铝
仪器信息网 · 2008-11-25 19:04 · 16697 次点击
无缝药芯焊丝是铝铜钎焊连接的最新技术成果,是铝铜钎焊用料的升级换代产品。其主要成分由锌铝铜和无腐蚀性氟铝铯盐组成,其钎焊工艺性、接头机械性能和接头导电性均优于锌镉、锌锡铜钎料。
该钎料适宜火焰钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊等多种钎焊工艺,尤其适宜非乙炔火焰钎焊。使用过程无需另加钎剂,自带焊剂环保、无腐蚀,焊后残留钎剂无需去除。
药芯焊丝在使用时无需手工添加钎剂,简化工艺、提高工效;焊丝是无缝的,钎剂永不遗漏,工人和设备不受粉尘污染;无缝焊丝便于长期保存而不变质,可以制环而不漏粉。药芯填充系数稳定、钎剂钎料比例准确,即确保焊接质量又杜绝浪费。
广泛用于电力电器、信息电子、不锈钢制品、制冷行业、电热电器、五金制品等行业。不需专用焊接设备和特殊生产场地,即可实现环保、便捷、安全的铝铜连接。其中铜包含常见的铜合金,铝主要指1系列、3系列和6系列和部分4系列。
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金属铝
名称:铝
化学符号:Al
原子序数:13
原子量:26.981539
沸点:2467°C
熔点:660.37°C
密度:2.702克/厘米?
自然分布:铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位,是地壳中含量最丰富的金属元素。在金属品种中,仅次于钢铁,为第二大类金属。
物理性质:铝是一种轻金属。纯净的铝是银白色的,为面心立方结构,具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性,是国民经济发展的重要基础原材料。纯铝较软,在300℃左右失去抗张强度。
化学性质:铝在空气中易与氧气化合,在表面生成一种致密的氧化物薄膜(氧化铝Al2O3),所以通常略显银灰色。铝能够与稀的强酸(如稀盐酸,稀硫酸等)进行反应,生成氢气和相应的铝盐。与一般的金属不同的是,它也可以和强碱进行反应,形成偏铝酸盐和氢气。因此认为铝是两性金属。
品种分类:根据铝锭的主成份含量可以分成三类:高级纯铝(铝的含量99.93%-99.999%)、工业高纯铝(铝的含量99.85%-99.90%)、工业纯铝(铝的含量98.0%-99.7%)。
用途:铝的合金质量较轻而强度较高,因而在制造飞机、汽车、火箭中被广泛应用;由于铝有良好的导电性和导热性,可用作超高电压的电缆材料。高纯铝具有更优良的性能;铝在高温时的还原性极强,可以用于冶炼高熔点的金属(这种冶炼金属的方法称为“铝热法”)铝富展性,可制成铝箔,用于包装。
目录
铝的发现
自然属性
主要特性
铝品种简介
应用
铝的危害
铝的防范
铝的发现
铝是地球上含量极丰富的金属元素,其蕴藏量在金属中居第2位。至19世纪末,铝才崭露头角,成为在工程应用中具有竞争力的金属,且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展,要求材料特性具有铝及其合金的独特性质,这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。
当1886年CharlesHall在美国俄亥俄州和PaulHeroupt在法国各自独立地将溶解在熔融冰晶石中的氧化铝(Al2O3)的电解还原技开发成功之时,世界上首批以内燃机为动力设备的车辆问世,随之而来的便是作为汽车业需用的、具有越来越大的工程价值的材料铝及其合金对汽车工业的发展开始起重要的作用。电气化也要求将大量质轻的导电金属铝用于长距离输送电,用于建造支撑架空电缆纲络所需要的塔架,以便以发电厂传输电能。铝工业的发展还不只限于上述内容。铝在商业上应用于诸如镜框、门牌和餐用托盘之类的新颖物品。铝制的炊事用具也成为市场上的一类商品。现在,铝已发展成具有各种各样用途的材料,其范围之广足以使现代生活的各个侧面直接地受到铝的应用的影响。
1854年,法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合,通人氯气后加热得到NaCl,AlCl3复盐,再将此复盐与过量的钠熔融,得到了金属铝。这时的铝十分珍贵,据说在一次宴会上,法国皇帝拿破仑第三独自用铝制的刀叉,而其他人都用银制的餐具。泰国当时的国王曾用过铝制的表链;1955年巴黎国用博览会上,展出了一小块铝,标签上写到:“来自粘土的白银”,并将它放在最珍贵的珠宝旁边,直到1889年,伦敦化学会还把铝和金制的花瓶和杯子作为贵重的礼物送给门捷列夫。1886年,美国的豪尔和法国的海朗特,分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝,奠定了今天大规模生产铝的基础。近一个世纪的历史进程中,铝的产量急剧上升,到了20世纪60年代,铝在全世界有色金属产量上超过了铜而位居首位,这时的铝已不单属于皇家贵族所有,它的用途涉及到许多领域,大至国防、航天、电力、通讯等,小到锅碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常广泛,不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。
自然属性
