Применение алюминия: конечная продукция

В наше время в мире производится более 50 миллионов тонн алюминия в год, например, в 2008 году по данным Алюминиевой Ассоциации – 53 миллиона тонн. Куда же идет весь этот алюминий?

Ниже представлены обзор современного мирового потребления алюминия по основным секторам промышленности и строительства с указанием их доли в общем потреблении алюминия. Может быть, будет интересно узнать, что вовсе не прославленная авиация является главным потребителем алюминия, как это часто считается, а обычное строительство, а также автомобилестроение и упаковка продуктов.

Куда идет алюминий: 8 секторов потребления

На рисунке ниже показаны восемь секторов промышленности и строительства, а также их процентные доли в общем потреблении алюминия по статистическим данным Международного Института алюминия за 2007 год. Представляется, что в проходящем 2016 году картина в целом не изменилась, и эти данные вполне актуальны.

primenenie-alyuminiyaРисунок – Алюминий в готовой продукции

Этими основными потребителями алюминия являются:

  • Строительство
  • Упаковывание продукции
  • Электрическое оборудование
  • Транспорт
  • Машиностроение
  • Потребительские товары
  • Порошковая металлургия
  • Раскисление стали

Алюминий в строительстве (22 %)

Алюминий для оконных рам (7 %) и фасадов (4 %)

Основными алюминиевыми сплавами, которые применяют в строительстве, являются сплавы 6063 и 6060, а также сплав 6082 (в Европе) и сплав 6061 (в Северной Америке). Они обладают довольно высокой прочностью (6082 и 6061 – до 400 МПа) и хорошей коррозионной стойкостью.

Поскольку алюминий имеет привлекательный внешний вид и малую плотность, он все более широко применяется в строительстве. Например, в Великобритании около половины производимых алюминиевых профилей применяются в строительстве. Эти профили используют преимущественно в оконных рамах (обычно сплавы 6060 или 6063), навесных фасадах, оранжереях и внутренних перегородках.

Потенциальным недостатком применения алюминия в строительстве является его высокая теплопроводность. В случаях, когда это важно, в алюминиевых конструкциях применяют промежуточные терморазрывы или термовставки из материалов с низкой теплопроводностью.

Важные конструкционные характеристики алюминия как материала для оконных и дверных рам:

  • прочность для обеспечения жесткости и безопасности;
  • способность принимать сложные формы (обеспечивается экструзией);
  • привлекательный внешний вид;
  • коррозионная стойкость;
  • минимальная потребность в техническом обслуживании.

Алюминий для кровли и облицовки зданий (5 %)

Декоративные и защитные профилированные облицовочные материалы часто изготавливают из катаных алюминиевых листов. Различные виды декоративных и защитных покрытий делают их идеальным кровельным материалом.

Для кровли и облицовки важными конструкционными свойствами являются:

  • низкая масса;
  • стойкость к воде;
  • коррозионная стойкость;
  • декоративный вид.

Алюминий в транспорте (27 %)

Алюминий все больше применяют в транспорте благодаря его малому весу, что позволяет транспортным средствам экономить топливо и снижать выбросы вредных веществ.

Алюминий в легковых автомобилях (17 %)

Средняя масса алюминия в легковых автомобилях в Европе в 2006 составляла около 118 кг и продолжала увеличиваться. Доля алюминия в различных компонентах и деталях автомобилей составляет (в килограммах на один автомобиль):

  • двигатель: 40,3
  • трансмиссия: 16,3
  • шасси, подвеска и управление: 12,5
  • колеса: 17,7
  • теплообменник: 12,3
  • тормоза: 3,7
  • кузов: 6,8
  • тепловые экраны: 1,4
  • бамперы: 2,8
  • другие компоненты: 3,9.

Для автомобильных деталей важными свойствами алюминия являются:

  • низкая плотность;
  • прочность;
  • жесткость;
  • вязкость;
  • стоимость;
  • коррозионная стойкость.

Алюминий для аэрокосмической промышленности (1 %)

В качестве материала для аэрокосмической промышленности доминируют высокопрочные деформируемые сплавы, такие как, сплав 2024 (содержащий медь и магний) и сплав 7075 (содержащий магний, цинк и немного меди). Большинство сплавов, которые применяются в аэрокосмической отрасли считаются несвариваемыми.

Основные требования к алюминиевым сплавам в аэрокосмической промышленности:

  • низкая плотность;
  • высокая прочность;
  • точность механической обработки;
  • коррозионная стойкость;
  • стоимость.

Алюминий как упаковочный материал (15 %)

Катаный алюминий – ленты и фольга – весьма широко применяются для упаковки сыпучих и жидких продуктов. Алюминий обладает низкой плотностью, совместимостью с продуктами и напитками и привлекательным внешним видом. Это делает его идеальным материалом для различных видов упаковки: жестких (банок) и из фольги.

Алюминиевые банки (8 %)

Из алюминия изготавливают 75 % банок для напитков и 15 % емкостей для аэрозолей. Алюминиевые банки обеспечивают значительное снижение веса упаковки по сравнению с аналогичными стальными банками.

