림, 주석 및 비행기:알루미늄 및 알루미늄 주물

주물 공장의 추출, 가공 및 주조

알루미늄의 인기 증가

알루미늄은 세계에서 세 번째로 풍부한 원소이며 지각에서 가장 풍부한 금속입니다. 알루미늄은 지구 코어 질량의 8% 이상을 차지합니다. 그러나 철과 같은 다른 금속에 비해 정제가 어렵다. 이러한 이유로 알루미늄 사용은 다른 금속 제품에 비해 뒤쳐져 있는 반면 이러한 복잡성을 극복하기 위해 효율적이고 비용 효율적인 방법이 개발되었습니다.

알루미늄과 철강 산업 사이에는 많은 유사점이 있습니다. 둘 다 지구 표면에서 발생하는 광물 광석에서 금속을 추출하는 데 의존합니다. 둘 다의 제조 공정은 에너지 집약적이며 액체 금속을 캐스트에 붓거나 연속 주조 기계를 사용합니다. 알루미늄과 철강은 자동차 및 항공우주 산업에서도 유사한 시장에서 경쟁합니다. 그러나 이러한 금속의 가공 및 특성에는 상당한 차이가 있습니다.

알루미늄 가공

보크사이트는 알루미늄 함량이 높은 퇴적암입니다. 일반적으로 약 46-60%입니다. 보크사이트는 종종 몇 미터의 암석과 점토로 덮여 있으며, 보크사이트를 회수하기 전에 먼저 제거해야 합니다. 그런 다음 보크사이트는 가공을 위해 운송되기 전에 공장을 파쇄하거나 세척합니다.

1880년대 중반에 두 가지 별개의 방법이 발명되어 알루미늄을 생산하는 데 연속으로 사용되었습니다. Bayer 방법은 화학 공정을 사용하여 보크사이트에서 알루미늄을 추출합니다. Hall-Heroult 공정은 전기분해를 사용하여 Bayer 공정에서 생성된 알루미나 또는 산화알루미늄에서 알루미늄을 추출합니다.

바이엘 프로세스

보크사이트 광석을 파쇄하고 가성소다와 혼합하여 광석 미립자를 포함하는 슬러리를 생성합니다. 슬러리는 처리되는 특정 광석에 따라 140˚C–280˚C 사이의 온도에서 유지됩니다. 이 시간 동안 알루미늄은 가성소다 용액에 용해됩니다. 모든 불순물은 용액에서 붉은 진흙이라는 잔류물로 침전됩니다.

공정의 마지막 단계는 가성 소다 용액에 종자 결정을 첨가하는 것입니다. 용해된 알루미나는 이러한 종자 결정에 부착됩니다. 바이엘 공정의 최종 제품은 알루미나 또는 산화알루미늄으로 백색 분말의 모양을 하고 있습니다.

Hall-Heroult 프로세스

알루미늄 공장의 환원 장치는 직렬로 연결된 환원 포트 또는 셀로 구성됩니다. 각 냄비는 탄소로 라이닝된 강철 쉘로 만들어집니다. 산화알루미늄을 함유한 용융된 빙정석(불화물 광물)을 각 포트에 붓고 탄소 전극을 위에서부터 용액에 삽입합니다. 전류가 빙정석 용액을 통과함에 따라 알루미늄은 산소와 분리되어 이산화탄소 가스를 형성합니다. 액체 알루미늄은 냄비 바닥에 모입니다.

그런 다음 액체 알루미나는 일정한 간격으로 환원 포트에서 진공 버킷으로 흡입됩니다. 이것은 용광로로 옮겨져 주형의 잉곳으로 주조되거나 연속 주조기에 의해 주조됩니다. 이 과정을 통해 생산된 알루미늄은 순도가 약 99.8%입니다. 알루미늄 생산을 위한 전해 공정은 에너지 집약적이며 생산량 톤당 15MWH가 필요합니다. 따라서 대부분의 제련소는 수력 발전소와 같은 발전기 옆에 있습니다.

알루미늄 주조

알루미늄이 추출 및 처리되면 다음 단계는 제품 형태로 주조하는 것입니다. 알루미늄 주물은 원하는 최종 제품의 패턴으로 성형된 주형에 용융 금속을 붓는 방식으로 형성됩니다. 주물 생산에는 세 가지 일반적인 유형의 성형 방법이 사용됩니다. 즉, 다이 캐스팅, 영구 몰드 캐스팅 및 샌드 캐스팅입니다.

