“綠樹(shù)陰濃夏日長(zhǎng)”，夏天的綠，與以往任何時(shí)候都不同，她綠得徹底，綠得妖嬈，綠得芬芳。春綠略顯稚嫩，秋綠盡顯蒼老。唯夏綠，才綠得燦然，綠得自在，綠得飽滿。在這綿長(zhǎng)的夏日里，有色金屬領(lǐng)域一場(chǎng)以“鋁”為主題的綠色材料展示即將上演。
鋁，以其自身在使用過(guò)程中的循環(huán)利用性能，被世人稱之為“綠色材料”。
從1888年世界第一個(gè)鋁制茶壺問(wèn)世到2013年6月13日“神十”吻“天宮”，120多年的風(fēng)雨滄桑，120多年的銀色輝煌。應(yīng)該說(shuō)，鋁的工業(yè)化生產(chǎn)改變了人類歷史的進(jìn)程。正是有了鋁，人類的生活有了銀色質(zhì)感;正是有了鋁，人類實(shí)現(xiàn)了遨游太空的夢(mèng)想。
生活之“鋁”
21世紀(jì)，隨著全球經(jīng)濟(jì)及工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題超越了地域和國(guó)界的局限，成為全球性挑戰(zhàn)，因此，如何實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是世界各國(guó)面臨的重要問(wèn)題。因?yàn)榄h(huán)境問(wèn)題不僅僅影響著我們自身所處的地域和鄰近地區(qū)，同時(shí)也廣泛影響著我們的未來(lái)，我們的子孫后代。而在生活中大量地使用鋁，可在一定程度上減少碳排放，緩解環(huán)境惡化。
以鋁箔為例，鋁箔作為廣泛應(yīng)用并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的材料，能更好地推進(jìn)可持續(xù)性消費(fèi)和生產(chǎn)。鋁箔作為功能多樣、可行可靠，利于可持續(xù)發(fā)展的高品質(zhì)材料，正在為全社會(huì)共同創(chuàng)造美好未來(lái)提供更多的便捷?？梢哉f(shuō)，鋁箔已經(jīng)深入人類的生活，與人們的日常起居息息相關(guān)。
鋁箔，俗稱“錫紙”，是經(jīng)軋壓機(jī)用鋁扁錠擠壓出來(lái)的一種鋁壓延材，厚度介乎0.001mm~0.2mm之間，初期錫紙確實(shí)以錫制成，但因錫紙質(zhì)地較鋁箔硬，錫味且會(huì)留存于食物，加上錫紙熔點(diǎn)較低，不適合燒烤或烘焙食品，限制了它在食品包裝的應(yīng)用。
鋁箔最常見(jiàn)應(yīng)用在食品包裝領(lǐng)域，它是柔軟的金屬薄膜，具有防潮耐腐、氣密遮光、保香、無(wú)毒無(wú)味，能長(zhǎng)久保鮮食物等優(yōu)點(diǎn)，以鋁箔包裝牛油可使牛油的保質(zhì)期比錫箔延長(zhǎng)2~3個(gè)月，一般食品包裝袋里的鋁箔厚度僅僅為6.5微米，薄薄鋁層具備防水、保持食物鮮味、防菌和防外界污染功能，因此備受食品包裝商的青睞。
在食品和飲料中，采用鋁箔包裝，節(jié)省了大量的資源，所節(jié)約的資源數(shù)量高于生產(chǎn)鋁箔能耗。不同的生命周期評(píng)價(jià)(LCAs)顯示，在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)，鋁箔包裝對(duì)環(huán)境的影響不及生產(chǎn)、流通和消費(fèi)整個(gè)過(guò)程對(duì)環(huán)境影響的10%。而且，鋁箔的使用壽命很長(zhǎng)，此類包裝對(duì)光線、異味和氣體都有很好的阻隔效應(yīng)，可以有效地阻隔光線和氧氣，保護(hù)對(duì)身體重要的維生素。更為重要的是，鋁箔可以在非冷藏狀態(tài)下保護(hù)飲品的固有品質(zhì)，保護(hù)飲品質(zhì)量，因此大大節(jié)省了供應(yīng)鏈中的能源消耗。另外，由于鋁箔具有極好的延展性，采用鋁箔包裝的食品可以有很多花樣可供選用。比如，用三角形鋁箔包裝的巧克力，上面帶有精美的圖案和容易打開(kāi)的撕拉條。眾多精彩，更多便捷。
