铝具有材质轻、导电导热强、易延展、耐腐蚀、可回收等优良的物理化学性能,在国民经济各部门、国防军工业以及人民日常生活中得到广泛应用。
铝合金重量轻、强度大,被誉为"会飞的金属",广泛用于运载工具制造业,是制造飞机、飞船、潜艇、船舶、汽车、火车、导弹、火箭、人造地球卫星等陆海空运载工具的主要结构材料;
铝是最节能的金属,虽然它在冶炼时能耗较大,但在炼成之后其节能的优势无与伦比,用铝和铝合金制造的各种车辆,由于减轻了自重,减少了油耗,其所节省的能量远远超过炼铝时所消耗的能量,因此铝又有"绿色金属"之称;
铝的导热性能好,是制造散热器、暖气管、空调等热传导设施和器具的首选材料;
铝的导电性价比高,是制造发电、输电设施的主要材料;
铝的可塑性强,易加工,而且外观美,常用于机械、家用电器、日用品制造业和建筑装修业;铝可以轧制成厚度很小的铝带、铝丝、铝条,用于制造易拉罐等饮料容器,比纸还薄的纳米级铝箔被越来越多地应用到香烟、食品、药品包装中;
在日常生活中,到处可见铝的身影,如锅碗瓢盘等生活用品、各种家用电器、桌椅门窗等;
铝耐腐蚀,不生锈,可以一次又一次地反复循环使用,可回收率超过93%,是生命周期最长的金属,被称为"永不消失的金属",其抗锈蚀和再生利用的价值备受关注;
随着科技的进步,电子工业、信息工业、新材料工业等用铝量日益十增大,铝的应用领域越来越广泛。因此,在当今世界,人均铝的消耗量已成为衡量一个国家国民经济综合实力、国防军工现代化和人民生活水平的重要指标之一。
2005年,全国铝产量达到781万吨,产铝量连续4年保持世界第一;铝的消费量达到720万吨,首次超过美国成为世界头号铝的消费大国。但是,人均铝的消费量只有5.5千克,与美国、德国、日本等国人均消费量30千克相比,仍有较大差距。随着国民经济持续高速增长以及全面建设小康社会的推进,我国今后一个时期内对铝的需求仍有较大的提升空间。
铝合金的优良特性以及节能、环保、安全的三大汽车技术发展主题确定了铝在汽车行业应用的美好前景,特别是以宝马、奔驰、卡迪拉克等品牌为代表的高档轿车的引进,为铝合金的应用提供了新的市场。
在近期和不久的将来,汽车工业将加快对钢制产品的替代工作,并渴望在如下方面取得进展:1、全铝车身,包括美国福特、通用、日本本田、德国奥迪的概念车车身已经大量采用铝合金,与钢结构相比,重量减轻40%以上;2 、底盘结构件及支架和悬挂类零部件;3、储气罐,后保险杠;4、新材料的开发,为铝合金应用领域的扩展提供了可能。 如德国开发成功的泡沫铝材afs(aluminumfoamsandwich)具有高的刚度/重量和强度/重量之比,能够有效吸收冲击能,具有防震防噪音、易于回收等特点,在车门立柱,保险杠,门侧防撞杆、前防撞梁、军车上的防爆板、轿车发动机零部件等方面拥有极强的应用前景;5、铝镁合金、铝钛合金在汽车车轮、电器件、内饰件等方面的应用也正在逐步扩大
铝的进一步开发,也会带动另一产品出现。最近,已开发出一种可利用一般粉末涂装生产线进行涂装的热固性氟树脂粉末涂料。这种热固性氟树脂粉末涂料的耐候性、保光性、耐久性要比环氧树脂粉末涂料、聚酯树脂粉末涂料以及丙烯酸树脂粉末涂料都要好,甚至可以 与溶剂型氟树脂涂料相媲美。
据了解,粉末涂料因完全不含溶剂,可以全部转化成涂膜,其涂装效率高、保护和装饰综合性能好等优点,受到全世界的广泛重视,从而获得飞速发展。金属建筑材料以其优异的耐久性、装饰性和加工成形性等特点,广泛应用于建筑物的各个方面。而铝建材因其加工性能佳、质轻等特点,用量占金属建材的80%以上。自20世纪70年代初粉末涂料问世以来,其在铝建材方面的应用迅速增长。
