铝是什么？详细介绍该材料的特性和使用上的注意事项

• 铝的特征
• 使用铝时的注意事项
• 铝的代表性种类
• 铝与各种金属材料之间的差异
• 总结

 

铝具有以下突出特征。

铝的比重约为2.7，是钢材的三分之一左右。充分发挥其质轻的特性，可广泛应用于运输机器（如飞机、人造卫星、新型列车等）、建筑材料、移动家电（智能手机等）等领域。

纯铝可与其他金属制成合金，以提高其强度（单位密度的抗拉强度）。 其中，添加锌和镁后经过热处理的 7000 系列合金强度特别高，典型的 A7075（超硬铝）也被用于飞机部件。

铝易与氧发生反应，在其表面生成非常致密的氧化皮膜。氧化皮膜具有保护作用，可以防止材料被腐蚀。铝具有耐腐蚀性，可以用于海洋开发、船舶、建筑等领域。有研究报告表明，该材料产品在暴露于海风的环境中，使用了30年也不会发生问题。

适用于铝材的加工方法有很多。它具有良好的延展性，适用于塑性加工；其熔点较低并且流动性良好，所以也适合于铸造加工。还易于切割和焊接。由于可以使用多种加工方法，它可以加工成各种形状，从薄片形状（如铝箔）到复杂形状。

铝的导热性约是铁的3倍。由于铝易于导热，常用于汽车散热器、各种热交换器、电子设备的散热器等。

铝的导电率是同等重量铜的两倍。铝还具有重量轻的特点，用它作为输电线材料，可以使塔架之间的间距更宽，从而降低施工成本。近年来逐渐出现了用铝线取代铜线作为输电线的趋势。

铝材长期使用后不易劣化；熔点低，产品使用后可以融化、回收再利用。尽管需要消耗制作新品时3%的能源用于回收，但回收再利用后生产的产品质量与新品基本等同。

铝是无磁性的，不会受到周围磁场的影响。因此，常被用于抛物面天线、医疗设备、船舶的磁力罗盘、超导相关产品等。它的另一个优点是比金、银和铜等其他非磁性材料便宜。

即使在极低的温度下，如液氮（-196°C）和液氧（-183°C），强度也不会降低，反而会增加。 因此，它常被用于低温设备、LNG（液化天然气）储罐、太空开发和生物技术等领域。

铝具有反射红外线、紫外线和电磁辐射的特性。 如果提高纯度或进行镜面处理，反射率还会进一步提高。暖气设备的反射板、太空服、多棱镜等就是利用了铝的这些特性。

未加工的铝是一种表面美观的材料。阳极氧化等表面处理可以增强其表面的美观性。此外，还可以通过电解着色，赋予多彩的颜色。因其设计性较高，所以被广泛应用于建筑外饰和包装材料等。

铝不会与食品类发生反应。即使进入人体，99% 以上也会被排出体外，且对土壤没有危害。因此，铝常用于食品和药品的包装、与人体接触的医疗设备等。

虽然铝具有许多出色的特性，但也有一些使用注意点。

铝具有出色的比强度，但强度仍低于钢材。它适用于如像飞机机翼那样柔韧性构造；不适合用于齿轮那样需要强度的零部件。

铝虽然不易生锈，但在含盐环境中或与不同金属接触时可能会发生腐蚀。因此，当需要避免腐蚀时，有时会使用阳极氧化处理。

铝的线膨胀系数是铁系材料的2倍左右。因此可能会发生较大的热应力、对于反复加热和冷却的零部件，有可能会导致热疲劳损伤。

对于铁系材料来说，一般都有一个疲劳极限，即存在不发生金属疲劳的应力下限。也就是说，如果设计中只产生低于疲劳极限的可变载荷，理论上这种材料可以无限期使用。然而，由于铝材没有疲劳极限，因此在设计时有必要将使用过程中产生的可变应力和SN曲线等进行比较，即使在预期产品寿命期间出现裂纹扩展，也需要确认是否存在强度问题。

铝表面形成的氧化膜熔点高达约 2000 ℃，因此必须在焊接前去除氧化膜层。此外，由于铝具有高导热性和低熔点，焊接时热量会迅速传递到母材上，从而可能导致母材脱落。为防止出现这种情况，必须逐渐改变焊枪的移动速度。因此，铝的焊接有一定难度，建议外包给有良好记录的承包商。

纯铝的强度较低，因此通常通过添加其他金属进行合金化。 通过在铝中添加铁、锌、镁、铜和其他金属，可以生产出各种类型的合金。

工业用铝材根据最终产品的用途等，大致分为拉拔用合金和铸造用合金。拉拔用合金是指利用塑性变形进行加工时使用的合金材料。而铸造用合金顾名思义就是用于铸造的合金材料。

A1050 是一种典型的纯铝材料。 它的强度较低，但具有出色的可加工性和耐腐蚀性，主要用于装饰品和电力电缆等。

A2017 是一种被称为硬铝的合金材料。 它的耐腐蚀性较低，但强度较高，可用于飞机、汽车和机械零件等。

A2024是一种被称为超硬铝的合金材料，强度高于 A2017。

A5052 是流通最广的铝合金，具有出色的耐腐蚀性、可加工性和可焊性。 它可用于制造型材和钣金件。

A6061 是一种耐腐蚀性能极佳的铝合金，经过 T6 热处理后，其耐腐蚀性能进一步增强。

A6063 具有优异的耐腐蚀性和表面光洁度等特性，是挤压产品中使用最多的铝合金。可用于制造铝窗框和电气材料。

A7075 是一种被称为超级硬铝的合金材料，在所有铝合金中强度最高。战前，日本是世界上第一个开发出这种材料的国家，并将其用于零式舰载战斗机，为其卓越的性能做出了巨大贡献。 作为一种具有代表性的飞机材料，它至今仍被广泛使用。

AC2B 具有出色的可铸性，可用作普通铝铸造合金。 它可用于发动机缸盖和阀体。

AC4C 是一种具有出色的铸造性、耐腐蚀性和机械性能的合金。 它可用于变速器壳体和压缩机壳体。

ACD10 是一种适用于压铸的材料，因其出色的可铸性、可加工性和机械性能而被广泛使用。 它可用于发动机缸体等。

下表对铝与其他金属材料的特性进行了比较。

通过下表可以看出，铝是一种易于使用的材料，具有许多优良特性，如比重小、耐腐蚀和可加工性好等。