除了食品以外，鋁箔另一不可忽視的應(yīng)用領(lǐng)域是醫(yī)藥包裝，主要體現(xiàn)在泡罩包裝，這是目前西藥膠囊最主要的包裝方式。泡罩包裝具有防潮、攜帶方便、安全衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)，可有效保護(hù)對(duì)環(huán)境比較敏感的藥品。
不僅如此，鋁還有很強(qiáng)的熱傳導(dǎo)性，能夠承受溫度的極度變化，在寒風(fēng)凜冽和極端炎熱的環(huán)境條件下，鋁不會(huì)變形、熔化或斷裂。因此，鋁可以應(yīng)用于制冷設(shè)備及電線電纜行業(yè)。以空調(diào)為例，之前，空調(diào)生產(chǎn)普遍使用銅管。近年來(lái)，隨著銅價(jià)高升，鋁代銅的呼聲越來(lái)越高。那么，空調(diào)業(yè)以鋁代銅是否可行呢?
所謂空調(diào)業(yè)以鋁代銅，是指在空調(diào)翅片管束式換熱器和微通道換熱器方面以鋁代銅。從空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)成本來(lái)看，如果空調(diào)企業(yè)采用鋁制換熱器，能為整機(jī)制造節(jié)省成本40～50元，這在當(dāng)今利潤(rùn)微薄的空調(diào)產(chǎn)業(yè)絕對(duì)是難擋的誘惑。從性能方面分析，翅片管束式鋁管換熱器采用素鋁箔或親水鋁箔制造，結(jié)構(gòu)形式與銅管換熱器基本相同，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)測(cè)試，鋁制換熱器的性能完全可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。和制造業(yè)所有新的嘗試一樣，鋁制換熱器也要經(jīng)受時(shí)間的考驗(yàn)，必須通過(guò)對(duì)批量產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間跟蹤，才能最終證明鋁制換熱器的可靠性和穩(wěn)定性。
據(jù)了解，微通道全鋁換熱器在汽車空調(diào)生產(chǎn)領(lǐng)域早已得到廣泛應(yīng)用，各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展非常成熟，可以被視為家用空調(diào)換熱器鋁代銅理想、可靠、徹底的解決方案。微通道換熱器基本結(jié)構(gòu)形式為多通路鋁扁管、波紋形翅片(開(kāi)若干百葉窗)，整體焊接，與傳統(tǒng)的翅片式結(jié)構(gòu)完全不同，現(xiàn)有空調(diào)兩器生產(chǎn)設(shè)備完全用不上，開(kāi)展生產(chǎn)，設(shè)備投入相當(dāng)大。但微通道換熱器的優(yōu)點(diǎn)也非常鮮明，具備外形緊湊、換熱效率高、重量輕、可靠性高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)的翅片式冷凝器相比，微通道換熱器相同換熱量下體積減少35%，重量減輕25%，空氣側(cè)流阻平均降低20%，再加上微通道換熱器容積小，可平均降低制冷劑充注量30%。由此可見(jiàn)，在制冷行業(yè)鋁代銅是可行的。
除了上述領(lǐng)域以外，在人們的日常生活中，鋁的身影同樣無(wú)處不在。因鋁有明亮的金屬光澤，可以做成門(mén)窗;因鋁的延展性，它能適應(yīng)所有的印刷技術(shù)，可以讓設(shè)計(jì)師充分發(fā)揮想像力，設(shè)計(jì)美妙絕倫的圖案和品牌標(biāo)志等等。
飛馳之“鋁”
