铝的应用与性质简介

日常生活中锈迹斑斑的暖气片、自行车等随处可见，但是仔细想想，好像很少发现家里的铝锅之类的铝制品有生锈的情况。难道铝不会生锈吗？事实上铝比铁还容易生锈，只不过铝生锈后仍然是光滑而光亮的罢了，它不像铁生了锈那样浑身红褐色，一眼就能认出来。由于看不到铝“生锈”的痕迹，所以人们便以为铝不会生锈。其实，这是被它的那一层外表欺骗了。

金属生锈，本质上大多是由于金属被氧气氧化所造成的。钢铁生锈后，由于生成的铁锈（三氧化二铁）是疏松的，覆盖在铁的表面，因此铁锈的红褐色不仅很容易能被看见，而且它疏松的结构还会使氧气从铁锈缝隙进入到钢铁里层，继续氧化里层的铁，直至把整块钢铁全部锈蚀完毕。

但是铝却不然，它很容易与氧气化合生成氧化铝。生成的氧化铝是层极薄的致密物，仅0.00001mm厚，它紧紧地覆盖在铝的表面，好像皮肤一样保护着铝的内部不再被锈蚀。另外，这层氧化铝膜还有一个特性，就是即使把它擦去，不久又会生成新的氧化铝膜，继续起保护作用，使得铝内部一直不被锈蚀。这层氧化铝膜真可谓是铝的“贴身保镖”。

铝的应用非常广泛，现已大量应用于飞机、汽车和火箭等的零部件上；铝由于具有良好的导电性和导热性，还可用作电缆材料。铝在高温时的还原性极强，可以用其来冶炼高熔点金属，这种冶炼金属的方法称为“铝热法”。也可以采用铝热法焊接某些特殊部位，如用该方法焊接钢轨。铝的延展性极强，可制成铝箔，用来包装食品等。铝的耐蚀性优异，外观质感佳，价格适中，是各种家用电器外表面的上选材料。在建筑行业上，铝由于在空气中具有较强的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到普遍应用。另外，铝在集装箱运输、日常用品方面也应用广泛。

铝在地壳中储量丰富，其丰度达8.2％，居所有金属元素之首，因其性能优异，已在几乎所有工业领域中得到应用。

铝具有银白色光泽，密度小（2.72g／cm³），约为一般金属的1／3。铝的熔点低（660.4℃），具有优良的导电、导热性能（仅次于银和铜）。铝为非磁性材料。铝及铝合金化学性质活泼，在空气中极易氧化形成一层牢固致密的表面氧化膜，从而使其在空气及淡水中具有良好的耐蚀性。常用铝导线的导电能力约为铜的61％，导热能力为银的50％。虽然纯铝极软且具有延展性，但仍可通过冷加工及做成合金来使它硬化。铝作为轻型结构材料，质量轻、强度大，海、陆、空各种运载工具，特别是飞机、导弹、火箭、人造地球卫星等，均使用大量的铝。一架超音速飞机的用铝量占其自身重量的70％，一枚导弹的用铝量占其总重量的10％以上，2008年北京奥运会的火炬“祥云”（见图2-16）的材质就是铝合金。

纯铝按含铝质量分数的多少分为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝，其纯度依次降低。高纯铝中铝的质量分数为99.93％～99.996％，主要用于科学试验、化学工业和其他特殊领域。工业高纯铝中铝的质量分数为99.85％～99.9％。工业纯铝中铝的质量分数为98.0％～99.0％，主要用作配制铝基合金。此外，纯铝还可用于制作电线、铝箱、屏蔽壳体、反射器、包覆材料及化工容器等。

图2-17所示为一块显示其内部结构的被侵蚀的高纯度铝块。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。铝以化合态的形式存在于各种岩石或矿石里，如钙铝长石（见图2-18）、云母、高岭石（见图2-19）、铝土矿和明矾石等。

图2-16 铝合金制作的“祥云”火炬

图2-17 显示其内部结构的被侵蚀的高纯度铝块

图2-18 钙铝长石

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图2-19 高岭石

铝合金既具有高强度又保持了纯铝的优良特性。根据合金元素和加工工艺特性的不同，将铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金两大类。

1.铸造铝合金

铸造铝合金的力学性能不如变形铝合金，但铸造铝合金有良好的铸造性能，可以制成形状复杂的零件，不需要庞大的加工设备，并具有节约金属、降低成本和减少工时等优点。按除铝之外的主要元素硅、铜、镁、锌的不同，铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金四大类。

使用铸造铝合金轮毂的车辆，可以减少能耗，其所节省的能量远远超过炼铝时所消耗的能量，经济效益好。铸造铝合金产品如图2-20所示。

图2-20 铸造铝合金产品

2.变形铝合金

变形铝合金有很好的力学性能，适合于变形加工。在建筑工业中，常用变形铝合金做房屋的门窗及结构材料。在食品工业，储槽、罐头盒和饮料容器等大多用变形铝合金制成。日常生活中所用的锅、盆等也大多由变形铝合金制成。变形铝合金产品如图2-21所示。

图2-21 变形铝合金产品

a）铝合金窗 b）铝合金易拉罐 c）铝合金锅

在工业上，为了使铝制品更经久耐用，常常把做好的铝制品浸在质量分数为20％的Na₂SO₄与质量分数为10％的HNO₃混合的溶液里，使其表面生成更厚的氧化膜（这种工艺称为阳极氧化加工），如商店里那些新的铝锅和铝壶，它们的表面都是灰白色的或浅黄色的，这就是因为经过氧化膜加厚处理的缘故。不过这层氧化膜既怕酸又怕碱，所以铝锅只宜煮饭而不宜做菜。过去常有人嫌铝锅表面不够光亮，总是用草木灰或沙子去擦洗。其实，这是一种很不科学的做法。草木灰之所以能够很好地去掉铝锅的“外套”原因有二：第一，摩擦铝锅的表面时能擦破氧化膜；第二，草木灰含有碱性的碳酸钾等物质，因此能够借助化学作用溶解掉氧化膜。但是，即使你刚刚擦掉了一层氧化膜，使铝锅看上去亮了一些，可是用不了多久，铝锅因为没有了氧化膜的保护，其表面就会再次被氧化，重新披上一层氧化膜，看上去照旧是灰蒙蒙的。如果你天天用草木灰擦，铝锅就会天天重新生成氧化膜，而这场“拉锯战”的结果，不但不能使外表光亮，反而使锅壁越来越薄，最后，甚至被磨破损坏。真是费力不讨好！