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      蝕刻加工用鋁的概況

      文章出處:未知  責任編輯:admin  人氣:   發表時間:2020-07-10  【
      一、鋁的發現
      鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素之一,其蘊藏量在金屬中居第二位,在自然界中主要存在于鋁硅酸鹽礦石中(K20·3A12 03·6 SiO2·2H20)、,如正長石(K20·A1203·6 SiO2) ,白云母鋁礬土(A1203 .2H20)、高嶺土等礦石中。
      遠在史前時代,人們就已經使用含鋁的礦物質私土來制作陶器。到了18世紀初,有人利用氧化鋁作原料、用堿金屬作還原劑想要把鋁從某氧化物中還原成單質金屬,但并未取得成功。直到19世紀20年代才由丹麥人H. C. Oeisted將C1:通人紅熱的A12O3和木炭的混合物中,制備了AIC13,再用鉀汞齊將鋁還原出來,第一次制備出了低純度的鋁的金屬粉末。后來F. W ohler用鉀代替汞合金還原A1C13得到了較純的金屬鋁粉末,并取得了許多鋁的物理和化學性質的資料。
      到了19世紀50年代,法國化學家Henri Sainte-Dlaier Deville,改進了前人的制備方法,用鈉還原AIC13,使鋁的產率和純度都有較大提高。之后,鋁的生產才進入商業化,只不過在當時鋁的價格如今天的黃金一樣昂貴。
      同年,Deville和德國的R. Bunsun提出了利用鋁礦石,以電解方法來大量制取金屬鋁,并在各自的實驗室獲得成功后,鋁的生產才受到了新的刺激和推動,從而開始了進人技術革命的新時代。
      1886年Charles Martin Hall在美國俄亥俄州、Paul-Louis Heroa在法國各自獨立地將溶解在熔融冰晶石中的氧化鋁(A1203)電解還原技術開發成功,并獲得專利。從此鋁的生產進人工業化時代,電解還原法仍是今天工業化提取鋁的唯一方法。
       
      二、鋁的生產
      鋁的生產有兩個步驟:①從礦石中提取高純度的A1203并脫水;②將A12 03熔解在熔融的冰晶石電解質中進行電解。
      通常是用拜耳法或燒結法處理鋁土礦以制取無水A1203。拜耳法更為常用,該方法首先將礦石粉碎,然后在一定溫度和加壓下用NaOH溶液溶解,溶解后生成易溶的Na[A1(OH)4 ],不溶的殘渣(也稱紅泥渣)用傾瀉法或過濾法除掉。
       
      通過電解法冶煉的鋁,主要雜質成分有Fe和Si, Zn, Ga, Ti, V等,也通常作為微量雜質元素存在。關于鋁的純度標準,國際上通行的做法是以確定的成分及其數值來作為基本標準,來確定其最低純度。在美國,常規做法是將Fe與Si的相對含量作為更重要的標準來考慮。未合金化的金屬級別,可由其純度來定義,如鋁含量為99.70寫的鋁?;蛘哂擅绹X協會制定的方法來定義,該法規定以PXXX級別為標準。在后一種情況下,字母P后的數字表明Si與Fe各自所占的最大百分之零點幾數值。
      全世界鋁產量以美國最大,以1988年的統計:美國鋁產量占世界鋁產量的22.8%,而歐洲占21.7%。其余55. 5%的鋁產自亞洲((6.6%)、加拿大((8.9%),拉丁美洲(8.8%)、大洋洲(7. 8%)、非洲(3.1%)和其他地區(21. 3%) o
       
      三、鋁的性質
      鋁是銀白色而具有光澤的金屬,質輕,密度在20℃時為2. 6989g/cm3。沒有毒性和磁性,撞擊時不產生火花。延展性好,其延性在金屬中居第六位,展性居第二位。純鋁很軟,莫氏硬度只有2. 9,但它能與Cu, Mg, Mn, Si, Zn等多種元素形成強度高而質量輕的鋁基合金。
      鋁具有高的電導率、高的熱導率和高的反射率。鋁對可見光和紫外光的反射率在普通金屬中是最高的。鋁可以用作近似黑體的物質,在紅外區,鋁的反射性僅次于金和銀。在室溫下,純鋁的電導率是國際韌煉銅標準(IACS)的62Y(體積),20℃時約為2. 8m ” S1/ cm3。這表明鋁的單位質量電導約為銅的兩倍。鋁的主要物理性質見表1-1
       
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      鋁在空氣中有高的穩定性,’即使在無任何保護的情況下亦具有較強的抗蝕能力。這是由于鋁的活潑性較高,鋁暴露于大氣中其表面會立即自然地生成一層薄而透明且堅韌的氧化膜層。這一天然的氧化膜層達到一定厚度就會自動停止生長,其厚度由環境和暴露時間而定,在干燥空氣中和室溫下約為50 X 10-l0 m,最厚亦可達100 X 10-10 m0
      鋁是兩性金屬,在堿性環境中會很快被腐蝕,在濃硝酸和濃硫酸中會被鈍化,而不被進一步腐蝕,對大多數有機酸亦顯惰性。因此鋁容器可以用來貯藏濃硝酸、濃硫酸、有機酸和許多其他化學試劑。但鹵素離子對鋁有極強的侵蝕力,因此鋁容器不能用于含這類物質的貯藏、包裝、運輸等。
       