Алюминиевая банка для напитков – «пивная банка» — состоит из трех деталей: корпуса, крышки и «рычага» для открывания. Корпус алюминиевой банки изготавливают из алюминиевого сплава серии 3000 (алюминиево-марганцевые сплавы), который после глубокой высадки раскатывают до толщины стенки 0,27 мм (и это еще не предел).

Крышка алюминиевой банки составляет 25 % ее веса. Ее изготавливают из более прочного алюминиево-магниевого сплава. Встроенный в банку рычаг-«открывашка», который крепится к банке на интегральной заклепке, состоит из другого алюминиево-магниевого сплава. Эту заклепку накатывают из тела крышки при ее изготовлении.

Требования к алюминиевым сплавам как материла для упаковочных банок:

  • низкая плотность;
  • прочность;
  • хорошая формуемость;
  • совместимость с продуктами и напитками;
  • декоративность (способность к нанесению рисунков и надписей);
  • стоимость.

Упаковочная фольга (7 %)

Алюминиевую фольгу обычно изготавливают из марок технического алюминия серии 1000. Свойства алюминия, которые «востребованы» для фольги, следующие:

  • прочность и сплошность при малой толщине;
  • низкая плотность;
  • термическая проводимость;
  • теплостойкость;
  • стойкость к проникновению газов и жидкостей;
  • совместимость с продуктами и напитками;
  • эстетический и декоративный потенциал.

Алюминий в электрическом оборудовании (13 %)

Высокая электрическая проводимость марок алюминия серии 1000 делает их весьма подходящими для изготовления электрических проводников. Алюминиевые проводники применяют в следующих случаях:

  • распределительные электрические подстанции;
  • силовые системы высотных зданий;
  • высоковольтные линии электропередач;
  • многие подземные линии электропередач;
  • силовые кабели для промышленного применения.

Большая часть алюминия в электротехнической промышленности применятся в виде кабелей (8 из 13 %). Однако алюминий применяют также и в виде электрических шин для оборудования с большой силой тока, а также для питания электричеством больших зданий. Кроме того, кабели для промышленных, торговых и жилых зданий могут содержать много изолированных проводников, которые помещают в общий защитный алюминиевый рукав.

Требования к алюминию для электротехнических приложений:

  • стоимость;
  • электрическая проводимость;
  • коррозионная стойкость;
  • прочность.

Машины и другое оборудование (8 %)

Отопительные и вентиляционные системы (4 %)

Алюминиевые сплавы серий 3000, 5000 и 6000 обладают хорошей термической проводимостью. В комбинации с высокой прочностью эти сплавы являются хорошим выбором для применения в системах обогрева и вентиляции. Эти системы включают следующие компоненты, в которых применяют алюминиевые сплавы:

  • компрессоры;
  • конденсеры/испарители;
  • расширительные клапаны;
  • вентиляторы;
  • трубы.

Свойства алюминия, которые важны для отопительных и вентиляционных систем:

  • высокая теплопроводность;
  • высокий контактный коэффициент;
  • малая плотность;
  • высокая коррозионная стойкость.

Алюминий в потребительских изделиях (7 %)

Алюминий в больших объемах применяется при изготовлении различных компонентов, деталей и корпусов многих потребительских изделий – бытовых товаров, например, холодильников, морозильников, посудомоечных машин. Холодильники и морозильники содержать холодильные агрегаты, которые, как упоминалось выше, также содержат значительное количество алюминия. Важными свойствами алюминия для потребительских изделий являются:

  • эстетические свойства;
  • коррозионная стойкость;
  • прочность;
  • термическая проводимость (для холодильных агрегатов).

Алюминий для порошковой металлургии (4 %)

Порошковая металлургия – это процесс, который позволяет производить изделия как сложной, так и постой формы с минимальными допусками на размеры, что позволяет исключить последующую механическую обработку.

Смесь порошков заданного химического состава уплотняется в специальной матрице. Затем порошки спекаются в форму, которая имеет размеры близкие к размерам готового изделия.

Важными техническим требованиями, которые предъявляются к алюминиевым порошкам являются:

  • низкая плотность;
  • способность воспринимать различные виды отделки, например, окраски;
  • термическая проводимость.

Алюминий для раскисления стали (4 %)

Для удаления килорода из расплавленной стали в расплав добавляют так называемые раскислители. В качестве раскислителя часто применяют алюминий, а также марганец  и феррокремний.

Обычно алюминий добавляют в расплавленную сталь в виде 10-килограммовых брусков. Алюминий реагирует с растворенным в расплаве кислородом с образованием оксида алюминия. Кроме того, алюминий образует специальные соединения по границам зерен железа, что предотвращает рост зерна при последующей термической обработке стали. Для раскисления одной тонны стали требуется около одного килограмма алюминия.

Свойства алюминия как раскислителя стали:

  • активно реагирует с кислородом в расплавленной стали;
  • стоимость;
  • влияние на металлургию стали.

Источник: WellMet, University of Cambridge, July 2010