92鋁及鋁合金材料921鋁材性質(zhì)14課件講解

9.2鋁及鋁合金材料鋁是一種銀白色的輕金屬，熔點為660℃，密度為2.7g/cm3，只有鋼密度的1/3左右，常作為建筑中各種輕結(jié)構(gòu)的基本材料之一。

鋁的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，和氧的親和能力強(qiáng)。在自然狀況下暴露，表面易生成一層致密、堅固的氧化鋁薄膜，可以阻止鋁的繼續(xù)氧化，從而起到保護(hù)作用，可以抵抗硝酸、醋酸的腐蝕。但由于純鋁的氧化膜厚只有0.1μm，因而它的耐蝕能力也是有限的，比如純鋁不能與濃硫酸、鹽酸、氫氟酸及強(qiáng)堿接觸，否則會發(fā)生腐蝕性化學(xué)反應(yīng)。9.2.1鋁材性質(zhì)

鋁具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，被廣泛地用來制造導(dǎo)電材料如電線、導(dǎo)熱材料如蒸煮器皿等；

鋁具有良好的延展性，有良好的塑性，其伸長率可達(dá)50%，易于加工成板、管、線及箔等。但鋁的強(qiáng)度和硬度較低，常用冷加工的方法加工成制品。

鋁在低溫環(huán)境中，仍有較好的機(jī)械性能，因此鋁常作為低溫材料用于冷凍食品的儲運(yùn)設(shè)備等。9.2.1鋁材性質(zhì)9.2.2鋁合金的特性和分類為了提高鋁的實用價值，改變鋁的某些性能，在鋁中加入一定量的銅、鎂、錳、硅、鋅等元素制成鋁合金。鋁加入合金元素既保持了鋁質(zhì)量輕的特點，同時也提高了機(jī)械性能，屈服強(qiáng)度可達(dá)210～500MPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)380～550MPa，有比較高的比強(qiáng)度，是一種典型的輕質(zhì)高強(qiáng)材料。其耐腐蝕性能較好，同時低溫性能好。鋁合金更易著色，有較好的裝飾性，不僅用于建筑裝飾，還能用于建筑結(jié)構(gòu)，但一般不能作為獨(dú)立承重的大跨度結(jié)構(gòu)材料使用。

鋁合金也存在缺點，主要是彈性模量小，約為鋼材的1/3，剛度較小，容易變形；線膨脹系數(shù)大，約為鋼材的兩倍；耐熱性差、可焊性也較差。根據(jù)成分和工藝的特點，鋁合金可以分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。

（1）變形鋁合金變形鋁合金是通過沖壓、彎曲、輥軋等壓力加工使其組織、形狀發(fā)生變化的鋁合金，常用的變形鋁合金有防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金等。變形鋁合金可以用來拉制管材、型材和各種段面的嵌條。9.2.2鋁合金的特性和分類

（2）鑄造鋁合金鑄造鋁合金是供不同種類的模型和方法鑄造零件用的鋁合金，按照其主要元素含量的不同，鑄造鋁合金可以分為鑄造鋁硅合金、鑄造銅鋁合金、鑄造鋁鎂合金及鑄造鋁鋅合金。鑄造鋁合金用來澆鑄各種形狀的零件。9.2.3鋁合金的表面處理鋁材表面的自然氧化膜薄而軟，耐蝕性較差，在較強(qiáng)的腐蝕介質(zhì)的作用下，不能起到有效的保護(hù)作用。為了進(jìn)一步提高鋁材的耐磨、耐蝕、耐光和耐候等性能，常用人工方法來提高氧化膜的厚度，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行表面著色處理，以提高其裝飾效果，這就是鋁合金的表面處理技術(shù)，它主要包括表面處理前的預(yù)處理、氧化處理、表面著色和封孔處理。（2）氧化處理為增加鋁材表面氧化膜的厚度，要對其進(jìn)行人工氧化處理。常用的氧化處理方法有陽極氧化和化學(xué)氧化兩種。