铝是一种轻金属,其化合物在自然界中分布极广,地壳中铝的含量约为8%(重量),仅次于氧和硅,具第三位。铝被世人称为第二金属,其产量及消费仅次于钢铁。铝具有特殊的化学、物理特性,是当今最常用的工业金属之一,不仅重量轻,质地坚,而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性,是国民经济发展的重要基础原材料。
铝的比重2.7,密度约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%,导热度为银的一半。虽然纯铝极软且富延展性,但仍可靠冷加工及做成合金来使它硬化。铝土矿是铝的重要来源,制造一镑氧化铝约需要两磅铝土矿,而制造一磅金属铝也需要两磅氧化铝。
主要特性
铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻,可机加工性、物理和力学性能好,以及抗腐蚀性好,从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认为最为经济实用。铝的密度只有2.7g/cm3,约为钢、铜或黄铜的密度(分别为7.83g/cm3,8.93g/cm3),的1/3。在大多数环境条件下,包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中,铝能显示优良的抗腐蚀性。铝的表面具有高度的反射性。辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射,而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的,也可以是吸收性的,抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性,因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。铝通常显示出优良的电导率和热导率,具有高电阻率的一些特定铝合金也已经研制成功,这些合金可用于如高转榘的电动机中。铝由于它的优良电导率而常被选用。在重量相等的基础上,铝的电导率近于铜的两倍。铝合金的热导量率大约是铜的50-60%,这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具,以及汽车的缸盖与散热器皆为有利。铝是非铁磁性的,这对电气工业和电子工业而言是一重要特性。铝是不能自燃的,这对涉及装卸或接触易燃易爆材料的应用来说是重要的。
铝无毒性,通常用于制造盛食品和饮料的容器。它的自然表面状态具有宜人的外观。它柔软、有光泽,而且为了美观,还可着色或染上纹理图案。一些铝合金在强度上超过结构钢材,但是纯铝及某些铝合金的强度和硬度极低。在现代生活中,铝已经广泛地应用在建筑行业中。
可机加工性:铝的可机加工性是优良的。在各种变形铝合金和铸造铝合金中,以及在这些合金产出後具有的各种状态中,机加工特性的变化相当大,这就需要特殊的机床或技术。
可成形性:这是铝及许多铝合金较重要的特性之一。特定的拉伸强度、屈服强度、可延展性和相应的加工硬化率支配着允许变形量的变化。商业上可提供的铝合金在不同形态下成形性的额定值取决于成形的工艺方法。这些额定值在作金属加工特性的定性对照中仅能起大致的指导作用,即不能定量地作为成形性的极值。
可锻性:铝合金可以锻造成形状与品种繁多的锻件,它们的最终部件锻造设计标准的选择范围(基于预定的用途)是很宽的。连接铝可用各式各样的方法连接,包括熔焊、电阻焊、硬焊、软焊、粘结以及诸如铆接和栓接之类的机械方法。
可回收性:铝具有极高的回收性,再生铝的特性舆原生铝几乎没有别。这点使铝成为环保人仕的宠儿。
铝品种简介
根据铝锭的主成份含量可以分成三类:高级纯铝(铝的含量99.93%-99.999%)、工业高纯铝(铝的含量99.85%-99.90%)、工业纯铝(铝的含量98.0%-99.7%)。
铝最重要的特性是质轻,比重2.7,密度约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%,铝也有很高的导热度,为银的一半,纯铝熔点摄氏660度。虽然纯铝极软且富延展性,但仍可靠冷加工及作成合金来使它硬化,常用的合金元素是铜、镁、锰、铬、矽、铁。因为对许多化学药品有抗药性及在室外使用的耐久性,铝是一种很有用的金属。黏土状的铝土矿是铝的重要来源,铝土矿含有50-60%的氧化铝,制造一磅铝约需要10千瓦的小时的电力,因此廉价的电对炼铝工业非常重要。铝最大的用途是在运输和建筑业。铝广泛地用在各种交通工具的制造上,在建筑业上,由于铝在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到很大的应用高强度钢线补强的铝缆,厨房用具则是铝最早的用途,在今日仍为一个极为广大的市场。基于其化学抗药性,铝特别适合用在化学药品制造和储运的构件上,铝对氧的亲合力很高,故也大量用于钢和铁的除氧剂。世界上的产铝量集中于中国、美国、前苏联、加拿大、澳洲、巴西、挪威,上列国家的产铝量占全球产量的60%以上。铝的供应来源除了新铝外,回收铝也占有很高的比例,回收铝又分为旧料回收(主要来源是饮料罐和汽车废件)、新料回收(加式过程中的铝屑)两种。由于环保意识升高,回收铝量年年创新高。1980年代未期以来,世界铝价就不断重挫,其中最大的原因就是苏联瓦解后为换取外汇而对西方大量输出铝,最明显的影响就是LME的库存量由1990年底的315,600吨暴升到144万吨以上。由于铝的化学性质好,所以取代了很多原料既有用途,如饮料罐和建材,美国铝的最大消耗是发生在制罐和馐业,约占全美用量的28%,接着是运输业约19%,再来是房屋和建筑业约18%.
