第2位。至19世紀(jì)末，鋁才嶄露頭角，成為在工程應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)力的金屬，且風(fēng)行一時(shí)。航空、建筑、汽車三大重要工業(yè)的發(fā)展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨(dú)特性質(zhì)，這就大大有利于這種新金屬－鋁的生產(chǎn)和應(yīng)用。當(dāng)1886年Charles Hall在美國(guó)俄亥俄州和Paul Heroupt在法國(guó)各自獨(dú)立地將溶解在熔融冰晶石中的氧化鋁(Al2O3)的電解還原技開發(fā)成功之時(shí)，世界上首批以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力設(shè)備的車輛問世，隨之而來的便是作為汽車業(yè)需用的、具有越來越大的工程價(jià)值的材料－鋁及其合金對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展開始起重要的作用。電氣化也要求將大量質(zhì)輕的導(dǎo)電金屬－鋁用于長(zhǎng)距離輸送電，用于建造支撐架空電纜綱絡(luò)所需要的塔架，以便以發(fā)電廠傳輸電能。鋁工業(yè)的發(fā)展還不只限于上述內(nèi)容。鋁在商業(yè)上應(yīng)用于諸如鏡框、門牌和餐用托盤之類的新穎物品。鋁制的炊事用具也成為市場(chǎng)上的一類商品?，F(xiàn)在，鋁已發(fā)展成具有各種各樣用途的材料，其范圍之廣足以使現(xiàn)代生活的各個(gè)側(cè)面直接地受到鋁的應(yīng)用的影響。鋁的生產(chǎn)有鋁的生產(chǎn)均基于Hall-Heroult法。將從鋁土礦制得的氧化鋁溶于冰晶石電解液，其中加有幾種氟化物的鹽類以控制電解液的溫度、密度、電阻率以及鋁的溶解度。然后，通入電流電解已熔的氧化鋁。這樣，氧在碳陽極上生成并與后者起反應(yīng)，而鋁則在陰極上作為金屬液層而聚集。已分離出的金屬可以定時(shí)用虹吸法或真空法移出度坩堝中，然后將鋁液轉(zhuǎn)移到鑄造設(shè)備中澆鑄成錠。

　　冶煉出來的鋁含有的主要雜質(zhì)是鐵與硅，鋅、鎵、鈦、釩也通常作為微量雜質(zhì)存在。國(guó)際上鋁的最低純度是以確定的成分及其數(shù)值作為基本標(biāo)準(zhǔn)。在美國(guó)，以形成常規(guī)做法是將鐵與銈的相對(duì)濃度作為更重要的標(biāo)準(zhǔn)來考慮。未合金化的金屬級(jí)別，可由其純度來決定，如含鋁量為99.70%的鋁，或者由美國(guó)鋁協(xié)會(huì)制訂的方法來決定，該法規(guī)定以Pxxx級(jí)別為標(biāo)準(zhǔn)。在后一種情況下，字母P后的數(shù)字表明硅與鐵各自的最大的百份之零點(diǎn)幾數(shù)值。全世界原生鋁產(chǎn)量總數(shù)為17.304 x 106Mg 。美國(guó)的鋁產(chǎn)量占1988年世界產(chǎn)量的22.8%，而歐洲占21.7%。其余55.5%的鋁由亞洲(6.6%)、加拿大(8.9%)、拉丁美洲(含南美洲)(8.8%)、大洋洲(7.8%)、非洲(3.1%)和其它地區(qū)(21.3%)生產(chǎn)。鋁的主要特性:鋁及其合金的優(yōu)良特點(diǎn)是其外觀好、質(zhì)輕，可機(jī)加工性、物理和力學(xué)性能好，以及抗腐蝕性好，從而使鋁及鋁合金在很多應(yīng)用領(lǐng)域中被認(rèn)為最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

　　鋁的密度只有2.7g/cm3，約為鋼、銅或黃銅的密度(分別為7.83g/ cm3，8.93g/ cm3)，的1/3。在大多數(shù)環(huán)境條件下，包括在空氣、水(或鹽水)、石油化學(xué)和很多化學(xué)體系中，鋁能顯示優(yōu)良的抗腐蝕性。

　　鋁的表面具有高度的反射性。輻射能、可見光、輻射熱和電波都能有效地被鋁反射，而陽極氧化和深色陽極氧化的表面可H是反射性的，也可以是吸收性的，拋光后的鋁在很寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有優(yōu)良的反射性，因而具有各種裝飾用途及具有反射功能性的用途。

　　鋁通常顯示出優(yōu)良的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，具有高電阻率的一些特定鋁合金也已經(jīng)研制成功，這些合金可用于如高轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)中。鋁由于它的優(yōu)良電導(dǎo)率而常被選用。在重量相等的基礎(chǔ)上，鋁的電導(dǎo)率近于銅的兩倍。鋁合金的熱導(dǎo)量率大約是銅的50-60%，這對(duì)制造熱交換器、蒸發(fā)器、加熱電器、炊事用具，以及汽車的缸蓋與散熱器皆為有利。

