鋁(或美式英語和加拿大英語中的aluminum)是一種化學元素,符號為Al,原子序數為13。鋁的密度低於其他常見金屬,約為鋼的三分之一。它對氧有很大的親和力,暴露在空氣中時會在表面形成一層氧化物保護層。鋁在顏色和反光能力方面都與銀非常相似。它柔軟、無磁性且具有延展性。它有一種穩定同位素,27Al;這種同位素非常常見,使鋁成為宇宙中第十二個最常見的元素。 26Al 的放射性用於放射性定年法。
從化學角度來說,鋁是硼族的後過渡金屬。正如該族中常見的那樣,鋁主要形成+3氧化態的化合物。鋁陽離子Al3+體積小,帶電高;因此,它是極化的,並且鋁形式的鍵傾向於共價鍵。鋁與氧的強烈親和力導致鋁通常以氧化物的形式與自然界中的氧結合。因此,鋁在地球上主要存在於地殼岩石中,是繼氧和矽之後第三豐富的元素,而不是在地函中,幾乎從來不是遊離金屬。
1825 年,丹麥物理學家 Hans Christian Ørsted 宣布發現鋁。鋁的首次工業生產由法國化學家亨利·艾蒂安·聖克萊爾·德維爾 (Henri Étienne Sainte-Claire Deville) 於 1856 年發起。 1886 年,法國工程師保羅·埃魯 (Paul Héroult) 和美國工程師查爾斯·馬丁·霍爾 (Charles Martin Hall) 獨立開發的 Hall-Héroult 工藝使鋁變得更加大眾化,鋁的大規模生產使其在工業和日常生活中得到廣泛應用。在第一次世界大戰和第二次世界大戰中,鋁是航空業的重要戰略資源。 1954年,鋁超過銅成為產量最多的有色金屬。 21世紀,美國、西歐和日本的大部分鋁消耗在運輸、工程、建築和包裝領域。
儘管鋁鹽在環境中普遍存在,但尚無生物體透過代謝方式使用鋁鹽,但植物和動物對鋁的耐受性良好。由於這些鹽的含量豐富,它們的生物學作用潛力一直受到人們的關注,研究仍在繼續。
應用
另請參閱:鋁合金
2016年全球鋁產量為5,880萬噸。它超過了除鐵以外的任何其他金屬(12.31億噸)。 [138][139]
鋁幾乎總是合金化的,這顯著提高了其機械性能,特別是在回火後。例如,常見的鋁箔和飲料罐都是92%至99%鋁的合金。 [140]主要合金劑是銅、鋅、鎂、錳和矽(例如硬鋁),其他金屬的含量則以重量計為幾個百分比。 [141]鍛造鋁和鑄造鋁已與以下物質合金化:錳、矽、鎂、銅和鋅等。 [142]例如,Kynal 系列合金是由英國化學品製造商帝國化學工業公司開發的。
鋁罐
鋁金屬的主要用途是:
交通運輸(汽車、飛機、卡車、火車車廂、船舶、自行車、太空船等)。使用鋁是因為其密度低;
包裝(罐頭、鋁箔、框架等)。使用鋁是因為它無毒(見下文)、不吸附且防碎;
建築和施工(窗戶、門、壁板、建築電線、護套、屋頂等)。由於鋼材較便宜,當輕質、耐腐蝕或工程特性很重要時,會使用鋁;
電力相關用途(導體合金、馬達、發電機、變壓器、電容器等)。使用鋁是因為它相對便宜、導電性高、具有足夠的機械強度和低密度,並且耐腐蝕;
家居用品種類繁多,從炊具到家具。密度低、外觀好、易於製造、耐用是鋁材使用的關鍵因素;
機械設備(加工設備、管道、工具)。使用鋁是因為其耐腐蝕性、不自燃性和機械強度。
便攜式電腦機殼。目前很少使用不經過合金處理的鋁,[144] 但鋁可以回收利用,清潔鋁具有剩餘市場價值:例如,廢舊飲料罐 (UBC) 材料被用來封裝 MacBook Air 筆記型電腦、Pixel 5 智慧型手機或 Summit Lite 智慧型手錶的電子元件。
太陽能板的材料是什麼?
太陽能邊框材質為6063鋁合金。
AA 6063 是一種鋁合金,以鎂和矽為合金元素。控制其成分的標準由鋁業協會維護。它通常具有良好的機械性能,並且可熱處理和可焊接。與英國鋁合金HE9類似。
6063 是最常用的鋁擠型合金。它可以形成複雜的形狀,並具有適合陽極氧化的非常光滑的表面,因此在窗框、門框、屋頂和標誌框架等可見建築應用中很受歡迎。
化學成分
6063的合金成分為:鋁合金6063
| 構成要素 | 最小值(重量%) | 最大(重量百分比) |
| 鋁 (Al) | 97.50% | 99.35% |
| 鎂 (Mg) | 0.45% | 0.90% |
| 矽(Si) | 0.20% | 0.60% |
| 鐵 (Fe) | 0 | 0.35% |
| 鉻 (Cr) | 0 | 0.10% |
| 銅 (Cu) | 0 | 0.10% |
| 錳(Mn) | 0 | 0.10% |
| 鈦(Ti) | 0 | 0.10% |
| 鋅 (Sn) | 0 | 0.10% |
| 其他的 | 0 | 總計 0.15%(每個 0.05%) |
機械性質:
6063-T5
T5 狀態 6063 的極限拉伸強度在厚度不超過 13 毫米(0.5 英吋)時至少為 140 MPa (20,000 psi),厚度為 13 毫米(0.5 英吋)時極限拉伸強度為 130 MPa (19,000 psi),屈服強度至少為 97 MPa (130 MPa85)毫米(0.5 至 1 英吋)為 90 MPa (13,000 psi)。其伸長率為8%。
6063-T6
T6 狀態 6063 的極限拉伸強度至少為 190 MPa (28,000 psi),屈服強度至少為 160 MPa (23,000 psi)。厚度為 3.15 毫米(0.124 英吋)或以下時,伸長率為 8% 或以上;在較厚的部分,其伸長率為 10%。
結論
6063 用於建築製造、門窗框架、管道和管材以及鋁製家具。因此它非常適合用於太陽能電池板。