目前,粉末涂料在铝建材方面的应用已由欧洲扩大到美洲、澳洲、远东、中东和非洲。在铝建材的涂装中,具有代表性的粉末涂料品种有环氧树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂及有机硅树脂粉末涂料等。作为应用,如部分铝框架、门窗、阳台、走廊、隔墙板等高防腐蚀性的铝建材,大多数采用聚酯、丙烯酸粉末涂料。此外,由于环氧树脂粉末涂料具有优异的附着性、防腐蚀性,但耐候性稍差,故一般用于室内或作为底漆使用
中国建筑铝材除了建筑门窗幕墙及装饰用材之外,对建筑结构和非建筑用的结构铝材,还缺乏开发力度,应用实例不多。值得关注的是,虽然国内建筑铝合金空间结构材料的应用刚刚起步,但它与20世纪80年代铝合金门窗开始替代钢制门窗一样,有着广泛的应用前景和巨大的发展空间。
业内人士分析认为,尽管中国铝挤压产品有着50年的基础,20年的快速发展,进步很大,不过在设备设计、制造、使用以及发挥其最大效率等方面,与国际先进水平相比仍存在差距。我国铝挤压企业绝大多数起步于铝门窗幕墙及装饰用建筑铝材的生产,以6000系列各种牌号的铝合金为主。由于6000系列是铝合金中挤压性能最好的一类,所以也是应用最广泛的一类,全球挤压的铝合金中80%属于6000系列合金,因此在充分发挥其材料的潜力方面,他们还得下深功夫领会与掌握。至于其它合金系列产品的生产,尤其是硬质合金系列(2000系列和7000系列),均属较难挤压的合金,他们的不少企业对此接触还较少,对其认识不足,而对硬质合金加工技术的掌握及产品用应开发,则是众多企业寻求发展进步迫切需要的。
有关专家指出,在建筑铝型材之外,铝型材的应用范围相当广泛,中国应利用企业的自身优势来开拓市场,忌流于被动开发,要积极主动开发,要熟悉材料的功能和市场的需求,要做领先的创新的替代开发。
同时,还应做好铝材的深加工,深加工是铝挤压企业产品的增值点。铝门窗是深加工的一种,我们还应将铝挤压材通过各种机械加工或成型工艺,以及通过焊、铆等工艺,将其加工成用户需要的各种零部件或可供组装的散件。无论是大型型材,还是精密型材,先进的深加工技术与装备仍是中国企业发展所需要的。
截至目前,建筑铝型材的产量及企业数量,在中国整个铝挤压行业中仍占据着绝对优势,目前正式领到国家建筑铝型材生产许可证的企业有470家,其中民营企业是绝对主体。广东省铝型材企业最多,也是被公认的中国铝型材行业水平的代表。2005年中国铝挤压材产量为350万吨,其中建筑铝型材约280万吨,在今后相当长的一段时间里,建筑铝型材在中国的铝挤压行业中仍然会高居首位。
中国铝型材产量虽已居世界第一位,但从人均消费量上来看,仍有发展空间。有资料分析,由于中国申奥、申博成功,以及房地产业的迅猛发展。到2010年,中国建筑铝型材的需求可达320万吨。而且,由于中国铝型材生产成本较低,铝型材出口的迅速增长是可以预期的。据预测,到2010年中国铝型材净出口将达60万吨。
再生铝在隔音材料中的应用前景广阔 隔音材料是一种环境材料,其中泡沫铝及合金的隔音和吸引效果最好,而用再生铝生产泡沫铝,成本低、价格低廉、经济效益和社会效益都十分显著,有着广阔的市场前景。 北京科技大学轻金属研究所在国内外研究的基础上,对废旧铝的再生利用技术进行了系统的研究,开发出一种定向结晶回收废铝和电沉积-热浸镀铝制备泡沫铝的新工艺。该法生产成本低、设备简单、产品质量容易控制、易于大规模生产。用该工艺生产的泡沫铝合金隔音材料的隔音量(20mm,500-4000Hz)可达80-90分贝。据专家估计,若用该技术建立年产5000吨(12000平方米)泡沫铝生产线,建设投资约1500万元,生产成本约7600元/平方米,目前,该材料的售价为8600元/平方米,年获利近1200万元。
