Aluminium algemeen deel 1; aluminium, aluminiumlegeringen, aluminiumlagen, aluminiumoxidelagen

Aluminium
De beproeving van aluminium en aluminiumlegeringen vindt grotendeels op dezelfde manier plaats als bij andere non-ferrolegeringen en staal. De volgende bijzonderheden dienen echter in het oog te worden gehouden:
- Bij de vermoeiingsproeven moet rekening worden gehouden met het feit dat er, in tegenstelling tot staal, geen sprake is van eenduidige vermoeiingssterkte. In plaats hiervan worden grenswaarden en wisselingsaantallen van bijvoorbeeld 109 gedefinieerd.
- In geval van laswerk aan gehard of koudverstevigd materiaal dient er rekening te worden gehouden met sterk verlies van hardheid ter plaatse van de warmtebeïnvloede zone. Bij alle mechanische beproevingen, zoals bijvoorbeeld de trekproef, dient hiermee rekening te worden gehouden.
- De corrosie-eigenschappen worden op doorslaggevende wijze beïnvloed door de vorming van een oxidelaag. Bij corrosieproeven moet hierop worden gelet. Oxidelagen en andere deklagen moeten zo mogelijk afzonderlijk worden beproefd.

Aluminiumlegeringen

Vier bijzondere eigenschappen maken aluminium en aluminiumlegeringen tot zulk veelzijdig materiaal: de gunstige verhouding van treksterkte tot dichtheid (luchtvaart, voertuigtechniek, kampeermateriaal), de goede verhouding van de elektrische geleidbaarheid tot de dichtheid (vrijhangende hoogspanningsleidingen), de goede corrosieweerstand (weervastheid in de bouw, allerhande gereedschap) en de goede vervormbaarheid (dunne plaat, profielen, folie). Andere belangrijke eigenschappen van het materiaal: het is niet ferromagnetisch, het vormt geen vonken bij hameren, de goede verwerkbaarheid (gieten, verspanen, lassen), een hoog spiegelend vermogen en een decoratief uiterlijk (anodiseren, eloxeren). De aluminiumindustrie biedt meer dan driehonderd verschillende combinaties van legeringen en warmtebehandelingen, in de vorm van tal van halffabrikaten aan.

Veelzijdig materiaal

Aluminium neemt een bijzondere plaats in tussen de metalen, omdat het voor vrijwel alle bekende bewerkingsen verwerkingstechnieken geschikt is. Het kan tot de fijnste vormen worden bewerkt, bijvoorbeeld voor sieraden of bestek. Het kan worden geanodiseerd en gekleurd. Het oppervlak kan spiegelend worden gemaakt. Het kan echter ook zodanig worden geanodiseerd dat er een zeer hard, slijtvast oppervlak ontstaat.
Aluminium is in tal van handzame formaten verkrijgbaar: dikke en dunne plaat, staf, draad, stangen, giet- en smeedproducten, poeder en (extrusie) profielen. Met technieken als zandgieten, coquillegieten of spuitgieten worden er kant-en-klare producten verkregen.
Aluminium is, vooral vanwege de combinatie van de hoge sterkte met een laag specifiek gewicht, onontbeerlijk voor de lucht- en ruimtevaart.

Ongelegeerd aluminium

Zuiver aluminium is zacht en ductiel, de treksterkte bedraagt in zachtgegloeide toestand slechts ongeveer 90
N/mm2. Door koudbewerken (walsen, extruderen, draadtrekken) kan de sterkte van ongelegeerd aluminium worden opgevoerd tot 210 N/mm2. Ongelegeerd aluminium wordt vanwege de lage dichtheid, de corrosievastheid en het decoratieve uiterlijk gebruikt. Technisch zuiver aluminium is ongelegeerd aluminium (primair of gerecycleerd) en heeft een zuiverheid van 99 tot 99,9 procent met als resten ijzer en silicium. Vanwege de chemische raffinage is het in vergaande mate vrij van bijmengingen, die de corrosieweerstand verlagen. Het wordt ook daar toegepast, waar een goede elektrische geleidbaarheid (k = 36.106 S/m) en een laag gewicht (r = 2,7 kg/m3) worden gevraagd voor draad, kabels, stroombanen enzovoort. Dunne folie (tot een dikte van 1/100 mm) dient voor verpakking, en fijn poeder wordt gebruikt voor pigment in lak. Hoogzuiver aluminium wordt direct als primair of als gerecycleerd aluminium na drievoudige elektrolyse geraffineerd tot een zuiverheidsgraad van tenminste 99,98 procent. Daardoor ontstaat er een bijzonder goede glans, die o.a. nodig is voor reflectoren en sieraden. Voor veel onderdelen en technische toepassingen wordt bovenal een hogere sterkte gevraagd dan technisch zuiver of hoogzuiver aluminium kan leveren. De sterkte kan worden verhoogd door middel van legeren en /of een warmtebehandeling (uitscheidingsharding). De hoofdlegeringselementen zijn koper, magnesium, silicium, zink en mangaan.

