Aluminium: De endeløse fordele

Aluminium har domineret luftfartsindustrien i over et halvt århundrede. Nu vender andre industrier sig mod mirakelmetallet.

Ford lancerede for nylig en modernisering af sin ikoniske F-150 pickup truck med aluminiumkarosseri. I 2008 lancerede Apple et anodiseret aluminiumskabinet til sine nye MacBook bærbare computere, som bredt betragtes som en designklassiker, mens et år senere, i USA, begyndte emballageindustrien at bruge mere aluminium end transportindustrien.

Hvorfor er aluminium mirakelmetallet?

David Harris fra ALFED, aluminiumsforeningen, der repræsenterer industrien i Storbritannien, forklarer nogle af metallets fordele:

”Aluminium er let, stærkt og let fremstillet i ekstruderinger og andre støbninger. Den har god korrosionsbestandighed og kan sammenføjes ved svejsning, klæbning og mekaniske metoder. Det kan anodiseres og males for at give en bred vifte af attraktive overflader, der forbedrer udseendet og yderligere forbedrer korrosionsbestandighed. Aluminium er en god leder af elektricitet, bedre end kobber i forhold til volumen, koster en fjerdedel af prisen og en god leder af varme. Og afgørende er det, at aluminium, ved afslutningen af sin meget lange levetid kan, genbruges igen og igen uden tab af kvalitet. ”

På trods af den lange liste med fordele foretrækker bilindustriens pengemænd aluminium af én grund: det er let. Betydelige vægtbesparelser (Ford hævder, at den nye F-150 vil være 700 pund, hvilket er ca. 318 kg, lettere) fører til forbedret energieffektivitet og et mere tiltalende produkt.
Rent aluminium bruges sjældent til industrielle formål. I stedet blandes det med kobber, magnesium, mangan, silicium og zink for at skabe aluminiumlegeringer.
Ekstruderingsprocessen består i at skubbe en forvarmet cylindrisk aluminiumstang gennem en stålmatrice og producere komplekse sektioner, der nemt glider sammen.

- Inden for grænsen for ekstruderingspressens størrelse er begrænsningen i sektionsdesign til ekstruderinger kun begrænset af designerens fantasi, tilføjer Harris.

Som uædelt metal har ren aluminium fremragende korrosionsbestandighed, men når den er forbundet med et af de ædle metaller, såsom guld, sølv eller kobber, kan aluminium korrodere. Meget sure eller meget basiske opløsninger (uden for pH-området 3,5 - 8,5) bør undgås, ellers er korrosionsbeskyttelsesforanstaltninger nødvendige.

- Det er svært at give klare råd, da det afhænger af det anvendte aluminium, siger Frida Cullin, projektleder hos Nord-Lock Group, med en baggrund inden for materialevidenskab, når hun bliver spurgt, hvilke boltkvaliteter der anbefales til korrosive miljøer.

Kontakte din leverandør for type af aluminium

- Både stålbolte og rustfri bolte kan bruges sammen med aluminium, men vi anbefaler, at du kontakter din leverandør, for at høre hvilken type aluminium du bruger, og søger vejledning om, hvordan du undgår galvanisk korrosion,” tilføjer hun.

Der er forskellige egnede løsninger, når man skal samle aluminiumsdele, herunder svejsning, lodning, limning og sømning sammen med boltforbindelser.
Under svejsning lider alle legeringer et styrketab, især omkring selve svejsningen. Varmebehandling kan gendanne egenskaber, men denne proces risikerer at forårsage indre elementseparation, hvilket betyder, at metoden korroderer indefra og ud. Alloy 5083 er specielt velegnet til svejsning, da den tilbyder den højeste styrke efter svejsning sammenlignet med enhver anden standardlegering.

For bolteforbindelser er det almindeligt at bruge standardiserede stålbeslag (f.eks. stålbolte klasse 8.8), da de har højere styrke og er billigere.
”Brug af aluminiumsbolte kan være et godt valg, når fugen udsættes for temperaturvariationer. Brug af bolte lavet af det samme materiale som de fastspændte dele mindsker risikoen for øgede belastninger i komponenter og mindsker risikoen for sænket klembelastning på grund af forskellige termiske udvidelser ”, siger Cullin.

Aluminium sammen med stålbeslag

Da aluminium deformeres let og ikke understøtter høje tryk, skal du overveje at reducere belastningen, når du fastspænder aluminiumsdele sammen med stålbeslag. Alternativt kan placering af en skive under bolthovedet hjælpe med at fordele belastningen over et større område og derved muliggøre en højere klembelastning. Nord-Lock kilelåsende SP-skiver med forstørret ydre diameter giver en mulig løsning.
- Det anbefales at bruge SP-skiver sammen med flangefæstelement, som er almindelige i lavere egenskabsklasser, tilføjer Cullin.