鐵路是世界各國(guó)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大動(dòng)脈，而提高列車速度是鐵路賴以生存和適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的有效途徑之一，在特大城市與大城市建設(shè)軌道交通網(wǎng)絡(luò)是解決市中心人口集中度大與交通擁堵的最佳措施。建設(shè)高速鐵路網(wǎng)可拉動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
鐵路的發(fā)展需要更多的軌道車輛。軌道車輛包括城市間鐵路客貨運(yùn)車輛，城市地鐵與高架鐵路車輛、磁懸浮車輛。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，高鐵車輛車身都是用鋁制造的。城市軌道車輛的34%是用鋁制造的，磁懸浮車輛不論速度高低都必須用鋁制造，鐵路運(yùn)煤及礦石的車輛也可以用鋁制造。
2012年11月30日，中國(guó)首列速度200km/h的和諧號(hào)CRH6型全鋁合金城際動(dòng)車組在中國(guó)南車集團(tuán)四方機(jī)車車輛股份有限公司下線，標(biāo)志著中國(guó)鋁合金軌道車輛家族又添新丁，該車型的鋁材(板、管、棒、型、線、鍛件等)及鋁制品(鑄件、壓鑄件、空調(diào)系統(tǒng)零部件等)的采購(gòu)質(zhì)量約11噸，其中大鋁型材約占52%。
CRH6型列車在節(jié)能環(huán)保方面具有突出的性能，不僅車體、車向架及動(dòng)力設(shè)備和車體附件等嚴(yán)格采用輕量化設(shè)計(jì)，凡是可用鋁合金制造的都用上了鋁，而且再生制動(dòng)效率高，再生制動(dòng)能量回饋電網(wǎng)，人均百公里能耗比同速度等級(jí)在線運(yùn)營(yíng)動(dòng)車組的低44%，這都得益于鋁的采用與精湛的設(shè)計(jì)。
回顧高鐵發(fā)展史，1964年10月1日，日本建成了世界上第一條高速鐵路——東海道新干線，其后相繼建成了山陽(yáng)、東北、上越、北陸、山形、秋田等新干線，形成了2325km的高速鐵路網(wǎng)。日本從1962年開(kāi)始研發(fā)高鐵鋁制車輛，1963年批量生產(chǎn)，是研制與生產(chǎn)高鐵鋁制車輛的先驅(qū)，自此以后全世界的高鐵車輛全都用鋁制造。由此可見(jiàn)，高鐵具有的一系列的優(yōu)點(diǎn)與鋁車輛的采用是密不可分的，可以說(shuō)沒(méi)有鋁就沒(méi)有風(fēng)馳電掣的高速列車。
鋁因其質(zhì)輕的特性，在應(yīng)用于鐵路運(yùn)輸中，其能耗僅為飛機(jī)的18%。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)鐵路能耗占交通運(yùn)輸行業(yè)能耗的9%，卻完成行業(yè)32%運(yùn)輸量，高鐵的節(jié)能優(yōu)勢(shì)就更為明顯。目前，我國(guó)速度350km/h的高鐵的能耗不到6kWh/(100km)，是大客車的50%，飛機(jī)的18%，在陸路運(yùn)輸中是最節(jié)能的。值得注意的是，高速鐵路使用全鋁車體，降低了列車自身質(zhì)量，這是高鐵實(shí)現(xiàn)低耗的關(guān)鍵因素之一。
鋁在列車運(yùn)輸領(lǐng)域的優(yōu)秀性能還不僅僅是在低耗方面，同樣，鋁還為列車提供了舒適安全的必要保障。得益于鋁制車輛先進(jìn)的氣密性，測(cè)試結(jié)果顯示，列車在最高速度行駛時(shí)，高鐵車廂內(nèi)仍可以保持平穩(wěn)，小桌板上放置的水杯仍穩(wěn)穩(wěn)地站立著，僅僅在列車起動(dòng)的瞬間，杯中的水輕微地晃動(dòng)一下。在2010年12月3日京滬高鐵的試驗(yàn)沖刺中，列車速度達(dá)到486.1km/h，乘客都不會(huì)出現(xiàn)明顯不適的耳鳴、頭暈等。在此應(yīng)特別指出的是，自1964年至今的49年中，全球的高鐵發(fā)生的事故上千次，可就是沒(méi)有一次是因?yàn)殇X材本身問(wèn)題引發(fā)的。鋁材的優(yōu)秀性能對(duì)保證高鐵的安全運(yùn)營(yíng)起了至關(guān)重要的作用。
