铝合金是怎样发明的?
20世纪初,德国科学家维尔姆接受了一项任务,部队要他寻找一种比钢铁轻但和钢铁一样坚固的材料,来制造飞艇、飞机。
维尔姆认为密度比钢铁小的铝最合适。“怎么能让铝硬起来呢?”维尔姆想,“合金钢那么硬,能不能像炼合金钢那样炼出一种铝合金呢?”
他按照这个思路进行实验起来。他把不同的金属掺入铝中,可是都失败了,但他毫不气馁。
一天,他把少量的铜和镁加入铝中,用锤子一敲打,“哎,怎么这次敲打不碎昵?是力不够吗?”他又用力一敲,“嗬!还真的敲不碎呢!”
实验证明它的硬度是铝的3倍!“怎么来提高它的强度呢?”
他又把烧红的铝放在水中进行淬火,经过反复实验,维尔姆终于找到了最佳的热处理方法。
这样,这种含有少量的铜和镁的铝合金,经过淬火,就成了比钢铁轻却与钢铁一样坚固的材料。
铝合金包含很多种不同的类型,很难说哪种铝合金具体由谁发明的。
最早的铝合金通常认为是1906年由德国的冶金专家威尔姆发明,他在铝中加入少量的镁和铜,制成了硬度极高的铝合金,此后该专利被德国公司杜拉收购。经过一百年的发展,铝合金的工艺有了长足发展,今天已经得到了广泛应用。
坚硬的铝终于诞生了!维尔姆对新材料——铝合金的强度做了估测,证实它的强度比铝高3-5倍。可是,用它制造武器还是不行。
“可不可以再提高它的强度呢?”维尔姆立即想到了淬火,因为淬火可以提高钢铁的硬度。维尔姆将铝合金放在炭火中烧。熊熊的火焰将铝合金烧得通红。他将铝合金夹出,很快地浸入水中。顿时,在“咝咝咝”的响声中,烟雾弥漫。维尔姆对淬火后的铝合金的强度进行估测,果然强度又提高了许多。
为了以后实验的开展,维尔姆暂时放下手头的淬火工作,又进行含铜和镁的铝合金的炼制工作。待炼得一定数量铝合金后,为慎重起见,维尔姆对原先淬火过的铝合金的强度又进行估测。他惊奇地发现,铝合金的强度又提高了1倍。两次测定的结果为什么相差甚远?难道是测量仪器坏了吗?维尔姆对测量仪器仔细地检查一遍,没有发现什么异常现象。维尔姆想:是不是时间老人在捣鬼呢?
经过试验,证实了他的推测:这种铝合金在放置一段时间后,它的强度会逐渐提高。由此,维尔姆也找到了一种最佳热处理方法。这种含少量铜和镁的铝合金,经过淬火,成了比钢铁轻但却与钢铁一样坚固的材料。
1915年美国铝业发明2017合金,1933年发明2024合金,使铝在航空器中的应用得以迅速扩大。
1933年美国铝业发明6061合金,随即创造了挤压机淬火工艺,显著扩大了挤压型材应用范围。
1943年美国铝业发明了6063合金及7075合金,开创了高强度铝合金的新纪元。
1965年美国铝业又发明了A356铸造铝合金,这是经典铸造铝合金。
随着对铝合金材料方面的研究深入,高强铝合金以其优异的综合性能在商用飞机上的使用量已经达到其结构质量的80%以上,因此得到全球航空工业界的普遍重视。铝合金开始逐渐应用于生活、科技方面。
目前工业生产原铝的唯一方法是霍尔-埃鲁铝电解法。由美国的霍尔和法国的埃鲁于1886年发明。霍尔-埃鲁铝电解法是以氧化铝为原料、冰晶石(Na3AlF6)为熔剂组成的电解质,在950-970℃的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分解为铝和氧,铝在碳阴极以液相形式析出,氧在碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸出。每生产一吨原铝,可产生1.5吨的二氧化碳,综合耗电在15000kwh左右。工业铝电解槽大体上可以分为侧插阳极自焙槽、上插阳极自焙槽和预焙阳极槽三类。由于自焙槽技术在电解过程中电耗高、并且不利于对环境的保护,所以自焙槽技术正在被逐渐淘汰。目前全球原铝年产量约为2800万吨,我国的原铝年产量约为700万吨。必要时可以对电解得到的原铝进行精炼得到高纯铝。