Metal·lúrgia i siderúrgia/L'alumini

Salta a la navegació Salta a la cerca
Posició de l'alumini en la taula periòdica
Alumini.

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[modifica]

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)[modifica]

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.
Fàbrica de duralumini a Rive de Gier (França)

Aliatges per forja i laminació[modifica]

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[modifica]

Aliatges d'alumini forjat sense tractament tèrmic[modifica]

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
Al,13.jpg
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
14842 kJ/mol
18379 kJ/mol
23326 kJ/mol
27465 kJ/mol
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[modifica]

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[modifica]

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.

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

Alumini metàl·lic[modifica]

  • 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[modifica]

  • 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[modifica]