다이 캐스팅

다이캐스팅은 압력을 사용하여 용융 알루미늄을 강철 다이로 밀어 넣습니다. 이 유형의 주조는 최소한의 마무리 및 기계 가공이 필요한 부품의 대량 생산에 자주 사용됩니다. 다이캐스팅은 사이클 타임이 짧지만 툴링 비용이 높습니다. 가압 주조 시스템은 고강도 스킨을 생성하지만 영구 몰드 주조보다 약한 내부를 만듭니다. 다이캐스팅에는 저압 다이캐스팅과 고압 다이캐스팅의 두 가지 유형이 있습니다.

다이 캐스팅

저압

고압

좋은 강도 값

낮은 강도 값

자동화에 적합

자동화에 적합

간단한 다이 및 기계 기술

복잡하고 값비싼 다이

느린 캐스팅 주기

짧은 캐스팅 주기

투자 및 운영 비용 절감

높은 투자 및 운영 비용

약 3mm의 최소 벽 두께

얇은 벽 구성 요소에 적합

영구 금형 주조

영구 주형 주조는 강철 또는 기타 금속 주형 및 코어를 사용합니다. 알루미늄을 몰드에 부어 강한 주물을 형성합니다. 영구 금형은 일관성을 유지하면서 반복성이 높은 부품을 만드는 데 사용됩니다. 빠른 냉각 속도는 보다 일관된 미세 구조를 생성하여 기계적 특성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

영구 주형 주조는 합금 바퀴를 만드는 데 사용됩니다. 알루미늄 휠은 또한 강철 휠보다 가벼우므로 회전하는 데 필요한 에너지가 적습니다. 그들은 더 나은 연료 효율성뿐만 아니라 더 나은 핸들링, 가속 및 제동을 제공합니다. 그러나 중장비 산업용 트랙 애플리케이션의 경우 스틸 휠이 더 일반적으로 사용됩니다. 내구성으로 인해 구부리거나 깨지는 것이 거의 불가능합니다. 트랙에서 사용할 때 강철 바퀴는 트랙의 불규칙성을 더 관대하여 안전성을 높입니다.

모래 주조

모래 주물은 원하는 제품의 패턴 주위에 미세한 모래 혼합물을 포장하여 만듭니다. 패턴은 냉각하는 동안 알루미늄의 수축을 허용하기 위해 최종 제품보다 약간 더 큽니다. 모래 주조는 모래를 여러 번 재사용할 수 있어 경제적입니다. 큰 몰딩이나 디테일한 디자인을 만드는 데에도 효과적입니다. 초기 툴링 비용은 낮지만 부품당 가격이 더 높기 때문에 샌드 캐스팅은 대량 생산보다 특수 캐스팅에 적합합니다.

용융 알루미늄의 제어는 달성된 주조 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 원하는 알루미늄 등급 및 특성을 달성하기 위해 합금 요소가 용융 알루미늄에 추가됩니다. 제어된 합금 추가 및 알루미늄 전체의 분포는 제품이 건전하고 예상되는 기계적 특성을 갖도록 보장합니다.

알루미늄은 주상 입자 구조로 응고됩니다. 이 기둥은 다른 입자와 접촉하는 지점까지 성장합니다. 입자가 많을수록 분자 구조가 더 미세해집니다. 입자 정제는 티타늄과 붕소를 사용하여 입자 핵 부위를 생성하여 이러한 미세 구조를 달성합니다.

수소 가스는 제품이 응고되면서 기공을 만들어 알루미늄 주물에 결함을 일으킬 수 있는 불순물입니다. 주조하는 동안 최종 제품에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 불순물이 없는 환경을 유지하기 위해 탈기 및 퍼지 가스가 필요합니다.

주물 합금

최종 용도에 맞게 다양한 주조 합금을 사용할 수 있습니다. 이러한 주조 합금은 각각 용접성, 가공성, 내식성 및 열처리 특성과 같은 고유한 특성을 가지고 있습니다.

용융 알루미늄에는 주조 특성을 최대화하기 위해 제어할 수 있는 몇 가지 특성이 있습니다. 용융 알루미늄은 용융 상태에서 수소 가스 및 산화물을 흡수하기 쉽고 미량 원소에 민감할 수 있습니다. 일부 장식용 또는 상업용 주물에는 추가 처리가 필요하지 않을 수 있지만 추가 마감 처리가 도움이 되는 경우가 많습니다. 엄격한 용융 제어 및 특수 용융 금속 처리 기술은 향상된 기계적 특성을 제공할 수 있습니다.