应用
铝具有材质轻、导电导热强、易延展、耐腐蚀、可回收等优良的物理化学性能,在国民经济各部门、国防军工业以及人民日常生活中得到广泛应用。
铝合金重量轻、强度大,被誉为“会飞的金属”,广泛用于运载工具制造业,是制造飞机、飞船、潜艇、船舶、汽车、火车、导弹、火箭、人造地球卫星等陆海空运载工具的主要结构材料;铝是最节能的金属,虽然它在冶炼时能耗较大,但在炼成之后其节能的优势无与伦比,用铝和铝合金制造的各种车辆,由于减轻了自重,减少了油耗,其所节省的能量远远超过炼铝时所消耗的能量,因此铝又有“绿色金属”之称;铝的导热性能好,是制造散热器、暖气管、空调等热传导设施和器具的首选材料;铝的导电性价比高,是制造发电、输电设施的主要材料;铝的可塑性强,易加工,而且外观美,常用于机械、家用电器、日用品制造业和建筑装修业;铝可以轧制成厚度很小的铝带、铝丝、铝条,用于制造易拉罐等饮料容器,比纸还薄的纳米级铝箔被越来越多地应用到香烟、食品、药品包装中;在日常生活中,到处可见铝的身影,如锅碗瓢盘等生活用品、各种家用电器、桌椅门窗等;铝耐腐蚀,不生锈,可以一次又一次地反复循环使用,可回收率超过93%,是生命周期最长的金属,被称为“永不消失的金属”,其抗锈蚀和再生利用的价值备受关注;随着科技的进步,电子工业、信息工业、新材料工业等用铝量日益十增大,铝的应用领域越来越广泛。因此,在当今世界,人均铝的消耗量已成为衡量一个国家国民经济综合实力、国防军工现代化和人民生活水平的重要指标之一。
2005年,全国铝产量达到781万吨,产铝量连续4年保持世界第一;铝的消费量达到720万吨,首次超过美国成为世界头号铝的消费大国。但是,人均铝的消费量只有5.5千克,与美国、德国、日本等国人均消费量30千克相比,仍有较大差距。随着国民经济持续高速增长以及全面建设小康社会的推进,我国今后一个时期内对铝的需求仍有较大的提升空间。
铝的应用定用途而设定的产品,包括挤压型材、锻件、冲挤件、铸件、冲压件、粉末冶金(P/M)零件、机加工件和铝基复合材料。挤压件其是挤压固体金属通过开孔模而生产出来的。具有轴对称的设计件特别适合于用挤压形式生产。使用现行的工艺,也能挤压复杂的、有心轴的和不对称的外形,精密挤压可显出非同寻常的严格和表面光洁度,工件的主要通常不需要机加工;挤压後产品的精度可容许用简单的切割、孔、扩孔和其他小量的机加工来达到。挤压、挤压与拉拨结合生产的无缝管可与机械制铝广泛用于各种建筑中,如挢梁、塔楼和储罐等。虽然结构钢型材与板材的基建投资费用较低,但当人们考虑到工程的结构特点、独特的建筑设计、质轻和(或)抗腐蚀性时,就采用了铝。
铝可用于挢梁与公路的辅助结构上,如挢梁栏杆、公路护栏、照明标准件、交通指挥塔、交通标志和连接围栏等。
铝也普遍用于挢梁结构上,特别是长墩距挢梁或活动挢梁的平衡装置和嶺升挢的施工中。脚手架、爬梯、变电所构筑物及其他公用工程构筑物,常使用的铝材形式主要是结构型材和特殊挤压型材。吊车、输送机和重载装卸系统包含了大量的铝材。储水大罐常用铝合金建造,以增强抗腐蚀性并形成引人注意的外观。
包装业
一直是用铝的市场之一,且发展最快。包装业产品包括家用包装材料、软包装和食品容器、瓶盖、软管、饮料罐与食品罐。铝箔颇适用于包装,箔制盒,包用于盛食品与药剂,并可作家用。