Aluminium-kneedlegeringen

De goede vervormbaarheid van aluminium komt bij de kneedlegeringen tot uitdrukking.
- Niet-hardbare kneedlegeringen Niet-hardbare kneedlegeringen zijn in feite laaggelegeerde AlMg- en AlMn-legeringen. Ze kunnen door navolgende koudvervorming sterker worden gemaakt (deformatieharding)
en ze hebben een hoge corrosieweerstand, ook tegen zeewater. Daarom worden ze gebruikt voor de verwerking van dunne plaat, als gevelbekleding, in de scheepsbouw, in de voedingsmiddelenindustrie, maar ook in de vliegtuigbouw. AlMnkneedlegeringen zijn superieur aan de meeste andere Al-kneedlegeringen wat betreft sterkte bij hogere temperatuur.
- Hardbare kneedlegeringen
Hardbare kneedlegeringen worden in het bijzonder vanwege hun gunstige sterkte-dichtheidverhouding gebruikt. Er staan basistypen met talrijke afleidingen ter beschikking, zoals:
*AlCuMg-legeringen (Duraluminium): bezitten hoge sterkte, zijn door Mg versneld hardbaar en door Cu slechts matig corrosievast.
*AlMgSi-legeringen: bereiken middelmatige sterktewaarden, zijn goed bestand tegen corrosie en bezitten in de koudverstevigde en uitgeharde toestand een hoge elektrische geleidbaarheid (Aldrey- legering AlMg0,4Si0,6).
*AlZnMg-legeringen: hebben niet die sterkte als Duraluminium, maar zijn daarentegen wezenlijk beter bestand tegen corrosie en bovendien zijn ze lasbaar. Door toevoeging van Cu bereiken ze de hoogste treksterkte (520 N/mm2) van alle aluminiumlegeringen. De sterkte van hardbare kneedlegeringen kan heel goed door warm- of koudharden (uitscheidingsharding, ook wel precipitatieharding genoemd) worden verhoogd. De eerste stap bestaat uit het oplosgloeien bij relatief hoge temperatuur (gewoonlijk boven 500°C), om de legeringselementen volledig in het a-mengkristal te doen oplossen. De tweede stap is een snel afschrikken naar kamertemperatuur waardoor de vaste oplossing wordt ingevroren. De legering is gedurende korte tijd in deze toestand vervormbaar, bijvoorbeeld door walsen, hetgeen technologisch moet worden benut. Bij de derde stap blijft de legering bij kamertemperatuur (koudharden) en pas echt bij ongeveer 200°C (warmharden), niet meer in vaste oplossing thermodynamisch stabiel, waardoor de bijgelegeerde atomen onder invloed van diffusie zich in de vaste toestand uitscheiden (precipiteren). Aluminium met Cu en Mg neigt tot koudharding, terwijl aluminium met Mg en Si of met Mg en Zn warmharding bevordert.

Aluminium-gietlegeringen

Op basis van de eutektische samenstelling bereiken de Al-gietlegeringen een fijnverdeelde, vaste gietstructuur en goede gietbaarheid.
- AlSi-gietlegeringen AlSi-gietlegeringen met samenstelling rond het eutektikum (G-AlSi12) zijn de belangrijkste Al-gietlegeringen. Ze zijn geschikt voor spuitgieten, coquillegieten en zandgieten. GD-AlSi12 wordt vanwege de goede vloeibaarheid bij voorkeur gebruikt voor dunwandig, druk- en vloeistofdicht gietwerk.
- AlSiMg-legeringen
AlSiMg-legeringen zijn hardbaar, zandgietwerk van deze legeringen is lasbaar en hun vermoeiingsterkte is na harding hoog. Als ondereutektische gietlegeringen worden ze gebruikt in de chemische industrie, in de automobielindustrie en de scheepsbouw alsmede voor motorblokken.
- AlSiCu-legeringen zijn hardbaar, door het Cu-gehalte goed gietbaar en als spuitgietlegeringen voor algemene doeleinden en voor gietwerk met goede sterkte zeer geschikt.
- AlCuNi-legeringen zijn geschikt voor gebruik als hoogbelaste warmsterke gietdelen, bijvoorbeeld Al- Cu4Ni2Mg1,5Si voor cilinderkoppen van motoren.
 

Aluminiumlagen

Deklagen die bescherming bieden tegen corrosie. Ze worden voornamelijk aangebracht middels elektrolytische of chemische afscheiding vanuit de gasfase (CVD: Chemical Vapour Deposition). De elektrolytische afscheiding vindt plaats in watervrije oplossingen. Aansluitend kan er een anodische oxidatie worden gegeven.

Aluminiumoxidelagen

Slijt- en corrosievaste deklagen, die door middel van verscheidene methodes zoals bijvoorbeeld thermisch spuiten, chemische uitscheiding uit de gasfase (CVD) en anodisch oxideren kan worden aangebracht. Deze deklagen bezitten een hoge weerstand tegen slijtagemechanismen, kleven, schuren en ze zijn zeer goed bestand tegen corrosie in oxiderende omgeving.