在铝及铝合金熔炼时,由于金相组织改变所产生的内应力往往使金属铸锭产生裂纹,从而使铝加工成材率大幅度降低,提高了铝加工材成本,为了解决这个问题,必须使金属最终凝固时金相组织晶粒细化,消除柱状晶组织,以减少铸锭裂纹提高铸锭的塑性,因而,研制和推广铝合金晶粒细化剂就成为铝工业发展和技术进步的需要,铝合金晶粒细化剂种类较多,如铝钛硼细化剂、钛硼细化剂、铝钛碳细化剂及铝钛中间合金等。关于铝合金晶粒细化剂的作用机理,目前尚无完整理论,各国均在开展这方面研究工作。
铝合金晶粒细化剂在我国应用较晚,近几年,由于国外引进生产线的工艺要求,才在部分铝材生产中开始应用,对它的作用也开始认识,1986年,东北工学院在国内研制成棒状Al-Ti-B细化剂,并于1987年批量生产供应国内铝材加工企业使用,以后,在涿县、沈阳、郑州等地也开始了晶粒细化剂的研制和生产,而且在应用方面也取得了一定的成绩。
20世纪90年代以来,我国铝工工业发展迅速,规模急剧扩张,产量持续增长。截至2002年底,铝加工主机年生产能力已经近500万t/a,综合生产能力377.7万t/a,当年实际产量298.8万t。目前,中国铝加工企业能生产140多种合金牌号,2400多个品种,14000多个规格的铝加工产品,一般铝加工产品均能大批量生产。
与发达国家不同,我国现有铝加工的产品结构以铝型材、铝管等挤压产品为主,2002年铝挤压产品产量超过150万t,占铝加工产品的55%;而铝压延产品的生产发展相对滞后,2002年铝板带产量只有50万t,占铝加工产品的20%左右;铝箔产量28万t,占10%。高技术含量的铝板带产品生产不足,铝加工产品结构不能适应经济发展的需要。
最近十年以来,经过大规模技术改造和新建,我国铝加工工业的技术装备水平大幅度提高。通过引进德国、日本、美国、英国、意大利等国的先进技术及装备,使部分企业的铝板带、铝箔生产的单机装备水平跟上了国际当代最先进水平。但是由于多机架热连轧机组的建设直到2003年才开始进行,导致铝板带生产缺乏生产高质量坯料,制约了我国铝板带生产发展,预计2005年西南铝业(集团)有限责任公司的热连轧机组投产后,将在一定程度上促进我国铝加工工业的结构调整步伐。国内其它企业也在筹建现代化热连轧生产线。随着热连轧铝板带生产线的建成投产,中国铝板带的生产能力将增加100万t以上,基本上可以满足国内经济发展的需求。
自从冰晶石-氧化铝融盐电解法在工业上应用以来,人们还一直在进行新炼铝方法的研究,这是因为冰晶石-氧化铝融盐电解法炼铝有许多问题长期未得到解决。(1)冰晶石-氧化铝融盐电解法要消耗大量的电能,电能效率只有50%;(2)建设铝厂的投资大,一个年产50万t的铝厂需要数百台电解槽,而电解槽的生产能力很低,现代300kA大型预焙槽日产铝2200kg。这样的电解槽每台投资100万元,还有厂房、供电、运输等配套投资每台槽几十万元;(3)电解原材料氧化铝、炭素、冰晶石、氟化盐等价格较贵。
炼铝新方法有两类:电热还原和电解法。电热还原用铝土矿和黏土作原料,生产铝硅合金。电解法就是氯化铝融盐电解法,生产纯铝。新炼铝技术就是要找一种能耗低而又产出适用的铝或铝合金。
总之,铝的应用会随铝的治练技术的进一步提高而更加广阔。