变形铝制品和铸
造铝制品在汽车结构中应用颇广。每台汽车的典型铝用量约70kg(150lb),此数可望急剧增加,因为普遍的节省燃料的要求迫使如此,而且人们还不断强调回收铝的重要性。卡车由于重量的限制及人们想增加有效载重量的愿望,制造商已增加铝在驾驶室、拖车和卡车设计中的应用。由于使用挤压的车身纵梁、车架下梁和横梁,卡车自重已减小。挤压的或模板及锻造的驾驶盘已常见。铁路车辆铝用于制造铁路底卸年、冷冻车和槽车。
铝亦广泛用于铁路客车,特别是那些公共交通系统的车辆。海上应用铝普及于各种各样的海上应用中,包括船舶的主要受力构件如船体与舱面室,以及其他应用如烟囱外壳、舱盖、窗框、空气出口、舷梯、通道、船尾、甲板、通风设备、船用家具、以铝代用的五金器材、燃料罐及面表光亮的平整件。
航空航天
铝实际上用于飞机、导弹和宇宙飞船工业的所有部分制造机身、引擎、附件、液体燃料和氧化剂的容器设备。铝因其高强度/密度之比率、抗腐蚀性和重量功效而得到广泛应用,特别是用在压缩的设计中。
耐用消费品:家用电器
由于铝制品质量轻、外观美观、具有对各种形式加工的适应性以及便宜的制造加工费用,因此铝广泛应用于家用器具中,质轻是它重要的特性,可适应于真空吸尘器、电熨斗、便沬式洗碟机及食品加工机与搅拌器的要求。家具质轻、低维护费用、抗蚀、经久耐用和美丽的外观是铝制家具的主要优点。
机械与设备
铝材也被广泛地应用在加工设备纺织设备煤矿机械移动式灌溉管与工具,铝及其合金可以用已知的所有方法浇铸成铸件或加工成材。铝及其合金的加工产品可以划分为两类:一类是通用产品,包括薄板、厚板、箔、棒材、线材、管材以及结构型材,其中板材可细分为圆棒和非圆形棒,其中管材可细分为标准圆管和非标准圆形管。另一类是非通用的产品,这是为了某个特造的有缝管和焊接管相匹敌。
铝的危害
早在1965年,克拉佐首次发现铝中毒的兔脑内,出现了老年性痴呆特有的神经元纤维缠结病变,但并末引起人们的重视。直到1973年他又根据研究结果指出猫的大脑皮层含铝量的增多,使猫出现了明显的脑功能障碍,这才唤醒世人警觉。
铝盐一旦进入人体,首先沉积在大脑内,可能导致脑损伤,造成严重的记忆力丧失,这是早老性痴呆症特有的症状。参与这项工作的研究人员说,对老鼠的实验表明,仅给它们喝下一杯经铝盐处理的水后,它们脑中的铝含量就达到可测量水平。对老鼠的研究发现,混在饮用水中的微量铝进入老鼠的脑中并在那里逐渐积累。研究人员对痴呆病人的研究发现,这类病人脑内有30%新皮层区的铝浓度大于4微克/克(干重),患者脑部神经元细胞核内,铝的含量为健康人的4倍,最大达30倍。研究人员认为,如果随时间推移,铝在脑中逐渐积累,就会杀死神经原,使人的记忆力丧失。一位科学家说:我们一生都在喝铝盐净化过的水,吃含铝盐的食品,因此到我们很老时,我们体内已经积累了很多铝。他指出,过去70年早老性痴呆症发病率在世界范围内普遍上升。他说,铝也被用在食品乳化剂中。
铝能直接损害成骨细胞的活性,从而抑制骨的基质合成。同时,消化系统对铝的吸收,导致尿钙排泄量的增加及人体内含钙量的不足。铝在人体内不断地蓄积和进行生理作用,还能导致脑病骨病肾病和非缺铁性贫血。