알루미늄 마감 및 코팅

알루미늄의 미학적 매력 중 하나는 높은 반사율입니다. 이 특성은 깨끗한 표면 마감으로 고급 소비자 제품을 만드는 데 이용되었습니다. 이것은 표면에 얇은 산화물 층이 자연적으로 형성되어 더욱 향상됩니다. 이 층은 제품을 아노다이징하여 더 두껍게 만들 수 있습니다. 산화물 층의 존재는 알루미늄을 추가 산화로부터 효과적으로 밀봉하여 부식에 매우 강합니다. 다양한 마감 처리와 코팅을 통해 알루미늄이 광택이 나면서도 내구성이 뛰어난 품질을 얻을 수 있습니다.

마감

특정 알루미늄 합금은 특정 용도에 대한 특성을 향상시키기 위해 열처리됩니다. 고체 주조 알루미늄은 미리 결정된 온도로 가열되어 분자 미세 구조가 재료 전체에 고르게 분포되도록 합니다. 그런 다음 급속 냉각으로 미세구조 패턴이 제자리에 유지되고 이상적인 속성이 달성됩니다.

열처리할 수 없는 합금은 냉간 가공, 주로 압연으로 마무리됩니다. 분자를 단단히 압축하여 미세 구조의 결함을 최소화하므로 금속 강도가 크게 향상됩니다.

코팅

알루미늄은 이미 미학적으로 만족스러운 고품질 표면 마감 처리가 되어 있습니다. 그러나 다른 코팅은 마감에 더 많은 이점을 제공할 수 있습니다.

PVDF 코팅

PVDF 코팅은 내후성이 매우 높은 솔벤트 기반 도료입니다. 그러나 긁힐 수 있습니다. PVDF는 햇빛에 노출되어도 퇴색되지 않으며 금속성 외관으로 만들 수 있습니다.

액체 페인트

액체 페인트는 PVDF 코팅보다 경제적이지만 특성도 덜 바람직합니다. 마감 품질이 낮고 내후성이 강하지 않습니다.

분말 코팅

분체 도료는 PVDF 도료와 동일한 수준으로 가장 엄격한 내구성 사양을 충족합니다. 마감 외관이 우수하고 창틀 및 문틀, 볼라드 및 자전거 랙과 같은 현장 가구용으로 널리 사용됩니다. 더 많은 마모를 견디며 호텔 및 상점과 같이 교통량이 많은 지역에 지정되는 경우가 많습니다.

아노다이징

아노다이징은 산화된 표면층을 두껍게 하고 제품의 내식성을 향상시키는 데 사용됩니다. 코팅은 단단하고 내구성이 있으며 자가 수리가 가능하여 건축가에게 인기 있는 선택입니다. 아노다이징 공정은 일련의 딥 탱크를 사용하여 수행됩니다.

알루미늄 속성

알루미늄은 가볍기로 유명합니다. 사실, 철보다 거의 3배나 가벼우며 밀도는 2,700kg/m3입니다. ³ . 놀랍게도 알루미늄의 낮은 밀도는 강도에 영향을 미치지 않습니다. 알루미늄 합금은 인장 강도가 70~700MPa인 광범위한 강도 특성을 가지고 있습니다. 저온에서는 알루미늄의 강도가 증가하고 고온에서는 감소합니다.

알루미늄은 또한 쉽게 가공할 수 있으며 밀도가 낮기 때문에 필요한 전력이 낮습니다. 알루미늄의 높은 가단성으로 인해 쉽게 압출될 수 있습니다. 이를 통해 제품을 구부리고 말릴 수 있으며 알루미늄 호일 제작의 핵심 특성입니다.

https://www.reliance-foundry.com/wp-content/uploads/aluminum-rolling.mov

알루미늄 품질 및 표준

알루미늄 제품은 제품에 사용된 합금 재료에 따라 인증을 받았습니다. 가장 일반적인 합금 원소는 다음과 같습니다.

