ALUMINIUL - ALIAJE ALE ALUMINIULUI

ALUMINIUL

Aluminiul este cel mai raspandit metal in scoarta pamantului, dar numai sub forma de combinatii chimice si al treilea element chimic ca frecventa medie de masa dupa oxigen si siliciu. Clarkul aluminiului - unitatea de masura pentru frecventa medie de masa) are o valoare cuprinsa intre 7,45 si 8,80. Dintre cele mai raspandite minerale de aluminiu sunt: micele (aluminosilicatii de fier si de magneziu sau de metale alcaline), feldspatii, (aluminosilicati de potasiu si sodiu) - K [AlSi₃O₈], respectiv, Na[AlSi₃O₈], caolin (silicat de aluminiu hidratat) - Al₂O₃ 2 SiO₂ 2H₂O, corindonul (trioxid de aluminiu) - Al₂O₃, criolit (hexafloroaluminatul trisodic) - Na₃[AlF₆], bauxita (hidrat de aluminiu si fier) etc.

"Descoperirea aluminiului ca element metalic a avut loc in secolul trecut, desi alaunul - KAl(SO₄)₂ 12H₂O era cunoscut in antichitate sub denumirea de alumen, data de romani si folosit ca mordant (fixator pentru coloranti) in vopsitorie.

In 1855, Saint-Claire Deville, profesor la Ecole Normale din Paris, reuseste sa obtina aluminiu prin electroliza clorurii mixte de aluminiu si sodiu in stare topita. Acest succes i-a permis sa prezinte, in 1855, la expozitia mondiala din Paris, o bara in greutate de cateva zeci de kilograme, obtinuta din bauxita. Deville denumeste acest metal foarte usor si stralucitor argint de lut.[1]

In 1866 Paul Hroult in Franta si Charles Martin Hall in SUA au inventat in mod independent un procedeu electrolitic in care o solutie de oxid de aluminiu amestecata in topitura de criolit este supusa electrolizei intre doi electrozi de carbon (descoperit in stare naturala in Greolanda, care astazi este produs uzual pe cale sintetica) procedeu utilizat si astazi.

Energia necesara transformarii aluminei (sau trioxidului de aluminiu) in metal este foarte mare. Suplimentar exista si problema obtinerii aluminei din unul dintre mineralele care o contin, cel mai economic fiind bauxita, descoperit pentru prima data pe colina des Beaux de langa Arles, in Franta. Cea mai mare cantitate din productia de aluminiu este sub forma de aliaje si producerea acesteia depinde intr-o oarecare masura de natura aliajului, unele aliaje fiind potrivite laminarii la cald, altele la rece, si unele la ambele tipuri de laminare. Lingourile de aluminiu pot fi laminate similar otelului sau pot fi taiate cu fierastraul pentru a le reduce dimensiunile. Aluminiul poate fi laminat sub forma de sectiuni standard, similare cu cele din otel dar aproape deloc utilizate in constructia cladirilor

Extrudarea este un procedeu mai ieftin si mai versatil pentru producerea sectiunilor de aluminiu la cald. O duza noua de extrudare cu mult mai putin decat un set nou de valturi pentru un laminor si poate taia forme complexe ce depasesc posibilitatile laminarii la cald.

Punctul de topire al aliajelor de aluminiu este intre 530⁰C si 650⁰C si aluminiul poate fi extrudat la temperaturi intre 400⁰ si 500⁰C functie de aliaj. Profilul iese din presa de extrudare cu o suprafata neteda si un strat protector de oxid. Stratul de protectie poate fi ingrosat si colorat prin procedeul denumit anodizare. Dar profilul poate fi utilizat si ca atare, fara tratamente suplimentare de suprafata.

Aluminul poate fi laminat la rece, la fel ca otelul si otelul inoxidabil. Deoarece modulul sau de elasticitate este doar o treime din cel al otelului sau al otelului inoxidabil este mult mai predispus la flambaj si la deformatii de deflectie. Din acest motiv, in conditii similare de exploatare, tabla de aluminiu trebuie sa fie mai groasa decat cea de otel. Pe de alta parte, aluminiul este mai ieftin si mai usor decat otelul.

