鋁錠，又叫重熔用鋁錠，是工業(yè)上的原料鋁，外觀呈銀白色，其熔點因鋁的純度不同而不同，99.996%高純鋁的熔點測定值為660.4℃，當鋁的純度為99.99%時，一般熔點會下降1～2℃；沸點2467℃，工業(yè)純鋁中雜質(zhì)硅和鐵的質(zhì)量分數(shù)決定了鋁的密度，一般的工業(yè)純鋁密度為2.70~2.71g/cm3。鋁錠按成分不同分為重熔用鋁錠、高純鋁錠和鋁合金錠三種，按形狀和尺寸又可為線坯、圓錠、扁錠、T形錠等。
鋁錠進入工業(yè)應(yīng)用后分為兩大類，鑄造鋁合金和變形鋁合金。使用重熔用精鋁錠時應(yīng)將產(chǎn)品充分預熱后加入熔爐中（因其表面有收縮孔，孔內(nèi)有水分，充分預熱可以防止精鋁錠遇高溫熔體發(fā)生爆炸）。鑄造鋁合金主要用于制造航空航天、交通運輸、船舶、電子等裝備的高性能、高精度、低成本的復雜薄壁精密鑄件。變形鋁合金可加工成板、帶、條、箔、管、棒、型、線、自由鍛件、模鍛件等。被廣泛用于各種承力結(jié)構(gòu)件的制造，航天航空飛行器制造等，如內(nèi)燃機的各種管道、導風輪、壓氣機葉輪、油箱、活塞、鐵路客車、飛機的行李架、飛機制造梁、隔框、操縱滑輪、窗框、燈具，各種裝飾材料等。
定義與分類
我們?nèi)粘９I(yè)上的原料鋁叫鋁錠，按國家標準應(yīng)叫“重熔用鋁錠”，金屬鋁采用電解方法生產(chǎn)出來以后，一般均將鋁液鑄造成鋁錠，即商品鋁錠，以供用戶重新熔化后進行各種方式的深加工，制成各種鋁制品。
按成分分
鋁錠按成分不同分為重熔用鋁錠、高純鋁錠和鋁合金錠三種。
重熔用鋁錠：重熔用鋁錠的化學成分如下表所示。
高純鋁錠：高純鋁錠的化學成分如下表所示。
鋁合金錠：鋁合金錠是以純鋁及回收鋁為原料，依照國際標準或特殊要求添加其他元素，如硅（Si）、銅（Cu）、鎂（Mg）、鐵（Fe）等，以改善純鋁在鑄造性、化學性及物理性方面的不足而調(diào)配出來合金錠。
按形狀和尺寸分
按形狀和尺寸又可為線坯、圓錠、扁錠、T形錠等
按應(yīng)用和加工工藝分
鑄造鋁合金：一般來說，鑄造鋁合金中所含元素的量要高一些（例如Al-Si合金的硅含量為4.5%～13%），并具有較多的共晶體，有較好的鑄造性能，但可塑性低，不宜進行壓力加工。
變形鋁合金：強度和塑性一般較高，可通過鍛造、滾軋、鑲壓、擠壓等方法給鋁合金施加外力，即壓力加工法，使其產(chǎn)生變形而成為各種不同形狀、尺寸、性能的材料或制品。根據(jù)化學成分和熱處理特點的不同，變形鋁合金分為不可熱處理強化的鋁合金和可熱處理強化的鋁合金，具體分類和代號如下：
工業(yè)純鋁——代號為1×××，
Al—Cu系列——代號為2×××，
Al—Mn系列——代號為3×××，
Al—Si系列——代號為4×××，
Al—Mg系列——代號為5×××，
Al- Mg-Si系列一一代號為6×××，
Al-Zn-Mg系列——代號為7×××，
Al-Fe 系列——代號為8×××。
不可熱處理強化的鋁合金不能用滾火和時效的熱處理方法使其強化，它們只能通過冷加工硬化的壓力加工方法來提高機械強度。這類鋁合金主要有工業(yè)純鋁和防銹鋁。可熱處理強化的鋁合金采用火和時效的方法能夠顯著提高其機械強度。這類鋁合金主要有鍛鋁、硬鋁、超硬鋁、特殊鋁。
常見鋁錠
（1）重熔用鋁錠：15kg，20kg，700kg（≤99.80%Al）；
（2）T形鋁錠：500kg，1000kg（≤99.80% Al）；