      四、鋁的主要特點
      (1)密度小鋁合金的一個顯著特點就是密度小,純鋁密度接近2. 7g/cm3 ,約為鐵或銅的1/3。鋁合金根據合金成分不同,密度有一定變化,主要取決于添加元素的密度。在鋁中添加Mg, Li, Si等合金元素,尤其是Li使合金密度減小。在鋁中添加Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn等合金元素則使合金密度增大。軋制能提高合金密度,冷加工使合金密度降低、位錯增加,但若經過退火則位錯消失、密度增
      加。常見合金元素對密度的影響如圖1-2所示。
       
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      純鋁強度不高,但可通過冷加工或添加Mg, Cu, Mn, Si, Li再通過熱處理進一步強化,得到很高的強度。在工業上應用的鋁合旨在改善鋁合金強度的合金元素,常見添加元素主要有Mg, Si,Cu, Zn, Mn, Ni等。這些元素能與鋁形成固溶體,改變合金的性能。對于某些特定用途,可以在鋁合金中添加少量其他元素,如Cr, V, Pb和Bi等。制作精細澆鑄件常加人Ti;在合金中摻人Ag可改善合金的延展性,并可取得光滑的外表。
      (3)易加工性鋁可用任何一種鑄造方法進行鑄造加工。鋁的塑性好,加工速度快,可以擠壓成各種復雜斷面的型材,并可進行車、銑、撞、刨等機械加工。對于沖壓加工所需機床,鋁合金的沖壓力比其他金屬小,模具使用壽命長。
      (4)耐蝕性鋁合金表面極易生成一層致密牢固的氧化物保護膜,這層保護膜只有在鹵素離子存在和堿性情況下才容易被破壞。因此鋁有很好的耐大氣腐蝕和耐水腐蝕能力。
      (5)無低溫脆性鋁在0℃以下時,隨著溫度的降低,強度和塑性不僅不會降低,反而還會提高。
       
      (6)導電、導熱性好鋁的導電、導熱性能僅次于銀、銅和金。室溫時,電工鋁的等體積電導率可達62%(IACS是指國際韌煉銅標準)。若按單位質量導電能力計算,其導電能力為銅的1倍。但加人任何合金元素都會使鋁的電導率下降。
      (7)反射性強鋁的拋光表面對白光的反射率達80%以上,鋁純度越高反射率越高。同時,鋁對紅外線、紫外線、電磁波、熱輻射等都有良好的反射性能。
      (8)無磁性鋁合金受沖擊不產生火花,這對某些特殊用途十分可貴??捎米鲀x器儀表、電氣設備的屏蔽材料,以及易燃易爆物的生產器材等。
      (9)吸音性好對室內裝飾有利,也可配制成減震合金。這一特性用于高檔鋁合金音箱制作時,特別是經紋理蝕刻后,其內部真實面積大大提高,將更進一步提高音響綜合性能。
       
      (10)耐核輻射鋁對高能中子具有與其他金屬相同程度的中子吸收截面。對低能范圍內的中子,其吸收截面僅次于被、鎂、錯等金屬。而鋁耐核輻射的最大優點是對照射產生的感應放射能衰減快。
      (11)美觀鋁合金由于反射能力強,表面呈銀白色光澤,經加工后可達到很高的光潔度和光亮度。如經特殊前處理、陽極氧化、染色或絲網印刷等加工方法處理,不僅具有高的抗蝕性能,而且還有美麗的外觀。還可通過電鍍、化學鍍等加工手段進一步提高其裝飾性、功能性用途。特別是現在,隨著物質生活水平的提高,人們對居室裝修也有了更高的要求。經紋理蝕刻后的鋁材將更為凸顯其美觀,為室內裝修業引人了一種新的高檔材料,使居室更顯高貴典雅。
       
      五、鋁的用途
      鋁合金以其優良的力學性能、電氣性能用于建筑、交通、電力、化工、食品包裝、、電化學性能和可加工性能,正被廣泛機械制造和日用工業。民用建筑業用鋁量最大,近年來室內裝修方面鋁合金的需求占有較大比例,并在不斷增長中。
      鋁合金作為一種戰略金屬,在軍事上廣泛用于制造飛機、艦船、裝甲、坦克部件、導彈彈體等,人造衛星等各種太空飛行器也都大量使用鋁合金。
       
      高純鋁具有優良的導電性、可塑性、反光性和抗蝕性,其中最具有價值的是抗蝕性能。鋁的純度越高,氧化膜層越牢固越致密,其抗蝕性能也越高。這些賦予高純鋁以特殊性能,廣泛用于天線器件、天文望遠鏡的反射鏡、電力輸送等。
      在以上領域,所使用的鋁件有些是功能用途,有些是裝飾用途,或兼而有之。單就對民用裝飾用鋁合金材料而言,隨著社會經濟的發展和人民物質生活水平的提高,人們今天所追求的已從過去的“有與沒有”到今天的“好與不好”、“美與不美”。
      而目前鋁合金表面裝飾技術相對單一,這就需要去研究更多更好的裝飾工藝技術,使鋁合金材料的裝飾效果更為豐富更加多樣化,同時也為室內裝飾提供更大的選擇性。

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