铝对人体的毒害严重,对生物也有毒害作用。可溶性铝化合物对大多数植物都是有毒的,酸性土壤的水分里溶解的铝化合物,使一般作物难以正常生长。通常当溶解的铝达到10-20PPM以上时,植物就会出现铝毒症兆。土壤中的铝能与可溶性磷酸盐结合生成不溶性磷酸铝,致植物缺磷而枯死。铝还能使植物细胞原生质脱水,然后破坏而死亡。铝与细胞壁内的果胶结合,强化果胶的交联结构,有碍植物吸收水分和营养。铝与植物中的钙磷等矿物质营养成分亦有密切关联。它能抑制一般植物对钙磷的吸收与累积,也影响它们对钾镁铁锰铜锌等元素的吸收和累积。铝对水生动物亦有毒害,当pH值约为5时,以氢氧化铝形态沉积在鱼鳃内,使氧气难以进入血液中,且使鱼体内含盐浓度失调,致鱼于死地。铝对水生动物毒害浓度一般为70微克/升以上。水体中铝含量增加,将导致大量有机物凝聚,致水生动物因营养匮乏而死亡。铝能使磷沉淀,严重威胁水生动物繁衍生息。
铝的防范
防止铝的危害主要有三条途径:一是建议城市自来水公司本着对自己对人民负责的宗旨,不要用铝盐[如硫酸铝钾(KAI(SO4)2)作净水剂;二是尽量不用铝制品作炊具;三是少吃含铝盐添加剂较多的食物(如油条)。
正确使用铝制炊具。由于铝制炊具,质轻软,易刮伤,能与糖、盐、酸、碱、酒等发生缓慢的化学反应而溢出较多的铝元素,从而增加了人们摄入铝元素的机会。因此用铝制炊具盛放盐、酸、碱类食物时间不要过久。不使用铝铲、铝勺等用具,因为它们在炒菜、盛饭的长期刮擦中,产生肉眼看不见的铝屑,这些铝屑可随饭菜入口进入人体。铝锅应用竹木勺或无毒塑料勺盛饭。建议有条件的家庭不使用铝制炊具,除使用铁锅、砂锅外,一律使用不锈钢制炊具。因为不锈钢制品金属性能稳定,而且对人体无害。
不食用含铝量多的食物。少吃或不吃使用含铝食品添加剂制作的油饼、油条、糕点、面包及饼干等食物。以吃油条为例,每根油条约含铝10mg,每天吃两根,一个月就摄入铝600mg,为正常人体中含铝量的10倍。自来水中的铝元素含量极微少,符合国家卫生安全标准,可以放心饮用。
常吃健脑食品和做健身活动。一方面可多食核桃仁、芝麻、绿豆等健脑食品;另一方面,为了预防老年性痴呆症,还应加强健脑锻炼,多看书报、多思考、常下棋、多与人交谈,多参加适合老年人的体育活动等等。
铝和铜的焊接
无缝药芯焊丝是铝铜钎焊连接的最新技术成果,是铝铜钎焊用料的升级换代产品。其主要成分由锌铝铜和无腐蚀性氟铝铯盐组成,其钎焊工艺性、接头机械性能和接头导电性均优于锌镉、锌锡铜钎料。该钎料适宜火焰钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊等多种钎焊工艺,尤其适宜非乙炔火焰钎焊。使用过程无需另加钎剂,自带焊剂环保、无腐蚀,焊后残留钎剂无需去除。药芯焊丝在使用时无需手工添加钎剂,简化工艺、提高工效;焊丝是无缝的,钎剂永不遗漏,工人和设备不受粉尘污染;无缝焊丝便于长期保存而不变质,可以制环而不漏粉。药芯填充系数稳定、钎剂钎料比例准确,即确保焊接质量又杜绝浪费。广泛用于电力电器、信息电子、不锈钢制品、制冷行业、电热电器、五金制品等行业。不需专用焊接设备和特殊生产场地,即可实现环保、便捷、安全的铝铜连接。其中铜包含常见的铜合金,铝主要指1系列、3系列和6系列和部分4系列。
目前,国内上有几家可以生产该类铝焊丝的企业,影响最为广泛的是郑州机械研究所,http://www.zrime.com.cn/braze/