（3）高純鋁錠：10kg，15kg（99.90%～99.999%Al）；
（4）鋁合金錠：10kg，15kg（Al-Si，Al-Ca，Al-Mg等)；
物理特性
鋁錠具有銀白色的金屬光澤。其主要物理特性如下：
應(yīng)用領(lǐng)域
鋁錠進入工業(yè)應(yīng)用后分為兩大類，鑄造鋁合金和變形鋁合金。
鑄造鋁合金應(yīng)用
鑄造鋁合金主要用于制造航空航天、交通運輸、船舶、電子等裝備高性能、高精度、低成本的復雜薄壁精密鑄件。
Al-Si系合金：Al-Si系鑄造合金的耐蝕性和焊接性良好，流動性優(yōu)良，且隨著Si含量的增加其流動性也會相應(yīng)增加，但鑄件易產(chǎn)生縮孔缺陷。主要用來制備大型薄壁復雜的鑄件。
Al-Cu系合金：Al-Cu系鑄造合金具有優(yōu)異的切削性，熱處理后的材料的力學性能有較為顯著的提高，特別是伸長率較高，但耐蝕性相對較差。對合金進行人工時效處理能改善力學性能，可用來制備高強度要求的鑄件。
Al-Si-Cu系合金：該體系合金是在Al-Cu系合金的基礎(chǔ)上加入Si，也可在Al-Si系合金中加入Cu，可有效改善合金的力學性能和切削性能，熱處理可進一步提高性能。該體系合金的耐壓性和流動性好于Al-Cu系合金。其優(yōu)異的切削性和焊接性，較少的鑄造缺陷，使其廣泛應(yīng)用于制備機械零件。
Al-Si-Mg系合金：在Al-Si系鑄造合金中加入一定量的Mg，可以在保留AI-Si系合金特性的基礎(chǔ)上改善其切削性和力學性能。Mg的添加可以使合金的鑄造性能優(yōu)異，耐蝕性、力學性能、耐震性等得到提高。該體系合金中的某些牌號也是導電性最好的鑄造鋁合金材料。
Al-Si-Cu-Mg系合金：在Al-Cu-Mg-Ni系鑄造合金中加入Si可改善合金的耐磨性和鑄造成形性，降低合金的線膨脹系數(shù)，這類合金常用在發(fā)動機活塞中，所以也稱其為活塞鋁合金。
超級鋁硅合金：該合金是日本輕金屬公司針對活塞的需求而研制的，合金中Si的質(zhì)量分數(shù)范圍為15%～23%。此合金的鑄造性能較好，可采用變質(zhì)處理得到細小均勻的初晶硅。
Al-Mg-Zn系合金：該體系合金具有很好的強韌性，對應(yīng)力腐蝕的耐受程度也較好，一般采用T6處理進一步提高鑄件的強度。
優(yōu)質(zhì)合金：也被一些國家稱為高質(zhì)量鑄造鋁合金，是指雜質(zhì)含量控制在0.15%以下的優(yōu)質(zhì)合金。這種合金的強度和韌性優(yōu)異，可制備出高品質(zhì)的鋁合金鑄件。
變形鋁合金的應(yīng)用
根據(jù)應(yīng)用需求，變形鋁合金可加工成板、帶、條、箔、管、棒、型、線、自由鍛件、模鍛件等，其中2xxx系（Al-Cu系）、5xxx系（AI-Mg系）、6xxx系（Al-硅Mg系）和7xxx系（Al-鋅Mg-Cu系）變形鋁合金被廣泛用于各種承力結(jié)構(gòu)件的制造。其中，2xxx系和7xxx系鋁合金在航空航天飛行器制造中被大量使用。
防銹鋁合金：是AI-Mn系和A-Mg系鋁合金兩類。常用的防銹鋁合金有3A21、5A02、5A03、5A05、5A11等。防銹鋁合金在航空、汽車、鐵路運輸?shù)裙I(yè)行業(yè)應(yīng)用較多，特別是Al-Mg系鋁合金由于耐震、耐疲勞、拋光性好，很適宜用于內(nèi)燃機的各種管道、油箱，鐵路客車、飛機的行李架、窗框、燈具，以及各種裝飾材料。
