鋁具有材質(zhì)輕、導(dǎo)電導(dǎo)熱強(qiáng)、易延展、耐腐蝕、可回收等優(yōu)良的物理化學(xué)性能,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門、國(guó)防軍工業(yè)以及人民日常生活中得到廣泛應(yīng)用。
鋁合金重量輕、強(qiáng)度大,被譽(yù)為"會(huì)飛的金屬",廣泛用于運(yùn)載工具制造業(yè),是制造飛機(jī)、飛船、潛艇、船舶、汽車、火車、導(dǎo)彈、火箭、人造地球衛(wèi)星等陸??者\(yùn)載工具的主要結(jié)構(gòu)材料;
鋁是最節(jié)能的金屬,雖然它在冶煉時(shí)能耗較大,但在煉成之后其節(jié)能的優(yōu)勢(shì)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過煉鋁時(shí)所消耗的能量,因此鋁又有"綠色金屬"之稱;
鋁的導(dǎo)熱性能好,是制造散熱器、暖氣管、空調(diào)等熱傳導(dǎo)設(shè)施和器具的首選材料;
鋁的導(dǎo)電性價(jià)比高,是制造發(fā)電、輸電設(shè)施的主要材料;
鋁的可塑性強(qiáng),易加工,而且外觀美,常用于機(jī)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(jí)鋁箔被越來越多地應(yīng)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(fù)循環(huán)使用,可回收率超過93%,是生命周期最長(zhǎng)的金屬,被稱為"永不消失的金屬",其抗銹蝕和再生利用的價(jià)值備受關(guān)注;
隨著科技的進(jìn)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(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。因此,在當(dāng)今世界,人均鋁的消耗量已成為衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力、國(guó)防軍工現(xiàn)代化和人民生活水平的重要指標(biāo)之一。
2005年,全國(guó)鋁產(chǎn)量達(dá)到781萬噸,產(chǎn)鋁量連續(xù)4年保持世界第一;鋁的消費(fèi)量達(dá)到720萬噸,首次超過美國(guó)成為世界頭號(hào)鋁的消費(fèi)大國(guó)。但是,人均鋁的消費(fèi)量只有5.5千克,與美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)人均消費(fèi)量30千克相比,仍有較大差距。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng)以及全面建設(shè)小康社會(huì)的推進(jìn),我國(guó)今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)對(duì)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(shù)發(fā)展主題確定了鋁在汽車行業(yè)應(yīng)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(jìn),為鋁合金的應(yīng)用提供了新的市場(chǎng)。
在近期和不久的將來,汽車工業(yè)將加快對(duì)鋼制產(chǎn)品的替代工作,并渴望在如下方面取得進(jìn)展:1、全鋁車身,包括美國(guó)福特、通用、日本本田、德國(guó)奧迪的概念車車身已經(jīng)大量采用鋁合金,與鋼結(jié)構(gòu)相比,重量減輕40%以上;2 、底盤結(jié)構(gòu)件及支架和懸掛類零部件;3、儲(chǔ)氣罐,后保險(xiǎn)杠;4、新材料的開發(fā),為鋁合金應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展提供了可能。 如德國(guó)開發(fā)成功的泡沫鋁材afs(aluminumfoamsandwich)具有高的剛度/重量和強(qiáng)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(diǎn),在車門立柱,保險(xiǎn)杠,門側(cè)防撞桿、前防撞梁、軍車上的防爆板、轎車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件等方面擁有極強(qiáng)的應(yīng)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(yīng)用也正在逐步擴(kuò)大
鋁的進(jìn)一步開發(fā),也會(huì)帶動(dòng)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(jìn)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(hù)和裝飾綜合性能好等優(yōu)點(diǎn),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(diǎn),廣泛應(yīng)用于建筑物的各個(gè)方面。而鋁建材因其加工性能佳、質(zhì)輕等特點(diǎn),用量占金屬建材的80%以上。自20世紀(jì)70年代初粉末涂料問世以來,其在鋁建材方面的應(yīng)用迅速增長(zhǎng)。
目前,粉末涂料在鋁建材方面的應(yīng)用已由歐洲擴(kuò)大到美洲、澳洲、遠(yuǎn)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(jī)硅樹脂粉末涂料等。作為應(yīng)用,如部分鋁框架、門窗、陽臺(tái)、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(guó)建筑鋁材除了建筑門窗幕墻及裝飾用材之外,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和非建筑用的結(jié)構(gòu)鋁材,還缺乏開發(fā)力度,應(yīng)用實(shí)例不多。值得關(guān)注的是,雖然國(guó)內(nèi)建筑鋁合金空間結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用剛剛起步,但它與20世紀(jì)80年代鋁合金門窗開始替代鋼制門窗一樣,有著廣泛的應(yīng)用前景和巨大的發(fā)展空間。
業(yè)內(nèi)人士分析認(rèn)為,盡管中國(guó)鋁擠壓產(chǎn)品有著50年的基礎(chǔ),20年的快速發(fā)展,進(jìn)步很大,不過在設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、使用以及發(fā)揮其最大效率等方面,與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍存在差距。我國(guó)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(hào)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(yīng)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(lǐng)會(huì)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(duì)此接觸還較少,對(duì)其認(rèn)識(shí)不足,而對(duì)硬質(zhì)合金加工技術(shù)的掌握及產(chǎn)品用應(yīng)開發(fā),則是眾多企業(yè)尋求發(fā)展進(jìn)步迫切需要的。
有關(guān)專家指出,在建筑鋁型材之外,鋁型材的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛,中國(guó)應(yīng)利用企業(yè)的自身優(yōu)勢(shì)來開拓市場(chǎng),忌流于被動(dòng)開發(fā),要積極主動(dòng)開發(fā),要熟悉材料的功能和市場(chǎng)的需求,要做領(lǐng)先的創(chuàng)新的替代開發(fā)。