• 실리콘
• 철
• 구리
• 마그네슘
• 아연

특성 및 구성이 있는 시리즈로 분류된 알루미늄

시리즈

알루미늄 %

합금

열 처리 가능

속성

애플리케이션

1xyz

>99.yz

• 내식성 및 작업성 우수
• 높은 열 및 전기 전도성

• 전송
• 전력망 라인

2xyz

>99.yz

구리

예

• 고강도 및 인성
• 낮은 내식성

• 항공기

3xyz

>99.yz

망간

아니요

• 보통 강도
• 좋은 작업성

• 열 교환기
• 조리기구
• 음료 캔

4xyz

>99.yz

실리콘

아니요

• 취성이 없는 낮은 융점

• 용접 와이어
• 납땜 봉

5xyz

>99.yz

마그네슘

아니요

• 보통에서 고강도
• 해양 환경의 부식 방지
• 좋은 용접성

• 건축 및 건설
• 저장 탱크
• 압력 용기
• 해양 애플리케이션

6xyz

>99.yz

실리콘 및 마그네슘

예

• 중간 강도
• 우수한 내식성
• 높은 용접성

• 건축
• 구조적
• 트럭
• 해양 프레임

7xyz

>99.yz

아연

예

• 매우 높은 강도

• 항공기
• 애플 워치

시리즈

알루미늄 %

1xyz

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시리즈

합금

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구리

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망간

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실리콘

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마그네슘

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실리콘 및 마그네슘

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아연

시리즈

열 처리 가능

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예

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아니요

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아니요

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예

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예

시리즈

속성

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• 내식성 및 작업성 우수
• 높은 열 및 전기 전도성

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• 고강도 및 인성
• 낮은 내식성

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• 보통 강도
• 좋은 작업성

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• 취성이 없는 낮은 융점

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• 보통에서 고강도
• 해양 환경의 부식 방지
• 좋은 용접성

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• 중간 강도
• 우수한 내식성
• 높은 용접성

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• 매우 높은 강도

시리즈

애플리케이션

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• 전송
• 전력망 라인

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• 항공기

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• 열 교환기
• 조리기구
• 음료 캔

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• 용접 와이어
• 납땜 봉

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• 건축 및 건설
• 저장 탱크
• 압력 용기
• 해양 애플리케이션

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• 건축
• 구조적
• 트럭
• 해양 프레임

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• 항공기
• 애플 워치

건강 및 안전

Hall-Heroult 공정 동안 많은 양의 가스가 방출됩니다. 이러한 가스는 대기 중으로 방출되기 전에 독성 불소 화합물을 제거해야 하므로 포획 및 처리됩니다. 알루미늄 생산 공정은 CO₂를 생성합니다. , 결과적으로 알루미늄 제품의 탄소 발자국이 더 높아집니다. 많은 제조업체는 화석 연료에서 전기를 생산하는 대신 수력 발전소와 같은 재생 가능 에너지원과 함께 알루미늄 제련소를 찾습니다.

가용성 형태의 Al ³⁺ , 알루미늄은 식물에 유독합니다. 산성 토양은 Al ³⁺ 의 방출을 가속화하는 경향이 있습니다. 광물에서 추출하고 이 분야의 제품 수율을 낮춥니다. 전 세계 경작지의 거의 절반이 산성이기 때문에 알루미늄이 작물 수확량에 미치는 부정적인 영향은 심각할 수 있습니다.

인체도 알루미늄의 영향을 받을 수 있습니다. 알루미늄 축적이 건강에 미치는 영향에는 알츠하이머병 및 일부 암의 위험 증가가 포함되지만 결정적으로 입증되지는 않았습니다. 고농도에서 알루미늄은 뇌와 뼈 구조에 작용하는 신경독입니다. 알루미늄은 누룩, 유화제, 착색제 및 일부 제산제에서 발견됩니다.

알루미늄 애플리케이션

알루미늄은 다양한 상업 및 가정용품을 포함한 다양한 시장에 적합한 야광 마감 처리된 둥근 금속입니다.

항공우주

항공우주 산업의 발전은 알루미늄 제품의 개발에 크게 의존해 왔습니다. 그들의 특성, 특히 가벼운 무게와 강도의 조합으로 인류는 지구 대기를 벗어날 수 있을 만큼 충분히 강하고 가벼운 차량을 개발할 수 있었습니다. Wright 형제는 최초의 목재 프레임 복엽 비행기의 엔진 크랭크케이스에 알루미늄을 사용했습니다. 현대의 상업용 수송기는 80% 알루미늄으로 구성되며, 특히 동체와 날개의 기체에서 주로 발견됩니다. 알루미늄은 우주 산업에서 국제 우주 정거장의 셔틀 및 구조물에 광범위하게 사용됩니다.