普通硬鋁合金：是Al-銅Mg系鋁合金，它是能熱處理強化的鋁合金中應(yīng)用最廣泛的一種，2B16、2A20硬鋁合金有很好的塑性，常常用來制造鉚釘。2A11硬鋁合金為標準硬鋁合金，既有相當高的硬度又有足夠的塑性，經(jīng)過350～420℃的退火處理后，可進行冷鍛成形加工，時效熱處理后又可大大提高其強度。因此，2A11硬鋁合金在飛機制造業(yè)中被廣泛用于制造梁、隔框、操縱滑輪等。
Al-Mg-Si-Cu系鍛鋁合金：主要是用鍛造方法來生產(chǎn)形狀比較復雜的零件。這類鋁合金具有良好的鍛造成形工藝性能，在室溫下有較高的強度，其含Cu量比硬鋁合金要低，不會形成脆性的AI2Cu。在鐵路上常用2A50制造內(nèi)燃機車的導風輪和壓氣機葉輪等。
Al-Cu-Mg-Fe-Ni系鍛鋁合金：主要是2A70、2A80、2A90鍛鋁合金，這類鍛鋁合金是含有Fe、Ni的耐熱鍛鋁合金；這類鍛鋁合金的工作溫度可達370℃。鐵路上常用2A70鍛鋁合金制造內(nèi)燃機車的活塞套和活塞裙，用2A80來制造活塞和活塞套等。
生產(chǎn)過程
鋁產(chǎn)業(yè)鏈主要由鋁礬土開采、氧化鋁生產(chǎn)、鋁電解和鋁加工這四個環(huán)節(jié)構(gòu)成，從上游的鋁土礦開采開始，中游將鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁再熔鹽電解生產(chǎn)鋁，下游將電解鋁進行加工處理為鋁錠。其中鋁電解和鋁加工是與鋁錠生產(chǎn)息息相關(guān)的。
鋁電解
工業(yè)鋁的生產(chǎn)主要通過電解的方法生產(chǎn)，普通鋁錠一般采用霍爾-埃魯鋁電解法，重熔用精鋁錠一般采用三層液電解法。
霍爾－埃魯鋁電解法：工業(yè)上生產(chǎn)原鋁是在鋁電解槽中進行，煉鋁的方法采用霍爾-埃魯鋁電解法，該法將Al2O3溶解在一種主要含有冰晶石電解質(zhì)中進行電解生產(chǎn)鋁。電解質(zhì)中還添加氟化鋁、氟化鈣等添加物，用來改善電解質(zhì)的性質(zhì)。總反應(yīng)式可寫成下式：
1/2Al2O3（dis）+3/4CAl（l）+3/4CO2（g）
三層液電解法：三層液電解法精鋁生產(chǎn)的原料為普通電解鋁（99.5%以上）即可。根據(jù)情況，用合格的液態(tài)鋁或普通重熔鋁錠均可。從普鋁電解槽抽出的原鋁液需經(jīng)靜置去除原鋁液中的電解質(zhì)和各種夾雜后，直接加入到精煉電解槽內(nèi)進行精煉提純。
鋁加工
典型的鋁錠的鑄造工藝流程為：出鋁一計量一配料一裝爐一扒渣—澆鑄—鋁錠一成品一檢查一成品計量一入庫。
重熔用鋁錠的連續(xù)鑄造：連續(xù)鑄造可分為混合爐澆鑄和外鑄兩種方式，主要用于生產(chǎn)重熔用鋁錠和鑄造合金錠。混合爐澆鑄，鋁液經(jīng)流槽流入鑄模中，用鐵鏟將鋁液表面的氧化膜除去，鋁液流滿一模后，將流槽移向下一個鑄模，鑄錠機是連續(xù)向前運行，鑄模依次向前，鋁液逐漸冷卻，到達鑄造機中部時鋁液已經(jīng)凝固成鋁錠，由打印機打上熔煉號。外鑄是由抬包直接向鏈式鑄錠機澆鑄，主要是在鑄造設(shè)備不能滿足生產(chǎn)，或來料質(zhì)量太差不能直接入爐的情況下使用。外鑄由于無外加熱源，所以要求抬包具有一定的溫度，一般夏季在690~740℃，冬季在700~760℃，以保證鋁錠獲得較好的外觀。