在磁懸浮列車領(lǐng)域，鋁更是無(wú)處不在。磁懸浮列車是利用電磁力將車浮起來(lái)，然后再用電磁力作為牽引拉著列車走，不與鋼軌接觸，不會(huì)產(chǎn)生摩擦噪聲。高速磁懸浮列車的速度大于100km/h，中低速的小于100km/h，不管是哪一種，它們的車輛都必須是全鋁的。所謂全鋁的，就是凡是可用鋁合金制造的一切零部件與構(gòu)件都是鋁質(zhì)的，也就是說(shuō)全部鋁化了。一輛磁懸浮車輛的鋁材采購(gòu)量約11.5t，其中80%左右為鋁合金擠壓型材，其余的20%左右為板材、箔材、線材與鍛件等。
除此之外，鋁在城市地鐵及高架線路(輕軌)領(lǐng)域同樣有優(yōu)異表現(xiàn)。地鐵、輕軌車輛的最大特點(diǎn)是啟停頻繁，要求車輛質(zhì)量盡可能輕些，以減少慣力，便于快速啟停與降低電力消耗。當(dāng)前，輕軌與地鐵車輛的鋁化率為28%~36%，其余的是用碳鋼或不銹鋼制造的，大致各占50%。2010年中國(guó)城市軌道車輛的用鋁量約18kt，2015年的可達(dá)25kt,2020年可增至50kt。除地鐵車輛可用鋁合金制造外，地鐵導(dǎo)電軌也是用鋁合金制造的。在輕軌線路與臺(tái)站建設(shè)中也需用一些鋁材。
在貨運(yùn)列車領(lǐng)域，鋁合金貨運(yùn)列車因其自身減重，可以大幅度地提高運(yùn)輸效率。鋁有更高的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)與中國(guó)現(xiàn)有的高強(qiáng)度耐候鋼相比，鋁合金車廂更容易實(shí)現(xiàn)輕量化，從而增加載重，提高運(yùn)輸效率。按照美國(guó)制造的鋁合金運(yùn)煤車的統(tǒng)計(jì)，在同等強(qiáng)度條件下，鋁合金車自重約比鋼車輕20%，而中國(guó)C80鋁合金運(yùn)煤車比C63A型鋼車輕4.2噸，比C62B型鋼車輕4噸。在車輛總重不變的情況下，可顯著提高車輛的有效載重，也可減少機(jī)車與車輛保有量。同時(shí)，鋁合金煤車比鋼制的具有更強(qiáng)的抗腐蝕性能，可減少對(duì)其維護(hù)與修整，尤其是在運(yùn)輸硫含量高的煤炭時(shí)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)尤為突出;同時(shí)鋁的表面光滑，有助于卸車。因此，鋁材成為設(shè)計(jì)煤車與其他礦產(chǎn)品一種有競(jìng)爭(zhēng)力的材料。
航空之“鋁”
2013年6月11日17時(shí)37分59秒，神舟十號(hào)飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空，經(jīng)過(guò)15天的太空遨游，6月26日，在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)順利“回家”。在神舟“吻”天宮的過(guò)程中，鋁可謂功不可沒(méi)。
鋁及鋁合金因其密度小、強(qiáng)度適中、易加工成形、航蝕性強(qiáng)，資源豐富、可回收性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，從人類首次實(shí)現(xiàn)升空的“飛行者1號(hào)”(Wright Flyer1)起就與航空航天器結(jié)下了不解之緣，甚至可以說(shuō)，無(wú)鋁不成航空航天器，從1903年起至今，再至可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，凡是升空上天的飛行器沒(méi)有一個(gè)不用鋁的。
