Hliník je najrozšírenejší kov na svete a tretí najbežnejší prvok, ktorý tvorí 8 % zemskej kôry. Vďaka svojej všestrannosti je hliník najpoužívanejším kovom po oceli.

Výroba hliníka

Hliník sa získava z minerálu bauxit. Bauxit sa premieňa na oxid hlinitý (alumina) pomocou Bayerovej metódy. Alumina sa potom premieňa na kovový hliník pomocou elektrolytických článkov a Hall-Heroultovej metódy.

Ročný dopyt po hliníku

Celosvetový dopyt po hliníku je približne 29 miliónov ton ročne. Približne 22 miliónov ton tvorí nový hliník a 7 miliónov ton tvorí recyklovaný hliníkový šrot. Použitie recyklovaného hliníka je ekonomicky aj environmentálne výhodné. Na výrobu 1 tony nového hliníka je potrebných 14 000 kWh. Naopak, na pretavenie a recykláciu jednej tony hliníka je potrebných iba 5 % z tejto spotreby. Medzi panenským a recyklovaným hliníkovým odpadom nie je žiadny rozdiel v kvalite.

Aplikácie hliníka

ČistýhliníkJe mäkký, tvárny, odolný voči korózii a má vysokú elektrickú vodivosť. Široko sa používa na výrobu fóliových a vodičových káblov, ale na dosiahnutie vyššej pevnosti potrebnej pre iné aplikácie je potrebné legovanie s inými prvkami. Hliník je jedným z najľahších technických kovov s lepším pomerom pevnosti k hmotnosti ako oceľ.

Vďaka využitiu rôznych kombinácií svojich výhodných vlastností, ako je pevnosť, ľahkosť, odolnosť voči korózii, recyklovateľnosť a tvárnosť, sa hliník používa v stále väčšom počte aplikácií. Táto škála produktov siaha od konštrukčných materiálov až po tenké baliace fólie.

Označenia zliatin

Hliník sa najčastejšie leguje s meďou, zinkom, horčíkom, kremíkom, mangánom a lítiom. Pridávajú sa aj malé prísady chrómu, titánu, zirkónia, olova, bizmutu a niklu a železo je vždy prítomné v malých množstvách.

Existuje viac ako 300 tvárnych zliatin, pričom 50 sa bežne používa. Zvyčajne sa označujú štvormiestnym systémom, ktorý vznikol v USA a v súčasnosti je všeobecne akceptovaný. Tabuľka 1 popisuje systém pre tvárne zliatiny. Liate zliatiny majú podobné označenia a používajú päťmiestny systém.

Tabuľka 1.Označenia pre tvárnené hliníkové zliatiny.

V prípade nelegovaných tvárnených hliníkových zliatin označených 1XXX predstavujú posledné dve číslice čistotu kovu. Sú ekvivalentom posledných dvoch číslic za desatinnou čiarkou, keď je čistota hliníka vyjadrená s presnosťou na 0,01 percenta. Druhá číslica označuje zmeny v limitoch nečistôt. Ak je druhá číslica nula, označuje nelegovaný hliník s prirodzenými limitmi nečistôt a čísla od 1 do 9 označujú jednotlivé nečistoty alebo legujúce prvky.

V skupinách 2XXX až 8XXX posledné dve číslice označujú rôzne hliníkové zliatiny v skupine. Druhá číslica označuje modifikácie zliatiny. Druhá číslica nula označuje pôvodnú zliatinu a celé čísla 1 až 9 označujú po sebe idúce modifikácie zliatiny.

Fyzikálne vlastnosti hliníka

Hustota hliníka

Hliník má hustotu približne tretinu hustoty ocele alebo medi, čo z neho robí jeden z najľahších komerčne dostupných kovov. Vďaka vysokému pomeru pevnosti k hmotnosti je dôležitým konštrukčným materiálom, ktorý umožňuje zvýšiť užitočné zaťaženie alebo ušetriť palivo, najmä v dopravnom priemysle.

Pevnosť hliníka

Čistý hliník nemá vysokú pevnosť v ťahu. Pridanie legujúcich prvkov, ako je mangán, kremík, meď a horčík, však môže zvýšiť pevnostné vlastnosti hliníka a vytvoriť zliatinu s vlastnosťami prispôsobenými konkrétnym aplikáciám.

HliníkJe vhodný do chladného prostredia. Má výhodu oproti oceli v tom, že jeho pevnosť v ťahu sa zvyšuje s klesajúcou teplotou, pričom si zachováva svoju húževnatosť. Oceľ sa na druhej strane pri nízkych teplotách stáva krehkou.