Se considera in mod curent ca aliajele din aluminiu ce pot fi produse sunt mai rezistente decat otelul structural, ceea ce este corect. O comparatie corecta ar trebui facuta intre otelurile slab aliate de inalta rezistenta si aliajele de aluminiu, si oricum, pornind de la aceasta baza, otelul este un material mai rezistent.

Daca se face o comparatie cu otel pornind de la rezistenta pe unitatea de masa, aluminiul iese bine in raport cu otelul dar nu este mai bun in raport cu lemnul lamelar sau placajele, care au o rezistenta foarte buna pe unitatea de masa.

Avantajele esentiale ale aluminiului in fata otelurilor structurale si slab aliate sunt rezistenta buna la coroziune si aspectul. Greutatea redusa este in mod frecvent un avantaj. Dezavantajele sale cele mai importante sunt costul ridicat si rezistenta scazuta la foc. Daca se i plica pelicule rezistente la foc, avantajele sale dispar. Datorita punctului de topire scazut, aluminiul nu se va inmuia in cazul unui incendiu ci se va topi.

Datorita faptului ca aluminiul este, in general, mai ieftin decat otelul inoxidabil este utilizat in cantitati mult mai mari in constructii. Pentru ca rezistenta sa la coroziune nu este atat de buna ca a otelului inoxidabil, nu se foloseste, de exemplu pentru pisoare. Are un modul de elasticitate mai mult mai mic si ca atare, o deflectie mai mare si o tendinta mai accentuata de flambaj la aceeasi grosime.[2]

ALIAJE ALE ALUMINIULUI

Exista mult mai multe aliaje ale aluminiului decat ale otelului si fiecare dintre acestea se poate livra in mai multe categorii de duritate sau tratament. Exista astfel mai multe sute de sortimente si ca atare este nevoie de consiliere de specialitate. In sistemul international de codificare se face distinctia intre aliaje de aluminiu turnate si aliaje de aluminiu prelucrabile prin extrudare, ambutisare, laminare la cald sau la rece. Pentru ca aluminiul turnat se utilizeaza mai rar in arhitectura ne vom referi la codificarea celei de a doua categorii. Codul este format din patru cifre. Prima cifra se refera la materialul principal de aliere:

1 aluminiu pur

2 aliaje cu cupru

3 aliaje cu mangan

4 aliaje cu siliciu

5 aliaje cu magneziu

6 mangan-siliciu

7 aliaje cu zinc

Seriile 1, 3, 4 si 5 sunt aliaje netratabile termic si seriile 2, 6 si 7 sunt aliaje tratabile termic.

In prima categorie intra aliaje prelucrabile prin deformare plastica la rece care consecutiv pot fi supuse unor tratamente de incalzire si racire lenta, respectiv revenire. Acest tratament reface ductilitatea aliajului diminuata prin prelucrare la rece. In raport cu amploarea procedeului se cunosc patru tipuri: O, H1, H2, H3. O alta cifra adaugata ofera informatii mai detaliate asupra procedeului de tratare.

Categoria a II-a cuprinde tipuri 10 tipuri, notate de la T1 la T10 si cuprinde aliaje care pornind de la un tratament termic sunt supuse unor procedee de deformare plastica la rece. Fiecare serie acestor aliaje are proprietatile sale specifice. O alta cifra, suplimentara, ofera informatii de detaliu asupra tipurilor de tratamente aplicate.

In esenta, seria 1000 a aliajelor aluminiului - respectiv aliaje ale caror numar de cod incepe cu 1 - contin 99% aluminiu sau mai mult. Au o rezistenta excelenta la coroziune, lucrabilitate excelenta si rezistenta scazuta. Utilizarea principala a cestor aliaje este pentru finisaje. O foaie subtire de aliaj poate fi laminata la rece peste o foaie de aliaj de alta categorie, cu scopul de a forma ulterior un strat de protectie al acesteia din urma. Acest procedeu se foloseste mai ales pentru aliajele din seria 2000, care au rezistenta scazuta la coroziune, dar si pentru alte serii de aliaje. Seria 2000 contine aliaje cunoscute odata sub numele duraluminiu, utilizat frecvent in industria aeronautica. De exemplu, cel mai uzual aliaj 2024 - care contine 4,4% cupru, 0,8% siliciu, , 0,8% mangan si 0,5% magneziu ale carui rezistente sunt comparabile cu ale otelurilor de inalta rezistenta si doar 1/3 din greutatea otelului.

