Metal·lúrgia i siderúrgia/L'alumini

Posició de l'alumini en la taula periòdica

L'alumini és un element químic de nombre atòmic 13 descobert el 1825. Metal molt abundant en l'escorça terrestre, es troba en el caolí, l'argila, la alúmina i la bauxita. És lleuger, tenaç, dúctil i maleable, i té color i brillantor similars als de la plata. S'usa en les indústries elèctrica, aeronàutica, dels transports, de la construcció i l'utillatge domèstic. (Símb. Al).

Alumini

Les característiques de l'alumini són que és el tercer element més comú trobat en l'escorça terrestre. Els compostos d'alumini formen el 8% de l'escorça de la terra i es troben presents en la majoria de les roques, de la vegetació i dels animals.

L'alumini pur és un metall suau, blanc i de pes lleuger. En ser barrejat amb altres materials com: silicona, crom, tungstè, manganès, níquel, zinc, coure, magnesi, titani, zirconi, ferro, liti, estany i bor, es produeixen una sèrie d'aliatges amb propietats específiques que es poden aplicar per propòsits diferents.

L'alumini pot ser fort, lleuger, dúctil i maleable. És un excel·lent conductor de la calor i de l'electricitat, el valor de la seva densitat és de 2.7 i les temperatures de fusió i ebullició són de 660 º C i 2.467 º C, respectivament. No s'altera en contacte amb l'aire ni es descompon en presència d'aigua, pel fet que la seva superfície queda recoberta per una fina capa d'òxid que el protegeix del medi. Tanmateix, la seva reactivitat amb altres elements és elevada: en entrar en contacte amb oxigen produeix una reacció de combustió que origina una gran quantitat de calor, i al combinar-se amb halògens i sofre dóna lloc a la formació d'halurs i sulfurs.

Aliatges lleugers (de l'alumini)

Els aliatges lleugers es poden dividir en dos grans grups:

Aliatges per fusió i emmotllament: S'utilitzen per a la fabricació de blocs de motors, carburadors, pistons i perfils extrusionats.

Aliatges per forja i laminació: S'utilitzen per a la fabricació de peces per deformació en fred o en calent, construcció de peces i estructures per nàutica i aeronàutica i perfils laminats. Alguns d'aquest aliatges accepten tractaments tèrmics com el trem i la recuita. El duralumini és un dels aliatges més coneguts i que admet tractaments tèrmics.

Aliatges per forja i laminació

El tipus principal d'aliatge per força i laminació és el duralumini.

El duralumini én un conjunt de forja d'alumini, coure, magnesi i silici

Pertany a la família dels aliatges alumini-coure (1998).

Presenta una elevada resistència mecànica a temperatura ambient, però, la seva resistència a la corrosió, soldabilitat i aptitud per l'anoditzat són baixes.

S'empren en la indústria aeronàutica i d'automoció.

El duralumini va ser descobert accidentalment per l'alemany Alfred Wilma el 1906.

Tipus d'aliatges normalitzats

Aliatges d'alumini forjat sense tractament tèrmic

Magnesi - Alumini - Silici
B Al Ga

General

Nom, símbol,nombre

Alumini, Al, 13

Sèrie química

Metalls del bloc p

Grup, període, bloc

13, 3, p

Densitat, duresa Mohs

2700 kg/m³, 2,75

Aparença

Propietats atòmiques

Pes atòmic

26,981538 uma

Radi mitjà^†

125 pm

Radi atòmic calculat

118 pm

Radi covalent

118 pm

Radi de Van der Waals

Sense dades

Configuració electrònica

Ne 3 : orbital ²3p¹

Estats d'oxidació (òxid)

3 (amfòter)

Estructura cristal·lina

Cúbica centrada
en les cares

Propietats físiques

Fase

sòlid

Punt de fusió

K

Punt d'ebullició

2792 K

Entalpia de vaporització

293,4 kJ/mol

Entalpia de fusió

10,79 kJ/mol

Pressió de vapor

2,42x10^-6 Pa a 577 K

Velocitat del so

5100 m/s a 933 K

Informació diversa

Electronegativitat

Pauling)

Calor específica

900 J/(kg·K)

Conductivitat elèctrica

37,7x10⁶/m ohm

Conductivitat tèrmica

237 W/(m·K)

Potencials d'ionització

1r

577,5 kJ/mol

2n

1816,7 kJ/mol

3r

2744,8 kJ/mol

4t

11577 kJ/mol

5è

14842 kJ/mol

6è

18379 kJ/mol

7è

23326 kJ/mol

8è

27465 kJ/mol

9è

31853 kJ/mol

10è

38473 kJ/mol

Isòtops més estables

iso.	AN (%)	Període de semidesintegració	CD	ED (M eV)	PD
²⁶Al	Sintètic	7,17×10⁵ any	captura ε	4,004	²⁶Mg
²⁷Al	100	A l'és estable amb 14 neutrons

^†Calculat a partir de distintes longituds
d'enllaç covalent, metàl·lic o iònic.