Odolnosť hliníka proti korózii

Keď je hliník vystavený vzduchu, na jeho povrchu sa takmer okamžite vytvorí vrstva oxidu hlinitého. Táto vrstva má vynikajúcu odolnosť voči korózii. Je pomerne odolná voči väčšine kyselín, ale menej odolná voči zásadám.

Tepelná vodivosť hliníka

Tepelná vodivosť hliníka je približne trikrát väčšia ako u ocele. Vďaka tomu je hliník dôležitým materiálom pre chladiace aj vykurovacie aplikácie, ako sú napríklad výmenníky tepla. V kombinácii s tým, že je netoxický, sa táto vlastnosť hojne používa vo varnom riade a kuchynskom riade.

Elektrická vodivosť hliníka

Hliník má spolu s meďou dostatočne vysokú elektrickú vodivosť na použitie ako elektrický vodič. Hoci vodivosť bežne používanej vodivej zliatiny (1350) je len okolo 62 % vodivosti žíhanej medi, váži len tretinu, a preto môže viesť dvakrát viac elektriny v porovnaní s meďou rovnakej hmotnosti.

Odrazivosť hliníka

Od UV až po infračervené žiarenie je hliník vynikajúcim odrazom žiarivej energie. Odrazivosť viditeľného svetla okolo 80 % znamená, že sa široko používa v svietidlách. Rovnaké vlastnosti odrazivosti robiahliníkideálny ako izolačný materiál na ochranu pred slnečnými lúčmi v lete a zároveň na izoláciu proti tepelným stratám v zime.

Tabuľka 2.Vlastnosti hliníka.

Mechanické vlastnosti hliníka

Hliník sa dá výrazne deformovať bez porušenia. To umožňuje jeho tvarovanie valcovaním, pretláčaním, ťahaním, obrábaním a inými mechanickými procesmi. Dá sa tiež odlievať s vysokou toleranciou.

Na prispôsobenie vlastností hliníka možno použiť legovanie, tvárnenie za studena a tepelné spracovanie.

Pevnosť v ťahu čistého hliníka je okolo 90 MPa, ale pri niektorých tepelne spracovateľných zliatinách sa môže zvýšiť na viac ako 690 MPa.

Hliníkové normy

Stará norma BS1470 bola nahradená deviatimi normami EN. Normy EN sú uvedené v tabuľke 4.

Tabuľka 4.Normy EN pre hliník

Normy EN sa líšia od starej normy BS1470 v nasledujúcich oblastiach:

• Chemické zloženie – nezmenené.
• Systém číslovania zliatin – nezmenený.
• Označenia stavov pre tepelne spracovateľné zliatiny teraz pokrývajú širší rozsah špeciálnych stavov. Pre neštandardné aplikácie boli zavedené až štyri číslice za T (napr. T6151).
• Označenia stavov pre tepelne nespracovateľné zliatiny – existujúce stavy zostávajú nezmenené, ale stavy sú teraz komplexnejšie definované z hľadiska spôsobu ich vytvárania. Mäkký stav (O) je teraz H111 a bol zavedený stredný stav H112. Pre zliatinu 5251 sú stavy teraz zobrazované ako H32/H34/H36/H38 (ekvivalent H22/H24 atď.). H19/H22 a H24 sú teraz zobrazované samostatne.
• Mechanické vlastnosti – zostávajú podobné ako v predchádzajúcich hodnotách. Na skúšobných certifikátoch sa teraz musí uvádzať medza klzu 0,2 %.
• Tolerancie boli sprísnené v rôznej miere.
  

  Tepelné spracovanie hliníka

  Na hliníkové zliatiny je možné použiť rôzne druhy tepelného spracovania:

  • Homogenizácia – odstránenie segregácie zahrievaním po odliatí.
  • Žíhanie – používa sa po tvárnení za studena na zmäkčenie zliatin určených na spevnenie deformáciou (1XXX, 3XXX a 5XXX).
  • Zrážanie alebo kalenie starnutím (zliatiny 2XXX, 6XXX a 7XXX).
  • Tepelné spracovanie v roztoku pred starnutím zliatin spevňovaných precipitáciou.
  • Vytvrdzovanie náterov pecou
  • Po tepelnom spracovaní sa k číselným označeniam pridá prípona.
  • Prípona F znamená „tak, ako je vyrobené“.
  • O znamená „žíhané kované výrobky“.
  • T znamená, že bolo „tepelne upravené“.
  • W znamená, že materiál bol tepelne spracovaný v roztoku.
  • H označuje tepelne nespracovateľné zliatiny, ktoré sú „za studena tvárnené“ alebo „deformačne spevnené“.
  • Tepelne nespracovateľné zliatiny patria do skupín 3XXX, 4XXX a 5XXX.