Caratteristiche
L'alluminio è l'elemento chimico di numero atomico 13. Il suo simbolo è Al ed è identificato dal numero CAS 7429-90-5. Si tratta di un metallo duttile color argento.
L'alluminio è un metallo leggero, ma resistente, con un aspetto grigio argento a causa del leggero strato di ossidazione, che si forma rapidamente quando è esposto all'aria e che previene la corrosione in quanto non solubile.
Gli antichi greci e romani usavano l'allume che era prodotto dalla lavorazione dell'alunite, un solfato d'alluminio che si trova in natura.
L'allume era fondamentale nell'industria tessile come fissatore per colori, per le stampe su pergamena, per la concia delle pelli, la produzione del vetro e, come emostatico, per curare le ferite.
Il primo scienziato ad isolare, in forma impura, il metallo fu H. C. Ørsted sfruttando la reazione tra l'amalgama di potassio ed AlCl3; Friedrich Wöhler è generalmente accreditato per aver isolato l'alluminio in forma massiva, nel 1827, migliorando il metodo di Ørsted. L'invenzione del processo di Hall-Héroult nel 1886, ovvero elettrolisi di allumina disciolta in criolite (NaAlF4) rese economica l'estrazione dell'alluminio dai minerali, ed è comunemente in uso in tutto il mondo.
Nonostante l'alluminio sia il 3º elemento chimico in ordine d'abbondanza sulla crosta terrestre (8,1%), è molto raro in forma libera, per cui in passato era considerato un metallo prezioso, con un valore superiore a quello dell'oro. È quindi relativamente nuovo come metallo industriale e la sua produzione in quantità commerciali avviene da poco più di 200 anni.
Caratteristiche salienti dell'Alluminio :
- basso peso specifico, pari a circa un terzo di quello dell'acciaio o delle leghe di rame
- alta conducibilità termica ed elettrica, circa due terzi di quella del rame
- elevata plasticità
- eccellente duttilità e malleabilità
- basso potere radiante
- resistenza all'ossidazione
- resistenza alla corrosione
- riflettivita’
- eccellente durata nel tempo
- saldabilità (molte leghe di alluminio sono saldabili con normali tecniche MIG, TIG e saldo brasatura, altre, in particolare quelle contenenti rame, non sono saldabili)
L'alluminio è uno degli elementi più diffusi sulla Terra (8,3% in peso), terzo dopo ossigeno (45,5%) e silicio (25,7%) e paragonabile al ferro (6,2%) e al calcio (4,6%). In natura si trova sempre combinato con altri elementi; è presente in numerosi minerali. Dal punto di vista industriale questo metallo leggero (la sua densità è di 2,71 g/cm³) viene prodotto a partire dalla bauxite, roccia rosso bruno o giallo, diffusa soprattutto negli Stati Uniti, in Russia, Guyana, Ungheria, nei territori dell'ex Jugoslavia.
Pochi elementi in natura si prestano a costituire un numero così elevato di leghe come l'alluminio. Per migliorare le caratteristiche meccaniche si aggiungono all'alluminio determinati quantitativi di elementi alliganti. Quando si combina con altri elementi, le caratteristiche di questo metallo, che allo stato puro è tenero e duttile, cambiano radicalmente. Basta un solo esempio: l'ossido di alluminio (Al2O3) o corindone (i cristalli trasparenti della migliore qualità sono più conosciuti come zaffiri e rubini), è la sostanza naturale più dura dopo il diamante, con durezza relativa 9 nella scala di Mohs.
Leghe metalliche formate dall'alluminio, le peculiarità in comune per tutte sono:
- bassa temperatura di fusione (compresa tra i 510 ed i 650 °C)
- basso peso specifico, compreso tra 2,66 e 2,85 g/cm³
- elevatissima conducibilità elettrica e termica
- contenuto di alluminio maggiore del 70%
L'alluminio puro è soffice e debole, ma può formare leghe con piccole quantità di rame, magnesio, manganese, silicio e altri elementi, che hanno un'ampia gamma di proprietà utili.
Gran parte degli elementi metallici sono solubili nell'alluminio, tuttavia rame (Cu), silicio (Si), magnesio (Mg), zinco (Zn), manganese (Mn), nichel (Ni) sono i leganti utilizzati per l'alluminio a costituire le leghe madri; accanto ad essi si possono impiegare elementi che migliorano alcuni aspetti prestazionali delle leghe, conosciuti come correttivi. Si trovano aggiunte, per scopi particolari, piccole percentuali di titanio, zirconio, cromo, bismuto, piombo, cadmio, scandio, litio, berillio ed anche stagno e ferro, quest'ultimo peraltro sempre presente come impurezza. Quando gli elementi sopra menzionati vengono aggiunti all'alluminio di base da soli si hanno leghe binarie, quando aggiunti a due a due o a tre a tre si hanno rispettivamente leghe ternarie o leghe quaternarie.
Ogni elemento legato all'Alluminio possiede il suo particolare effetto :
- Silicio: migliora la colabilità e riduce il coefficiente di dilatazione; nelle leghe ipereutettiche (Si>12%) conferisce alla lega un certo potere autolubrificante.
- Magnesio: aumenta la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino e in mare; aumenta il grado di incrudimento e di conseguenza le caratteristiche meccaniche conferibili al materiale per deformazione a freddo.
- Manganese: aumenta la resistenza meccanica e alla corrosione anche se in maniera più contenuta del magnesio; è elemento fondamentale per ridurre la formazione di precipitati ferrosi aghiformi (noti come "punte di spillo").
- Rame: accresce la resistenza meccanica, soprattutto a caldo, la resilienza e la resistenza a fatica; rende non saldabile la lega.
- Zinco: soprattutto se associato al magnesio, conferisce un'elevata resistenza meccanica, migliora la temprabilità delle leghe (con Zn>4% e Cu<1% si ottengono leghe autotempranti), ma riduce la resilienza e l'elasticità del materiale.
- Nichel: accresce la resistenza meccanica a caldo.
LEGHE DA LAVORAZIONE PLASTICA
Il rame (Cu), il silicio (Si), il manganese (Mn), e zinco (Zn) sono gli elementi di alligazione maggiormente usati con l'alluminio insieme ad altri per ottenere leghe di particolari caratteristiche. Tale gamma si compone di almeno cento differenti tipi anche se le produzioni si concentrano su 15-20 di maggior uso. La loro designazione si basa su una serie di quattro numeri adottata dalla ALLUMINUM ASSOCIATION -AA-(USA) ed oggi universalmente adottata insieme alle singole normative nazionali.
Tale designazione è cosi strutturata:
- 1000 alluminio da un minimo del 99%
- 2000 alligante: rame , Cu
- 3000 alligante: manganese , Mn
- 4000 alligante: silicio , Si
- 5000 alligante: magnesio , Mg
- 6000 alligante: magnesio + silicio
- 7000 alligante: zinco , Zn
- 8000 alligante: ferro Fe + silicio
Le serie da 2000 ad 8000 raggruppano le leghe secondo i loro principali costituenti, la prima cifra indica i principali alliganti, la seconda indica eventuali modifiche della lega e delle impurezze, le ultime due servono a differenziare una lega dalle altre dello stesso gruppo.
Tali leghe vengono utilizzate anche in campo aeronautico e aerospaziale. Quando l'alluminio viene fatto evaporare nel vuoto forma un rivestimento che riflette sia la luce visibile che il calore radiante. Questi rivestimenti formano un sottile strato protettivo di ossido di alluminio che non si deteriora come fanno i rivestimenti di argento. L'alluminio viene usato anche come rivestimento per gli specchi dei telescopi.