Els aliatges que no reben tractament tèrmic només poden ser treballades en fred per augmentar la seva resistència. Hi ha tres grups principals d'aquests aliatges segons la norma AISI-SAE que són els següents:

Aliatges 1xxx. Són aliatges d'alumini tècnicament pur, al 99,9% i els seus principals impureses el ferro i el silici com a element aliant. Se'ls aporta un 0,12% de coure per augmentar la seva resistència. Tenen una resistència aproximada de 90 MPa. S'utilitzen principalment parell treballs de laminats en fred.

Aliatges 3 xxx. L'element principal d'aquest grup d'aliatges és el manganès (Mn) que està present en un 1,2% i té com a objectiu reforçar l'alumini. Tenen una resistència aproximada de 16 kpsi (110 MPa) en condicions de recuit. S'utilitzen en components que exigeixin bona mecanibilitat.

Aliatges 5xxx. En aquest grup d'aliatges és el magnesi és el principal component l'aportació del qual varia del 2 al 5%. Aquesta aliatge s'utilitza per aconseguir reforçament en solució sòlida. Té una resistència aproximada de 28 kpsi (193 MPa) en condicions de recuit.

Aliatges d'alumini forjat amb tractament tèrmic

Alguns aliatges poden reforçar mitjançant tractament tèrmic en un procés de precipitació. El nivell de tractament tèrmic d'un aliatge es representa mitjançant la lletra T seguida d'un nombre per exemple T5. Hi ha tres grups principals d'aquest tipus d'aliatges.

Aliatges 2xxx. El principal d'aquest grup d'aliatges és el coure (Cu), encara que també contenen magnesi Mg. Aquestes aliatges amb un tractament T6 té una resistència a la tracció aproximada de 64 kpsi (442 MPa) i s'utilitza en la fabricació d'estructures d'avions. Algunes d'aquestes aliatges s'anomenen duralumini.

Aliatges 6xxx. Els principals elements d'aquest grup són magnesi i silici. Amb unes condicions de tractament tèrmic T6 arriba una resistència a la tracció de 42 kpsi (290 MPa) i és utilitzada per perfils i estructures en general.

Aliatges 7xxx. Els principals elements d'aquest grup d'aliatges són zinc, magnesi i coure. Amb un tractament T6 té una resistència a la tracció aproximada de 73 kpsi (504 MPa) i s'utilitza per fabricar estructures d'avions.

Usos

L'alumini pur és tou i fràgil, però els seus aliatges amb petites quantitats de coure, manganès, silici, magnesi i altres elements presenten una gran varietat de característiques adequades a les més diverses aplicacions. Aquests petits aliatges constituïxen el component principal de molts de components dels avions i coets, en què el pes és un factor crític.

Quan s'evapora alumini en el buit, forma un revestiment que reflexa tant la llum visible com la infraroja. A més la capa d'òxid que es forma impedeix el deteriorament del recobriment, per aquesta raó s'ha emprat per a revestir els miralls de telescopis, en substitució de la plata.

Donada la seva gran reactivitat química, finament polvoritzat s'usa com a combustible sòlid de coets; en algun explosiu, com a ànode de sacrifici i en processos d'aluminotèrmia per a l'obtenció de metalls.

On es troba alumini?

L'alumini és l'element químic més abundant en l'escorça terrestre (8,13 % d'abundància). La seva lleugeresa, conductivitat elèctrica, resistència a la corrosió i baix punt de fusió el converteixen en un material idoni per a multitud d'aplicacions.

Actualment, els principals usos o aplicacions de l'alumini són:

Alumini metàl·lic

Transport, com a material estructural en avions, automòbils, tancs, superestructures de vaixells, blindatges, etc.
Embalatge; paper d'alumini, Romas, tetrabriks, etc.
Construcció; finestres, portes, perfils estructurals, etc.
Béns de consum; eines de cuina, ferramentes, etc.
Transmissió elèctrica. Encara que la seva conductivitat elèctrica és tan sols el 60% de la del coure la seva major lleugeresa permet una major separació entre les torres d'alta tensió, disminuint els costos de la infraestructura.
Recipients criogènics (fins a -200 °C), ja que no presenta temperatura de transició de dúctil a fràgil com l'acer, i la tenacitat de l'alumini continua sent bona a baixes temperatures.
Material de caldereria, radiadors, etc.

Components no metàl·lics de l'alumini

Les sals d'alumini dels àcids grassos (p. ex. l'estearat d'alumini) formen part del napalm.
Els hidrurs complexes d'alumini són reductors útils en síntesi orgànica.
Els halurs d'alumini tenen característiques d'àcid de Lewis i són utilitzats com a tals, com a catalitzadors i com a reactius auxiliars.
Els aluminosilicats són un tipus important de mineral. Formen part de les argiles i són la base de moltes ceràmiques.
Afegir additius d'òxid d'alumini o aluminosilicats a vidres, fa variar les propietats tèrmiques, mecàniques i òptiques d'aquests.
El corindó (Al2O3) és utilitzat com a abrasiu. Algunes variants d'aquest, com el rubí i el safir s'utilitza en joieria com a pedres precioses.

Referències

Rae: Definició d'alumini (castellà)

Característiques de l'alumini (castellà)

Aliatges de l'alumini

Duralumini

Alumini (1) (castellà)

Alumini (2) (català)