陽極氧化處理就是通過控制氧化條件和工藝參數(shù)，在已處理的鋁材表面形成比自然氧化膜(0.1)厚得多的氧化膜層(5～20)。陽極氧化實質(zhì)上就是水的電解。以鋁材為陽極置于電解質(zhì)溶液中，陰極為化學(xué)穩(wěn)定性高的材料(如鉛等)。當(dāng)通電時，電解液中氫離子向陰極運(yùn)動，在陰極上得到電子而還原為氫氣放出。在陽極(即鋁材)水解生成的氧負(fù)離子與鋁形成氧化鋁膜層。陰極2H++2e-→H2↑陽極2Al3++3O2-→Al2O3

陽極氧化膜的結(jié)構(gòu)在電鏡下觀察由內(nèi)層和外層組成。內(nèi)層薄而致密，為無水Al2O3，稱為活性層，它的硬度高，且可以阻止電流的通過。外層為多孔狀的Al2O3及其水化物，雖然硬度較低，但厚度卻比內(nèi)層厚得多。9.2.3鋁合金的表面處理9.2.3鋁合金的表面處理

化學(xué)氧化就是鋁材在弱酸性或弱堿性溶液中，部分基體金屬發(fā)生反應(yīng)，使其表面的自然氧化膜增厚或生成其他一些氧化膜的過程?；瘜W(xué)氧化處理形成的氧化膜膜層較薄，抗蝕性及硬度較差，且不易著色，著色后耐光性差。因此化學(xué)氧化處理只用作有機(jī)涂層的底層或作暫時性的防腐保護(hù)層。9.2.3鋁合金的表面處理（3）表面著色處理經(jīng)中和水洗后，或陽極氧化后的鋁材，再進(jìn)行表面著色處理，可以保證鋁材使用性能完好的同時增加其裝飾性。表面著色處理后，鋁材形成金、灰、暗紅、銀白、青銅、黑、茶褐、紫紅色等色調(diào)。著色方法有自然著色法、金屬鹽電解著色法、化學(xué)浸漬著色法及樹脂粉末靜電噴涂法、涂漆法等。最常用的是自然著色法和電解著色法。9.2.3鋁合金的表面處理

（4）封孔處理鋁型材經(jīng)陽極氧化和表面著色處理后的膜層為多孔狀結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的吸附能力，很容易吸附有害物質(zhì)而被污染或早期腐蝕，因此在鋁型材使用之前采取一定方法將多孔膜層加以封閉，使其喪失吸附能力，從而提高膜層的防污性和耐蝕性，這一處理過程稱之為封孔處理。常用的封孔處理方法有水合封孔、無機(jī)鹽溶液封孔和透明有機(jī)涂層封孔。

（5）鋁合金表面的其他加工方法無光澤表面的加工方法：

噴丸方法：用石英砂、金屬丸或屑、剛玉等磨料在壓縮空氣或離心力的作用下，沖擊鋁合金表面而將表面打毛的工藝方法。

刷光：借助刷子對經(jīng)適度噴丸或用涂有磨料的氈輪拋光過的鋁制品進(jìn)行手工的或機(jī)械旋轉(zhuǎn)的摩擦加工過程。

化學(xué)及電化學(xué)法：無光表面可在不加緩凝劑的堿溶液中蝕洗而獲得，或在含有氯化物或氟化物的溶液中獲得。9.2.3鋁合金的表面處理光澤表面的加工方法：

機(jī)械拋光：類似于蝕面石材和玻璃表面的拋光。

化學(xué)拋光：在一定溫度、一定成分的溶液中，對鋁制品進(jìn)行化學(xué)處理，通過化學(xué)反應(yīng)而使鋁合金拋光。

電解拋光：以鋁制品作為陽極，以鉛板或耐酸不銹鋼板作為陰極，置于電解液中，在外加電流作用下，使制品表面達(dá)到平滑光亮的處理過程。9.2.3鋁合金的表面處理圖案表面的加工方法：圖案表面的加工多數(shù)在鋁板、帶材上進(jìn)行，有機(jī)械和化學(xué)兩種方法。