건설 및 건축

전력망과 송전선로는 구리가 아닌 알루미늄을 베이스로 사용하고 있다. 이는 연장된 케이블 길이에 대한 우수한 전도성과 가벼운 무게 때문입니다. 알루미늄 합금은 대형 유리판의 상당한 무게를 견딜 수 있는 강력한 프레임을 제공하기 위해 건설에도 사용됩니다. 건축가는 공항과 고층 건물에서 이러한 특성을 광범위하게 사용합니다.

현장 가구

대부분의 현장 가구(벤치, 쓰레기통, 자전거 거치대 등)는 제자리에 고정되어 있지만 이동식 볼라드는 차량 접근을 방지하기 위해 제자리에 놓거나 허용하기 위해 제거할 수 있는 교통 안내 장치입니다. 알루미늄은 금속의 가벼움으로 인해 제거 가능한 볼라드 애플리케이션에 자주 사용됩니다. 행사 직원이 자리를 옮기거나 옮기는 것이 훨씬 쉽습니다.

음식 및 음료

통조림 식품과 음료는 알루미늄이 지배적인 또 다른 시장입니다. 알루미늄 캔은 빠르게 냉각되고 인쇄 가능성이 높은 표면을 제공합니다. 높은 수준의 재활용성은 또한 알루미늄을 이 산업에 매력적으로 만듭니다. 또한 산소, 빛 및 기타 오염 물질로부터 보호하기 때문에 내부에 밀봉된 내용물의 풍미와 무결성을 보호합니다.

기기 및 기술

가전 ​​제품도 알루미늄의 특성을 활용했습니다. 열적 특성으로 인해 냉장 응용 분야에 이상적이며, 가벼운 무게로 인해 기기를 쉽게 이동하고 운반할 수 있습니다. "브러싱 처리된 알루미늄" 마감재의 개발로 고급 시장을 위한 매우 미적인 제품을 만들 수 있습니다. 기술 회사인 Apple은 단일 알루미늄 블록으로 만들어진 알루미늄 노트북을 만드는 데 앞장서 왔습니다. 평면 스크린 TV는 또한 알루미늄의 가벼운 특성으로부터 이점을 얻습니다. 이에 상응하는 강철 제품은 너무 무거워 벽에 걸 수 없습니다.

자동차

자동차 제조업체는 차량의 탄소 발자국을 줄이기 위해 더 많은 압력을 받고 있습니다. 경량 알루미늄 프레임, 차체 패널 및 엔진은 연비를 개선하여 이러한 원인을 돕습니다. 자동차 알루미늄 스크랩의 거의 90%가 재활용을 위해 수집되기 때문에 다른 환경적 이점도 있습니다.

알루미늄 재활용

대부분의 알루미늄은 재활용할 수 있습니다. 음료수 캔과 자동차 부품은 자재가 효과적으로 수거되고 재활용되는 집수량이 많은 산업입니다. 사용한 알루미늄은 수거된 후 처리 시설로 옮겨져 등급별로 분류되어 세척됩니다. 그런 다음 금속을 녹여 코팅, 잉크 및 기타 불순물을 제거합니다. 이 단계에서 합금은 필요에 따라 추가될 수 있으며 그 후에 잉곳으로 주조됩니다. 이러한 잉곳은 주조에 사용되는 주조 공장에 공급되거나 추가 처리를 위해 다른 제조업체로 이동할 수 있습니다. 재활용 알루미늄은 빠르면 6주 안에 새 제품으로 시장에 반환될 수 있습니다.

알루미늄 청소 및 유지보수

대부분의 알루미늄 제품은 일반 물이나 순한 비누 또는 세제를 사용하여 깨끗하게 유지할 수 있습니다. 얼룩이 잘 지워지지 않는 경우 테레빈유를 사용하거나 부식되지 않는 화학 세제를 사용할 수 있습니다. 더 강력한 세척력을 위해 왁스 기반 광택제, 연마 왁스 또는 연마 클리너를 사용할 수 있습니다. 알루미늄 제품은 세척 후 건조하여 줄무늬가 생기지 않도록 하는 것이 중요하며, 가장자리와 접합부에서 세척 잔여물을 제거해야 합니다.

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