Seria 4000 are ca element major de aliere siliciul, care poate fi utilizat in cantitati importante, pana la 10%. Aliajele cu silicon in procent mare se coloreaza gri-inchis dupa anodizare si pot produce finisaje arhitecturale excelente.

Pentru seria 7000 zincul este elementul principal de aliere si ofera aliajele cele mai rezistente ale aluminiului.

Aliajele aluminiului cu cele mai multe aplicatii in arhitectura se gasesc in seriile 3000, 4000, 5000, si 6000.

UTILIZARILE ALUMINIULUI IN ARHITECTURA

Aluminiul a fost un material putin utilizat in constructii inainte de al II-lea Razboi mondial. Intre 1935 si 1944, productia de aluminiu a crescut cu aproximativ 2000 de procente, partial in primii si esential in ultimii ani datorita cererii din industria aviatiei militare. Dupa terminarea razboiului, exista o capacitate de productie suplimentara si un stoc metalic mare de aluminiu, astfel incat, desi utilizarea aluminiului a crescut sensibil, productia de aluminiu a ajuns la cota din timpul razboiului abia dupa 12 ani.

In la sfarsitul anilor 40, s-au facut incercari importante pentru a gasi noi utilizari ale aluminiului in industria constructiilor. Unele au reusit; altele nu. Aluminiul a avut succes foarte mic, de exemplu, ca material structural in loc de otel. Modulul sau redus de elasticitate este un alt dezavantaj pentru ca sporeste deflectia si tendinta la flambaj. Aluminiul este un material structural util pentru deschideri mari in care structura suporta majoritar propria greutate si nu sunt probabile flambajul si deflectia, de exemplu la structuri triangulate sau domuri geodezice. Este utilizat avantajos la structuri ce trebuie montate la inaltime, precum flesele unor turnuri de biserici pentru ca toata constructia poate fi pozata intr-o singura bucata. Este un material foarte bun in cazul completarii unui nivel suplimentar la o cladire. Aluminiul va continua sa joace un rol important dar nu ca material solitar.

Aluminiul a avut mult mai mare succes sub forma peretilor cortina. Dublati cu termoizolatie peretii cortina ofera performante termice bune. Perfectionarea procedeului anodizarii in culoarea bronzului a oferit aluminiului o victorie decisiva in fata panourilor din bronz, mai scumpe.

Aluminiul s-a dovedit foarte bun pentru compartimentari, in mod particular pentru peretii demontabili datorita greutatii sale reduse si a rezistentei la uzura a suprafetelor.. Cea mi mare utilizare contemporana a aluminiului este la ferestre. A inlocuit de asemenea intr-o anumita masura si otelul galvanizat in cazul invelitorilor acoperisurilor.

Foaia de aluminiu inlocuieste tot mai mult foaia de plumb in cazul hidroizolatiilor. Altfel decat plumbul, are nevoie de o pelicula de protectie in plus fata de cea obtinuta prin anodizare, de obicei asfalt. In competitia cu plumbul si cuprul, foaia de aluminiu se utilizeaza si pentru piese de colectare a apelor meteorice.

Foaia de aluminiu cu grosimea de ordinul a 0,01 mm este utilizata pentru izolatii reflectante in combinatie cu materiale termoizolante. Reflecta radiatia termica si indeplineste si functiunea de bariera contra vaporilor.

Aluminiul turnat, uneori anodizat cu aspect de alama sau bronz inlocuieste aceste materiale la tamplariile usilor. Elemente de aluminiu turnat au fost utilizate la restaurarea unor balcoane turnate din fonta[3].