同時(shí),還應(yīng)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(diǎn)。鋁門窗是深加工的一種,我們還應(yīng)將鋁擠壓材通過各種機(jī)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(jìn)的深加工技術(shù)與裝備仍是中國(guó)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(guó)整個(gè)鋁擠壓行業(yè)中仍占據(jù)著絕對(duì)優(yōu)勢(shì),目前正式領(lǐng)到國(guó)家建筑鋁型材生產(chǎn)許可證的企業(yè)有470家,其中民營(yíng)企業(yè)是絕對(duì)主體。廣東省鋁型材企業(yè)最多,也是被公認(rèn)的中國(guó)鋁型材行業(yè)水平的代表。2005年中國(guó)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(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里,建筑鋁型材在中國(guó)的鋁擠壓行業(yè)中仍然會(huì)高居首位。
中國(guó)鋁型材產(chǎn)量雖已居世界第一位,但從人均消費(fèi)量上來看,仍有發(fā)展空間。有資料分析,由于中國(guó)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(guó)建筑鋁型材的需求可達(dá)320萬噸。而且,由于中國(guó)鋁型材生產(chǎn)成本較低,鋁型材出口的迅速增長(zhǎng)是可以預(yù)期的。據(jù)預(yù)測(cè),到2010年中國(guó)鋁型材凈出口將達(dá)60萬噸。
再生鋁在隔音材料中的應(yīng)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(jià)格低廉、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都十分顯著,有著廣闊的市場(chǎng)前景。 北京科技大學(xué)輕金屬研究所在國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上,對(duì)廢舊鋁的再生利用技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,開發(fā)出一種定向結(jié)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(shè)備簡(jiǎn)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(dá)80-90分貝。據(jù)專家估計(jì),若用該技術(shù)建立年產(chǎn)5000噸(12000平方米)泡沫鋁生產(chǎn)線,建設(shè)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(jià)為8600元/平方米,年獲利近1200萬元。
在鋁及鋁合金熔煉時(shí),由于金相組織改變所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)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(gè)問題,必須使金屬最終凝固時(shí)金相組織晶粒細(xì)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(xì)化劑就成為鋁工業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的需要,鋁合金晶粒細(xì)化劑種類較多,如鋁鈦硼細(xì)化劑、鈦硼細(xì)化劑、鋁鈦碳細(xì)化劑及鋁鈦中間合金等。關(guān)于鋁合金晶粒細(xì)化劑的作用機(jī)理,目前尚無完整理論,各國(guó)均在開展這方面研究工作。
鋁合金晶粒細(xì)化劑在我國(guó)應(yīng)用較晚,近幾年,由于國(guó)外引進(jìn)生產(chǎn)線的工藝要求,才在部分鋁材生產(chǎn)中開始應(yīng)用,對(duì)它的作用也開始認(rèn)識(shí),1986年,東北工學(xué)院在國(guó)內(nèi)研制成棒狀A(yù)l-Ti-B細(xì)化劑,并于1987年批量生產(chǎn)供應(yīng)國(guó)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(xì)化劑的研制和生產(chǎn),而且在應(yīng)用方面也取得了一定的成績(jī)。
20世紀(jì)90年代以來,我國(guó)鋁工工業(yè)發(fā)展迅速,規(guī)模急劇擴(kuò)張,產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)。截至2002年底,鋁加工主機(jī)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(dāng)年實(shí)際產(chǎn)量298.8萬t。目前,中國(guó)鋁加工企業(yè)能生產(chǎn)140多種合金牌號(hào),2400多個(gè)品種,14000多個(gè)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(dá)國(guó)家不同,我國(guó)現(xiàn)有鋁加工的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(duì)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(shù)含量的鋁板帶產(chǎn)品生產(chǎn)不足,鋁加工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。
最近十年以來,經(jīng)過大規(guī)模技術(shù)改造和新建,我國(guó)鋁加工工業(yè)的技術(shù)裝備水平大幅度提高。通過引進(jìn)德國(guó)、日本、美國(guó)、英國(guó)、意大利等國(guó)的先進(jìn)技術(shù)及裝備,使部分企業(yè)的鋁板帶、鋁箔生產(chǎn)的單機(jī)裝備水平跟上了國(guó)際當(dāng)代最先進(jìn)水平。但是由于多機(jī)架熱連軋機(jī)組的建設(shè)直到2003年才開始進(jìn)行,導(dǎo)致鋁板帶生產(chǎn)缺乏生產(chǎn)高質(zhì)量坯料,制約了我國(guó)鋁板帶生產(chǎn)發(fā)展,預(yù)計(jì)2005年西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司的熱連軋機(jī)組投產(chǎn)后,將在一定程度上促進(jìn)我國(guó)鋁加工工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐。國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)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(yīng)用以來,人們還一直在進(jìn)行新煉鋁方法的研究,這是因?yàn)楸趸X融鹽電解法煉鋁有許多問題長(zhǎng)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(shè)鋁廠的投資大,一個(gè)年產(chǎn)50萬t的鋁廠需要數(shù)百臺(tái)電解槽,而電解槽的生產(chǎn)能力很低,現(xiàn)代300kA大型預(yù)焙槽日產(chǎn)鋁2200kg。這樣的電解槽每臺(tái)投資100萬元,還有廠房、供電、運(yùn)輸?shù)扰涮淄顿Y每臺(tái)槽幾十萬元;(3)電解原材料氧化鋁、炭素、冰晶石、氟化鹽等價(jià)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(shù)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(yīng)用會(huì)隨鋁的治練技術(shù)的進(jìn)一步提高而更加廣闊。