　　鋁是非鐵磁性的，這對(duì)電氣工業(yè)和電子工業(yè)而言是一重要特性。鋁是不能自燃的，這對(duì)涉及裝卸或接觸易燃易爆材料的應(yīng)用來說是重要的。鋁無毒性，通常用于制造盛食品和飲料的容器。它的自然表面狀態(tài)具有宜人的外觀。它柔軟、有光澤，而且為了美觀，還可著色或染上紋理圖案。

　　一些鋁合金在強(qiáng)度上超過結(jié)構(gòu)鋼材，但是純鋁及某些鋁合金的強(qiáng)度和硬度極低。在現(xiàn)代生活中，鋁已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在建筑行業(yè)中?？蓹C(jī)加工性:鋁的可機(jī)加工性是優(yōu)良的。在各種變形鋁合金和鑄造鋁合金中，以及在這些合金產(chǎn)出后具有的各種狀態(tài)中，機(jī)加工特性的變化相當(dāng)大，這就需要特殊的機(jī)床或技術(shù)?？沙尚涡?這是鋁及許多鋁合金較重要的特性之一。特定的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、可延展性和相應(yīng)的加工硬化率支配著允許變形量的變化。商業(yè)上可提供的鋁合金在不同形態(tài)下成形性的額定值取決于成形的工藝方法。這些額定值在作金屬加工特性的定性對(duì)照中僅能起大致的指導(dǎo)作用，即不能定量地作為成形性的極值?？慑懶?鋁合金可以鍛造成形狀與品種繁多的鍛件，它們的最終部件鍛造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的選擇范圍(基于預(yù)定的用途)是很寬的。 連接鋁可用各式各樣的方法連接，包括熔焊、電阻焊、硬焊焊、軟焊焊、粘結(jié)以及諸如鉚接和栓接之類的機(jī)械方法?？苫厥招?鋁具有極高的回收性,再生鋁的特性輿原生鋁幾乎沒有別。這點(diǎn)使鋁成為環(huán)保人仕的寵兒。

　　鋁的應(yīng)用鋁廣泛用于各種建筑中，如橋梁、塔樓和儲(chǔ)罐等。雖然結(jié)構(gòu)鋼型材與板材的基建投資費(fèi)用較低，但當(dāng)人們考慮到工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、獨(dú)特的建筑設(shè)計(jì)、質(zhì)輕和(或)抗腐蝕性時(shí)，就采用了鋁。 鋁可用于橋梁與公路的輔助結(jié)構(gòu)上，如橋梁欄桿、公路護(hù)欄、照明標(biāo)準(zhǔn)件、交通指揮塔、交通標(biāo)志和連接圍欄等。鋁也普遍用于橋梁結(jié)構(gòu)上，特別是長(zhǎng)墩距橋梁或活動(dòng)橋梁的平衡裝置和?升橋的施工中。

　　腳手架、爬梯、變電所構(gòu)筑物及其它公用工程構(gòu)筑物，常使用的鋁材形式主要是結(jié)構(gòu)型材和特殊擠壓型材。吊車、輸送機(jī)和重載裝卸系統(tǒng)包含了大量的鋁材。儲(chǔ)水大罐常用鋁合金建造，以增強(qiáng)抗腐蝕性并形成引人注意的外觀。包裝業(yè)一直是用鋁的市場(chǎng)之一，且發(fā)展最快。包裝業(yè)產(chǎn)品包括家用包裝材料、軟包裝和食品容器、瓶蓋、軟管、飲料罐與食品罐。鋁箔頗適用于包裝，箔制盒，包用于盛食品與藥劑，并可作家用。變形鋁制品和鑄造鋁制品在汽車結(jié)構(gòu)中應(yīng)用頗廣(表1-1)。每臺(tái)汽車的典型鋁用量約70kg(150lb)，此數(shù)可望急劇增加，因?yàn)槠毡榈墓?jié)省燃料的要求迫使如此，而且人們還不斷強(qiáng)調(diào)回收鋁的重要性。

　　卡車 由于重量的限制及人們想增加有效載重量的愿望，制造商已增加鋁在駕駛室、拖車和卡車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。由于使用擠壓的車身縱梁、車架下梁和橫梁，卡車自重已減小。擠壓的或模板及鍛造的駕駛盤已常見。

　　鐵路車輛 鋁用于制造鐵路底卸年、冷凍車和槽車(圖1-10)。鋁亦廣泛用于鐵路客車，特別是那些公共交通系統(tǒng)的車輛。

　　海上應(yīng)用 鋁普及于各種各樣的海上應(yīng)用中，包括船舶的主要受力構(gòu)件如船體與艙面室，以及其它應(yīng)用如煙囪外殼、艙蓋、窗框、空氣出口、舷梯、信道、船尾、甲板、通風(fēng)設(shè)備、船用家具、以鋁代用的五金器材、燃料罐及面表光亮的平整件。

