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蚀刻加工用铝的概况

文章出处:未知  责任编辑:admin  人气:   发表时间:2020-07-10  【
一、铝的发现
铝是地壳中含量最丰富的金属元素之一,其蕴藏量在金属中居第二位,在自然界中主要存在于铝硅酸盐矿石中(K20·3A12 03·6 SiO2·2H20)、,如正长石(K20·A1203·6 SiO2) ,白云母铝矾土(A1203 .2H20)、高岭土等矿石中。
远在史前时代,人们就已经使用含铝的矿物质私土来制作陶器。到了18世纪初,有人利用氧化铝作原料、用碱金属作还原剂想要把铝从某氧化物中还原成单质金属,但并未取得成功。直到19世纪20年代才由丹麦人H. C. Oeisted将C1:通人红热的A12O3和木炭的混合物中,制备了AIC13,再用钾汞齐将铝还原出来,第一次制备出了低纯度的铝的金属粉末。后来F. W ohler用钾代替汞合金还原A1C13得到了较纯的金属铝粉末,并取得了许多铝的物理和化学性质的资料。
到了19世纪50年代,法国化学家Henri Sainte-Dlaier Deville,改进了前人的制备方法,用钠还原AIC13,使铝的产率和纯度都有较大提高。之后,铝的生产才进入商业化,只不过在当时铝的价格如今天的黄金一样昂贵。
同年,Deville和德国的R. Bunsun提出了利用铝矿石,以电解方法来大量制取金属铝,并在各自的实验室获得成功后,铝的生产才受到了新的刺激和推动,从而开始了进人技术革命的新时代。
1886年Charles Martin Hall在美国俄亥俄州、Paul-Louis Heroa在法国各自独立地将溶解在熔融冰晶石中的氧化铝(A1203)电解还原技术开发成功,并获得专利。从此铝的生产进人工业化时代,电解还原法仍是今天工业化提取铝的唯一方法。
 
二、铝的生产
铝的生产有两个步骤:①从矿石中提取高纯度的A1203并脱水;②将A12 03熔解在熔融的冰晶石电解质中进行电解。
通常是用拜耳法或烧结法处理铝土矿以制取无水A1203。拜耳法更为常用,该方法首先将矿石粉碎,然后在一定温度和加压下用NaOH溶液溶解,溶解后生成易溶的Na[A1(OH)4 ],不溶的残渣(也称红泥渣)用倾泻法或过滤法除掉。
 
通过电解法冶炼的铝,主要杂质成分有Fe和Si, Zn, Ga, Ti, V等,也通常作为微量杂质元素存在。关于铝的纯度标准,国际上通行的做法是以确定的成分及其数值来作为基本标准,来确定其最低纯度。在美国,常规做法是将Fe与Si的相对含量作为更重要的标准来考虑。未合金化的金属级别,可由其纯度来定义,如铝含量为99.70写的铝。或者由美国铝协会制定的方法来定义,该法规定以PXXX级别为标准。在后一种情况下,字母P后的数字表明Si与Fe各自所占的最大百分之零点几数值。
全世界铝产量以美国最大,以1988年的统计:美国铝产量占世界铝产量的22.8%,而欧洲占21.7%。其余55. 5%的铝产自亚洲((6.6%)、加拿大((8.9%),拉丁美洲(8.8%)、大洋洲(7. 8%)、非洲(3.1%)和其他地区(21. 3%) o
 
三、铝的性质
铝是银白色而具有光泽的金属,质轻,密度在20℃时为2. 6989g/cm3。没有毒性和磁性,撞击时不产生火花。延展性好,其延性在金属中居第六位,展性居第二位。纯铝很软,莫氏硬度只有2. 9,但它能与Cu, Mg, Mn, Si, Zn等多种元素形成强度高而质量轻的铝基合金。
铝具有高的电导率、高的热导率和高的反射率。铝对可见光和紫外光的反射率在普通金属中是最高的。铝可以用作近似黑体的物质,在红外区,铝的反射性仅次于金和银。在室温下,纯铝的电导率是国际韧炼铜标准(IACS)的62Y(体积),20℃时约为2. 8m ” S1/ cm3。这表明铝的单位质量电导约为铜的两倍。铝的主要物理性质见表1-1
 
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铝在空气中有高的稳定性,’即使在无任何保护的情况下亦具有较强的抗蚀能力。这是由于铝的活泼性较高,铝暴露于大气中其表面会立即自然地生成一层薄而透明且坚韧的氧化膜层。这一天然的氧化膜层达到一定厚度就会自动停止生长,其厚度由环境和暴露时间而定,在干燥空气中和室温下约为50 X 10-l0 m,最厚亦可达100 X 10-10 m0
铝是两性金属,在碱性环境中会很快被腐蚀,在浓硝酸和浓硫酸中会被钝化,而不被进一步腐蚀,对大多数有机酸亦显惰性。因此铝容器可以用来贮藏浓硝酸、浓硫酸、有机酸和许多其他化学试剂。但卤素离子对铝有极强的侵蚀力,因此铝容器不能用于含这类物质的贮藏、包装、运输等。
 