1903年12月17日，是一個(gè)載入航空發(fā)展史冊(cè)的日子，甚至可以說(shuō)是應(yīng)該載入人類發(fā)展史冊(cè)的日子，在美國(guó)北卡羅來(lái)納州吉蒂霍克村海濱的一處空曠空地上，萊特兄弟(Wright)先后4次駕駛他們經(jīng)過(guò)4年苦心制造的“飛行者1號(hào)”飛上藍(lán)天。 “飛行者1號(hào)”發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體(engine block)是用匹茲堡冶金公司(Pittsburgh Reduction Compang，1907年改名為美國(guó)鋁業(yè)公司Aluminum Compang of America)生產(chǎn)的含92%鋁及約8%銅的硬鋁合金(hard aluminum Allog)鑄造的，使鋁在飛行器的應(yīng)用上開(kāi)了先河。鋁終于作為“有翼的金屬”飛上藍(lán)天。
時(shí)至今日，據(jù)業(yè)內(nèi)專家估計(jì)，從1909年萊特公司制造飛機(jī)開(kāi)始至2012年的104年間，全世界制造的飛機(jī)應(yīng)在100萬(wàn)架以上，這些飛機(jī)所使用的零件98%以上是鋁制零部件，凈質(zhì)量占整個(gè)飛機(jī)凈質(zhì)量的72%以上。
鋁工業(yè)及鋁合金的發(fā)展是與航空航天事業(yè)的發(fā)展相輔相成、相互促進(jìn)的。航空航天工業(yè)的發(fā)展不斷地要求鋁工業(yè)提供一代又一代綜合性能更加優(yōu)秀的鋁合金，反之新一代航空鋁合金的誕生，又促進(jìn)了新一代飛機(jī)的問(wèn)世，代間周期約10年或更長(zhǎng)一些。
目前在航天領(lǐng)域主要應(yīng)用的是鋁-鋰合金，鋁-鋰合金是近十幾年來(lái)航空金屬材料中發(fā)展最為迅速的一個(gè)領(lǐng)域。鋰是世界上最輕的金屬元素。把鋰作為合金元素加到金屬鋁中，就形成了鋁-鋰合金。加入鋰之后，可以降低合金的比重，增加剛度，同時(shí)仍然保持較高的強(qiáng)度、較好的抗腐蝕性和抗疲勞性以及適宜的延展性。因?yàn)檫@些特性，這種新型合金受到了航空、航天以及航海業(yè)的廣泛關(guān)注。
1983年，在巴黎國(guó)際航空博覽會(huì)上，世界上兩家最大的鋁合金生產(chǎn)企業(yè)——英國(guó)阿爾康鋁業(yè)公司和美國(guó)阿爾考鋁業(yè)公司，同時(shí)宣布研制成功新的革命性材料——鋁-鋰合金。軍事領(lǐng)域應(yīng)用鋁-鋰合金主要為飛機(jī)和航空航天設(shè)備的減重而研制的，因此也主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，還應(yīng)用于軍械和核反應(yīng)堆用材，坦克穿甲彈，魚(yú)雷和其它兵器結(jié)構(gòu)件方面，此外在汽車、機(jī)器人等領(lǐng)域也有充分運(yùn)用。目前，鋁-鋰合金已經(jīng)在軍用飛機(jī)、民用客機(jī)和直升飛機(jī)上使用或試用，主要用于機(jī)身框架、襟翼翼肋，垂直安定面、整流罩、進(jìn)氣道唇口、艙門(mén)、燃油箱等等。
在航天飛行器領(lǐng)域，質(zhì)量的減輕可增加有效載荷，因此，由于鋁-鋰合金密度低、性能好的特點(diǎn)，在很多航天飛行器中都采用鋁-鋰合金結(jié)構(gòu)。美國(guó)洛克希德導(dǎo)彈和空間公司(LMSC)制造的飛行器使用低密度、中等強(qiáng)度和高剛度的材料，因此大量采用鋁-鋰合金產(chǎn)品。
特別值得注意的是，我國(guó)研制并發(fā)射的神舟系列飛船的部分零部件就是鋁合金制成的，鋁在我國(guó)及世界的太空探索旅程中，一直都發(fā)揮著重要作用。