扁錠和圓錠的豎式半連續(xù)鑄造：豎式半連續(xù)鑄造主要用于板錠、圓錠等各種變形合金的生產(chǎn)。鋁液經(jīng)配料后倒入混合爐，根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)的需要加入合金。豎式半連續(xù)鑄造是順序結(jié)晶，鋁液進入鑄孔后，開始在底盤上及結(jié)晶器內(nèi)壁上結(jié)晶，由于中心與邊部冷卻條件不同，因此結(jié)晶形成中間低，周邊高的形式。底盤以不變速度下降，同時上部不斷注入鋁液，這樣在固體鋁與液體鋁之間有一個半凝固區(qū)。由于鋁液在冷凝時要收縮，加上結(jié)晶器內(nèi)壁有一層潤滑油，隨著底盤的下降，凝固的鋁退出結(jié)晶器。順序結(jié)晶可以建立比較滿意的凝固條件，對于結(jié)晶的粒度，力學性能和電導率都較有利。此種鑄錠其高度方向上沒有力學性能上的差別，偏析也較小，冷卻速度較快，可以獲得很細的結(jié)晶組織。
發(fā)現(xiàn)歷史
1825年，丹麥科學家漢斯·奧斯特（Hans Christian Oersted）發(fā)表了一篇文章，宣稱他提煉出一塊金屬，其顏色和光澤有點像錫。現(xiàn)在看來，他所得到的是一種不純的金屬鋁。因刊登文章的雜志不出名，奧斯特又忙于自己的電磁現(xiàn)象研究，這個實驗就被忽視了。
1827年，德國年輕的化學家弗里德里希·維勒（F.Wohler），首次提煉出金屬鋁。他將熱的碳酸鉀與沸騰的明礬溶液作用，將所得到的氫氧化鋁經(jīng)過洗滌和干燥以后，加熱并通入干燥的氯，得到氯化鋁。然后將少量金屬鉀和過量的無水氯化鋁置于鉑堝，加熱待反應(yīng)完成，冷卻入水得金屬鋁。
1850年，克萊爾（HenriSalnte-Claire）和德維爾（Deville）等人用金屬鈉代替鉀作還原劑，成功地制得成鑄塊的金屬鋁。但由于鈉價格昂貴，用鈉作還原劑生產(chǎn)的鋁成本比黃金還貴得多。德維爾實現(xiàn)了鋁的工業(yè)化生產(chǎn)，盡管價格不菲，但他還是鑄造了一枚鋁質(zhì)紀念勛章，上面鑄上維勒的名字頭像和“1827”的字樣，以紀念維勒對鋁的制備的歷史功績。
1885年美國Cowle兄弟首次用電解法生產(chǎn)出含銅和鐵的鋁合金，從此拉開了電解鋁產(chǎn)業(yè)的帷幕。
1886年美國的霍爾（Charles Martin Hall）和法國艾魯（Paul L.T.Héroult）特發(fā)明了在氟化鋁和熔融冰晶石體系中電解生產(chǎn)鋁的方法，并申請了專利，這是當今電解鋁技術(shù)的鼻祖。
第二次世界大戰(zhàn)后，壓延和擠壓機械的出現(xiàn)，奠定了鋁工業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，為以后鋁工業(yè)的飛速發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。
相關(guān)標準
1、國家標準（GB1196-88）對鋁錠的外觀質(zhì)量和包裝方法也作了規(guī)定。
2、國家標準（GB8179—87）對高純鋁的外觀進行了規(guī)定。
3、國家標準（GB/T3190—2008）中，共收錄國際牌號鋁合金牌號159個；共收錄四位字符牌號鋁合金牌號114個。
4、國家標準（GB/T 8733—2007）規(guī)定了鑄造鋁合金錠的化學成分、鑄造鋁合金國內(nèi)外牌號及代號對照。
參考資料 >