四、铝的主要特点
(1)密度小铝合金的一个显著特点就是密度小,纯铝密度接近2. 7g/cm3 ,约为铁或铜的1/3。铝合金根据合金成分不同,密度有一定变化,主要取决于添加元素的密度。在铝中添加Mg, Li, Si等合金元素,尤其是Li使合金密度减小。在铝中添加Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn等合金元素则使合金密度增大。轧制能提高合金密度,冷加工使合金密度降低、位错增加,但若经过退火则位错消失、密度增
加。常见合金元素对密度的影响如图1-2所示。
 
2
 
纯铝强度不高,但可通过冷加工或添加Mg, Cu, Mn, Si, Li再通过热处理进一步强化,得到很高的强度。在工业上应用的铝合旨在改善铝合金强度的合金元素,常见添加元素主要有Mg, Si,Cu, Zn, Mn, Ni等。这些元素能与铝形成固溶体,改变合金的性能。对于某些特定用途,可以在铝合金中添加少量其他元素,如Cr, V, Pb和Bi等。制作精细浇铸件常加人Ti;在合金中掺人Ag可改善合金的延展性,并可取得光滑的外表。
(3)易加工性铝可用任何一种铸造方法进行铸造加工。铝的塑性好,加工速度快,可以挤压成各种复杂断面的型材,并可进行车、铣、撞、刨等机械加工。对于冲压加工所需机床,铝合金的冲压力比其他金属小,模具使用寿命长。
(4)耐蚀性铝合金表面极易生成一层致密牢固的氧化物保护膜,这层保护膜只有在卤素离子存在和碱性情况下才容易被破坏。因此铝有很好的耐大气腐蚀和耐水腐蚀能力。
(5)无低温脆性铝在0℃以下时,随着温度的降低,强度和塑性不仅不会降低,反而还会提高。
 
(6)导电、导热性好铝的导电、导热性能仅次于银、铜和金。室温时,电工铝的等体积电导率可达62%(IACS是指国际韧炼铜标准)。若按单位质量导电能力计算,其导电能力为铜的1倍。但加人任何合金元素都会使铝的电导率下降。
(7)反射性强铝的抛光表面对白光的反射率达80%以上,铝纯度越高反射率越高。同时,铝对红外线、紫外线、电磁波、热辐射等都有良好的反射性能。
(8)无磁性铝合金受冲击不产生火花,这对某些特殊用途十分可贵。可用作仪器仪表、电气设备的屏蔽材料,以及易燃易爆物的生产器材等。
(9)吸音性好对室内装饰有利,也可配制成减震合金。这一特性用于高档铝合金音箱制作时,特别是经纹理蚀刻后,其内部真实面积大大提高,将更进一步提高音响综合性能。
 
(10)耐核辐射铝对高能中子具有与其他金属相同程度的中子吸收截面。对低能范围内的中子,其吸收截面仅次于被、镁、错等金属。而铝耐核辐射的最大优点是对照射产生的感应放射能衰减快。
(11)美观铝合金由于反射能力强,表面呈银白色光泽,经加工后可达到很高的光洁度和光亮度。如经特殊前处理、阳极氧化、染色或丝网印刷等加工方法处理,不仅具有高的抗蚀性能,而且还有美丽的外观。还可通过电镀、化学镀等加工手段进一步提高其装饰性、功能性用途。特别是现在,随着物质生活水平的提高,人们对居室装修也有了更高的要求。经纹理蚀刻后的铝材将更为凸显其美观,为室内装修业引人了一种新的高档材料,使居室更显高贵典雅。
 
五、铝的用途
铝合金以其优良的力学性能、电气性能用于建筑、交通、电力、化工、食品包装、、电化学性能和可加工性能,正被广泛机械制造和日用工业。民用建筑业用铝量最大,近年来室内装修方面铝合金的需求占有较大比例,并在不断增长中。
铝合金作为一种战略金属,在军事上广泛用于制造飞机、舰船、装甲、坦克部件、导弹弹体等,人造卫星等各种太空飞行器也都大量使用铝合金。
 
高纯铝具有优良的导电性、可塑性、反光性和抗蚀性,其中最具有价值的是抗蚀性能。铝的纯度越高,氧化膜层越牢固越致密,其抗蚀性能也越高。这些赋予高纯铝以特殊性能,广泛用于天线器件、天文望远镜的反射镜、电力输送等。
在以上领域,所使用的铝件有些是功能用途,有些是装饰用途,或兼而有之。单就对民用装饰用铝合金材料而言,随着社会经济的发展和人民物质生活水平的提高,人们今天所追求的已从过去的“有与没有”到今天的“好与不好”、“美与不美”。
而目前铝合金表面装饰技术相对单一,这就需要去研究更多更好的装饰工艺技术,使铝合金材料的装饰效果更为丰富更加多样化,同时也为室内装饰提供更大的选择性。

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