Alluminio - Alumium

L’alluminio e il suo utilizzo
Pochi lo sanno, ma l’alluminio è uno degli elementi più diffusi sulla terra, per l’esattezza il terzo elemento dopo l’ossigeno e il silicio. Già gli antichi greci lo usavano lavorando la Alunite, solfato riscontrabile in natura, come legante per i colori.

 

Alumen – Sale Amaro

La forma e colorazione della lavorazione dell’Alunite richiamano un pò i cristalli di sale e pertanto fu chiamato ALUMEN (SALE AMARO) da cui successivamente ALUMINIUM e in italiano ALLUMINIO.

 

Pur tuttavia l’alluminio non si trova in forma libera ma è rinvenibile sotto forma di composto nei minerali quali la bauxite, la criolite e la leucite da cui viene estratto con un processo laborioso.

 

Questo è il motivo per cui tale elemento viene usato da soli 150 anni ed è definito un materiale “giovane”.

 

Ma grazie alla sua diffusione, alla sua versatilità e alla quasi totale riciclabilità è divenuto uno degli elementi più utilizzato in molteplici settori.

L’alluminio ha un peso specifico pari a circa un terzo di quello dell’acciaio, o del rame; è malleabile, duttile e può essere lavorato facilmente; ha una eccellente resistenza alla corrosione e durata. Inoltre non è magnetico, non fa scintille, ed è il secondo metallo per malleabilità e sesto per duttilità.

 

Proprio per le sue caratteristiche l’alluminio e le sue leghe, può esser lavorato in molti modi: fusione, forgiatura, stampaggio ecc.

L’alluminio è l’elemento chimico numero atomico 13 e il suo simbolo nella tavola periodica è AL. Il reticolo cristallino è di tipo cubico a facce centrate (C F C).

Si presenta con aspetto grigio argento per il fatto di ossidarsi velocissimamente a contatto con l’aria formando un leggerissimo strato che ne previene la corrosione.

Le leghe a base d’alluminio sono anche note come leghe leggere in virtù del loro peso specifico. Gli elementi che generalmente compaiono in queste leghe da soli o insieme sono rame, magnesio, silicio formando così leghe d’alluminio-rame, alluminio-silicio, alluminio-magnesio ma anche alluminio-rame-silicio o alluminio-zinco (generalmente usata nell’industria aeronautica).

Le principali caratteristiche dell’alluminio sono:

 

  • Leggerezza (peso specifico 2,7 Kg/dm3)
  • Ottima resistenza alla corrosione atmosferica
  • Ottima lavorabilità (struttura CFC)
  • Scarse proprietà meccaniche
  • attiva saldabilità
  • Buona conducibilità elettrica e termica
  • Pratica inutilizzabilità alle alte temperature (punto di fusione 660°C)

Data la bassa densità (2,7 Kg/dm3) è il metallo di impiego strutturale più leggero dopo il magnesio (1,7 Kg/dm3) anche se non possiede particolari doti di rigidezza: da qui la necessità di legarlo con altri metalli quali zinco, rame, nichel, magnesio, silicio.

 

Fondamentale fu la scoperta (1907) che alcune leghe, sottoposte a un trattamento termico a 500° C seguito da tempra e invecchiamento, presentavano valori di durezza notevolmente piu’ alti.

Un’ opportuna scelta dei parametri di temperature e tempi di permanenza consente di ottenere, per ogni lega, una combinazione ottimale di proprieta’ meccaniche e di resistenza alla corrosione, tanto che i trattamenti termici risultano un passaggio imprescindibile nell’elaborazione delle leghe dell’alluminio.

 
 
Caratteristica importante dell’alluminio, è l’ottima resistenza alla corrosione atmosferica: nonostante il valore fortemente negativo del suo potenziale standard, si ricopre spontaneamente di uno strato passivante sottilissimo e molto aderente di Al2O3 per reazione con l’ossigeno atmosferico.