機(jī)械加工方法是用裝有花紋圖案的壓輥，軋壓板、帶表面，使一部分凸出，一部分凹下，獲得類似浮雕的裝飾效果。

化學(xué)加工方法主要用于機(jī)械很難加工的制品。這種方法只能獲得凹痕較淺的蝕面。9.2.3鋁合金的表面處理9.2.4常用裝飾用鋁合金制品

（1）鋁合金門窗鋁合金門窗是由經(jīng)表面處理的鋁合金型材，經(jīng)下料、打孔、銑槽、攻螺紋和組裝等工藝，制成門窗框構(gòu)件，再與玻璃、連接件、密封件和五金配件組裝成門窗。在現(xiàn)代建筑裝飾中，盡管鋁合金門窗比普通門窗的造價高3～4倍，但因長期維修費(fèi)用低、性能好、美觀、節(jié)約能源等，故得到廣泛應(yīng)用。

鋁合金門窗的優(yōu)點：質(zhì)量輕、強(qiáng)度高；性能好；耐久性好，使用維修方便；裝飾性好；便于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。鋁合金門窗按開啟方式分為推拉門(窗)、平開門(窗)、固定窗、懸掛窗、百葉窗、紗窗和回轉(zhuǎn)門(窗)等。鋁合金門窗按抗風(fēng)壓強(qiáng)度、空氣滲透性能和雨水滲透性能分為A、B、C這3類，分別表示高性能、中性能和低性能。每一類又按抗風(fēng)壓強(qiáng)度、空氣滲透性能和雨水滲透性能分為優(yōu)等品、一等品和合格品3個等級。9.2.4常用裝飾用鋁合金制品9.2.4常用裝飾用鋁合金制品（2）鋁合金裝飾板鋁合金裝飾板屬于現(xiàn)代較為流行的建筑裝飾板材，具有質(zhì)量輕、不燃燒、耐久性好、施工方便、裝飾效果好等優(yōu)點，適用于公共建筑室內(nèi)外墻面和柱面的裝飾。當(dāng)前的產(chǎn)品規(guī)格有開發(fā)式、封閉式、波浪式、重疊式條板和藻井式、內(nèi)圓式、龜板式塊狀吊頂板。顏色有本色、金黃色、古銅色、茶色等。表面處理方法有烤漆和陽極氧化等形式。近年來在裝飾工程中用得較多的鋁合金板材有鋁合金花紋板及淺花紋板、鋁合金壓形板、鋁合金穿孔板。

鋁合金花紋板及淺花紋板：鋁合金花紋板是采用防銹鋁合金胚料，用特殊的花紋軋輥軋制而成，花紋美觀大方，凸筋高度適中，不易磨損，防滑性好，防腐蝕性能強(qiáng)，便于沖洗，通過表面處理可以得到各種不同的顏色，花紋板材平整，裁剪尺寸精確，便于安裝，廣泛應(yīng)用與現(xiàn)代建筑的墻面裝飾和樓梯，踏板等處。9.2.4常用裝飾用鋁合金制品

鋁合金壓形板：鋁合金壓形板重量輕、外形美、耐腐蝕性，經(jīng)久耐用，安裝容易，施工快速，經(jīng)表面處理可得到各種優(yōu)美的色彩，是現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的一種新型建筑裝飾材料，主要用于墻面和屋面。9.2.4常用裝飾用鋁合金制品9.2.4常用裝飾用鋁合金制品

鋁合金穿孔板：鋁合金穿孔板是用各種鋁合金平板經(jīng)機(jī)械穿孔而成