　　航空航天 鋁實(shí)際上用于飛機(jī)、導(dǎo)彈和宇宙飛船工業(yè)的所有部分(圖1-11)－制造機(jī)身、引擎、附件、液體燃料和氧化劑的容器設(shè)備。鋁因其高強(qiáng)度/密度之比率、抗腐蝕性和重量功效而得到廣泛應(yīng)用，特別是用在壓縮的設(shè)計(jì)中。

　　耐用消費(fèi)品: 家用電器 由于鋁制品質(zhì)量輕、外觀美觀、具有對(duì)各種形式加工的適應(yīng)性以及便宜的制造加工費(fèi)用，因此鋁廣泛應(yīng)用于家用器具中，質(zhì)輕是它重要的特性，可適應(yīng)于真空吸塵器、電熨斗、便?式洗碟機(jī)及食品加工機(jī)與攪拌器的要求。

　　家具 質(zhì)輕、低維護(hù)費(fèi)用、抗蝕、經(jīng)久耐用和美麗的外觀是鋁制家具的主要優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械與設(shè)備: 鋁材也被廣泛地應(yīng)用在: 加工設(shè)備 紡織設(shè)備 煤礦機(jī)械 移動(dòng)式灌溉管與工具

　　鋁及其合金可以用已知的所有方法澆鑄成鑄件或加工成材。鋁及其合金的加工產(chǎn)品可以劃分為兩類：一類是通用產(chǎn)品，包括薄板、厚板、箔、棒材、線材、管材以及結(jié)構(gòu)型材，其中板材可細(xì)分為圓棒和非圓形棒，其中管材可細(xì)分為標(biāo)準(zhǔn)圓管和非標(biāo)準(zhǔn)圓形管。另一類是非通用的產(chǎn)品，這是為了某個(gè)特定用途而設(shè)定的產(chǎn)品，包括擠壓型材、鍛件、沖擠件、鑄件、沖壓件、粉末冶金(P/M)零件、機(jī)加工件和鋁基復(fù)合材料。

　　擠壓件其是擠壓固體金屬通過開孔模而生產(chǎn)出來的。具有軸對(duì)稱的設(shè)計(jì)件特別適合于用擠壓形式生產(chǎn)。使用現(xiàn)行的工藝，也能擠壓復(fù)雜的、有心軸的和不對(duì)稱的外形，精密擠壓可顯出非同尋常的嚴(yán)格尺寸和表面光潔度，工件的主要尺寸通常不需要機(jī)加工；擠壓后產(chǎn)品的精度可容許用簡(jiǎn)單的切割、礸孔、擴(kuò)孔和其它小量的機(jī)加工來達(dá)到。擠壓、擠壓與拉拔結(jié)合生產(chǎn)的無縫管可與機(jī)械制造的有縫管和焊接管相匹敵。


2002 年世界原鋁的消費(fèi)量為 2496.38 萬 t，比 2001 年增加 135.06 萬 t，同比下降5.72%(表 1)。美國(guó)、日本、中國(guó)和德國(guó)是世界上原鋁消費(fèi)大國(guó)，四國(guó)的消費(fèi)量之和為 1302.9 萬 t，約占當(dāng)年世界總消費(fèi)量的 52.19%。

表1  世界精煉鋁消費(fèi)量    單位：萬t

　據(jù)國(guó)際鋁協(xié)（IPAI）統(tǒng)計(jì)，2002 年市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)國(guó)家鋁的消費(fèi)量為 2842 萬 t（包括再生鋁）， 比 2001 年（2773 萬 t）增長(zhǎng) 2.49%。在各消費(fèi)領(lǐng)域中鋁的消費(fèi)量變化如下：建筑業(yè) 504 萬 t， 比 2001 年（497 萬 t）增長(zhǎng) 1.41%；運(yùn)輸業(yè) 853 萬 t，比 2001 年(810 萬 t)增長(zhǎng) 5.31%；機(jī)械 設(shè)備制造業(yè) 239 萬 t，比 2001 年（238 萬 t）增長(zhǎng) 0.42%；電子業(yè) 244 萬 t，比 2001 年（241 萬 t）增長(zhǎng) 1.24%；易拉罐 347 萬 t，比 2001 年（349 萬 t）下降 0.6%；其他包裝品 150 萬 t， 比 2001 年（146 萬 t）增長(zhǎng) 2.73%；耐用消費(fèi)品 167 萬 t，比 2001 年(166 萬 t)增長(zhǎng) 0.6%； 其他 338 萬 t，比 2001 年（325 萬 t）增長(zhǎng) 4%。