 

C’è poi da ricordare che è ottimamente lavorabile anche se presenta una cattiva saldabilità. Questo è dovuto al fatto che il sottile strato di ossido, sempre presente sulla sua superficie, è refrattario (fonde a 2000°C) ed ha densità superiore al metallo: per tali motivi si usano particolari procedimenti di saldatura.

 

L’alluminio è dotato inoltre di buona conducibilità sia termica che elettrica. Viene usato infatti per la fabbricazione di conduttori elettrici ove la leggerezza sia una necessità, poiché la sua conducibilità è circa il 60% di quella del rame; la forte differenza fra le densità fa sì che, a parità di conduttanza, i cavi d’alluminio pesino circa la metà di quelli di rame. Ecco perché la quasi totalità dei collegamenti elettrici negli aerei viene realizzata in alluminio.

 

Sfruttando quindi le qualità dell’alluminio e aumentandone le proprietà meccaniche con alliganti quali il rame, il silicio, il magnesio, il manganese, il nichel, lo zinco, ecc. si possono ottenere delle leghe leggere il cui impiego come materiali da costruzione, soprattutto nel campo aeronautico, è notevolissimo.

 

Le leghe d’alluminio possono essere classificate in relazione al procedimento tecnologico produttivo in leghe da lavorazione plastica ed in leghe da fonderia.

Le caratteristiche principali sono:

 

Quasi ottima duttilità (molto più dell’acciaio)

  • Elevata conduttività termica ed elettrica (come il ferro)
  • Resistenza agli agenti atmosferici (viene usato anche per la costruzione navale e aerospaziale)
  • Buona capacità di fusione
  • Altamente riciclabile (praticamente quasi al 100%)

Magnesio

Pochi elementi in natura si prestano a costituire un numero così elevato di leghe come l’alluminio. Per migliorare lecaratteristiche 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.

 

Rame (Cu), silicio (Si), magnesio (Mg), zinco (Zn), manganese (Mn) sono i leganti utilizzati per l’alluminio a costituire le leghe madri.

 

Ognuno di questi elementi produce un definito effetto alla lega secondaria, a titolo esemplificativo:

Silicio: migliora la colabilità e riduce il coefficiente di dilatazione

Magnesio: aumenta la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino e in mare, per questo è molto usato in ambito navale, ma ha anche la proprietà di esser più leggero e quindi usato spesso nell’automotive anche se di difficile trattamento nelle fonderie a causa della sua alta infiammabilità (dipende dalle percentuali utilizzati rispetto alla lega madre).

Manganese: aumenta la resistenza meccanica e alla corrosione

Rame: accresce la resistenza meccanica, soprattutto a caldo

Zinco: soprattutto se associato al magnesio, conferisce un’elevata resistenza meccanica.

CLASSIFICAZIONE

Il sistema più usato che è quello elaborato dalla Aluminium Association (A.A.) un organismo costituito dai fabbricanti di alluminio e sue leghe.

Il simbolo base della nomenclatura è costituito da un gruppo di quattro/cinque indici numerici consecutivi, il primo dei quali individua le famiglie di materiali secondo lo schema seguente:

1xxxx

Alluminio (99% minimo)

2xxxx

Leghe al rame

3xxxx

Leghe al manganese

4xxxx

Leghe al silicio

5xxx

Leghe al magnesio

6xxxx

Leghe al magnesio-silicio

7xxxx

Leghe allo zinco

8xxxx

Leghe contenenti altri elementi; leghe Al-Li

9xxxx

Leghe particolari

Il secondo indice definisce le eventuali varianti della lega originaria, alla quale è riservato l’indice 0.

Le ultime due cifre, infine, indicano, nella serie 1xxx, il grado di purezza dell’alluminio (ad esempio 1050 è un alluminio 99,50%); in tutte le altre serie non hanno altro significato se non quello di individuare le singole leghe all’interno del gruppo.