Gevindhul i aluminium

Hvis du bruger et gevindhul i aluminium, er det vigtigt at huske, at den minimale længde for gevind indgang er længere for aluminium end for stål. En indsats med gevind kan være påkrævet for at øge gevindstyrken i hullet, særligt når samlingen ofte strammes igen. Selvskærende nitning er en metode til sammenføjning af to eller flere aluminiumplader eller sammenføjning af aluminium med andre materialer såsom plast, hvilket ikke kan udføres ved svejsning. Potentialet for automatisering gør det til en attraktiv mulighed for industriel brug. Avanceret forskning i selvskærende nitter begyndte ved SIMLab, Center for forskningsbaseret innovation ved det norske universitet for videnskab og teknologi, tilbage i 2000.

- Vi indså tidligt i undersøgelsen, at processen påvirker forbindelsens opførsel. Nitten får materialet til at deformeres, hvilket påvirker den mekaniske reaktion bagefter, forklarer professor Magnus Langseth, direktør for SIMLab.

- Vi har etableret og valideret numeriske modeller til simulering af nitningsprocesser. Vores nyeste model blev implementeret i LS-DYNA-simuleringssoftwaren og optimeret mod den eksperimentelle database om aluminium-til-aluminium-nittede forbindelser. Desuden kan stålnitter skabe en udfordring under genanvendelse, og der er gennemført et forskningsprojekt på SIMLab for at udskifte en stålnitte med en aluminiumnitte. Resultaterne hidtil ser lovende ud. 

Primær aluminiumsproduktion over hele kloden ligger i øjeblikket på omkring 45 millioner tons om året, mere end alle andre ikke-jernholdige metaller tilsammen. Industrianalytikere forudsiger, at den globale bilindustrihjulindustri vil vokse med en CAGR på 8,48% i perioden 2012–2016, hvor meget af denne vækst er outsourcet til Kina. Denne vækst afspejler et interessant globalt skift i primærproduktion, som David Harris fra ALFED forklarer:

- Primærproduktionen i Kina i løbet af de sidste ti år er ekspanderet i en fænomenal hastighed og er nu omkring halvdelen af ​​den globale totalproduktion. Primærproduktion nedskæres i Europa drevet af behovet for overkommelige langsigtede energiforsyninger, en følge af ​​EU-lovgivningen på emissioner og beskatning og lave primære metalpriser. 

Aluminiumsgenbrug - kan det blive bedre?

Aluminium er kendt for at være næsten uendeligt genanvendeligt, men processerne er energiintensive med potentiale for emissioner. Så når fokus på miljøspørgsmål vokser, er aluminiumsgenbrug så godt som det kunne være?

Jonathan Cullen fra University of Cambridge var medforfatter til en undersøgelse med titlen "Mapping the Global Flow of Aluminium: From Liquid Aluminium to End-Use Goods".

Han mener, at der er to hovedspørgsmål:

- For det første når ca. halvdelen af ​​al flydende aluminium, der produceres hvert år, aldrig et slutprodukt, siger Cullen. Dette skyldes hovedsageligt affald, aluminiumoxid og processkrot.

- For det andet kræver aluminiumgenbrug, som undgår de høje energiomkostninger og emissioner ved elektrolyse, betydelige” fortyndings- ”og“ kaskadestrømme ”af højere aluminiumkvaliteter for at kompensere for manglen på skrotforsyning og for at opnå den ønskede legeringsblanding, hvilket øger den energi, der kræves til genbrug. 

Cullen mener, at begrænsning af antallet af forskellige legeringer i nutidens produkter vil kunne hjælpe den fremtidige adskillelse og genopretning af specifikke legeringer.

Industrien bør også undersøge mulighederne for bedre at genbruge kasserede produkter for at undgå genbrug fuldstændigt.”

Brug af Aluminium i industrien

• Transport - Aluminiums lave vægt reducerer den samlede vægt og dermed brændstofforbruget til biler, lastbiler og tog. Især vigtigt inden for rumfart.
• Mekanisk - Alle mulige anvendelser på grund af dets styrke og lette bearbejdning.
• Konstruktion - I vid udstrækning brugt til vinduer, facader og tage, fordi dens gode modstandsdygtighed over for korrosion resulterer i lave vedligeholdelsesomkostninger.
• Elektronik – Samme ledningsevne som kobber, men med mindre vægt.
• Emballage - Både fleksible applikationer som menubakker, madbeholdere og almindelig folie og stive applikationer såsom dåser til mad og drikke og aerosoldåser.
• Sportsudstyr - Let, nem at forme i forskellige dele.

Vidste du?

Der findes to varianter af metallets navn. Aluminium er den foretrukne stavemåde i Europa, Australien og af International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Aluminium er den almindelige stavemåde i USA og Canada og betragtes som en acceptabel variant af IUPAC.