L’alluminio è un elemento chimico della tavola periodica degli elementi e con numero atomico 13. Il suo simbolo è Al ed è identificato dal numero CAS.7429-90-5
Si tratta di un metallo duttile color argento. L’alluminio si estrae principalmente dai minerali di bauxite ed è notevole la sua morbidezza, la sua leggerezza e la sua resistenza all’ossidazione, dovuta alla formazione di un sottilissimo strato di ossido che impedisce all’ossigeno di corrodere il metallo sottostante. L’alluminio grezzo viene lavorato tramite diversi processi di produzione industriale, quali ad esempio la fusione, l’estrusione, la forgiatura o lo stampaggio.
L’alluminio viene usato in molte industrie per la fabbricazione di milioni di prodotti diversi ed è molto importante per l’economia mondiale. Componenti strutturali fatti in alluminio sono vitali per l’industria aerospaziale e molto importanti in altri campi dei trasporti e delle costruzioni nei quali leggerezza, durata e resistenza sono necessarie.
Caratteristiche
L’alluminio è un metallo leggero ma resistente. La sua densità è di 2,71 g/cm³, a cui corrisponde un peso specifico di circa un terzo dell’acciaio e del rame.
Altre proprietà salienti dell’alluminio sono:
• eccellente resistenza alla corrosione e durata; il suo aspetto grigio argento è dovuto ad un sottile strato di ossidazione (detto “film di passivazione”) che si forma rapidamente quando è esposto all’aria e che previene la corrosione[3] bloccando il passaggio dell’ossigeno verso l’alluminio sottostante;
• alta conducibilità termica ed elettrica (circa due terzi di quella del rame);
• paramagnetico;
• eccellente malleabilità e duttilità, grazie alle quali può essere lavorato facilmente; è il secondo metallo per malleabilità e sesto per duttilità;
• elevata plasticità;
• basso potere radiante;
• non genera scintille per sfregamento;
• saldabilità: molte leghe di alluminio sono saldabili con normali tecniche MIG, TIG e saldo brasatura, altre, in particolare quelle contenenti rame, non sono saldabili. In ogni caso il processo di saldatura deve essere effettuato con l’uso di gas inerti o paste, che producono gas ionizzanti, per evitare la formazione di allumina.
• superficie dei particolari trattabile con ossidazione anodica o protettiva (passivazione chimica e aumento della durezza superficiale, che può superare in 50 HRC) o estetica (elettrocolorazione).
Leghe di alluminio
Pochi elementi in natura si prestano a formare un numero così elevato di leghe come l’alluminio. Per migliorare le caratteristiche 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.
Ad esempio l’ossido di alluminio (Al2O3) o corindone (i cristalli trasparenti della migliore qualità sono più conosciuti come zaffiri e rubini), è la sostanza naturale più dura dopo il diamante, con durezza relativa 9 nella scala di Mohs. Per quanto riguarda le leghe metalliche formate dall’alluminio, le peculiarità in comune per tutte sono:
• Bassa temperatura di fusione (compresa tra i 510 ed i 650 °C)[5]
• Basso peso specifico, compreso tra 2,66 e 2,85 g/cm³
• Elevatissima conducibilità elettrica e termica
• Contenuto di alluminio maggiore del 70%.
Gran parte degli elementi metallici sono solubili nell’alluminio, tuttavia rame (Cu), silicio (Si), magnesio (Mg), zinco (Zn), manganese (Mn), nichel (Ni) sono i leganti utilizzati per l’alluminio a costituire le leghe madri; accanto ad essi si possono impiegare elementi che migliorano alcuni aspetti prestazionali delle leghe, conosciuti come correttivi. Si trovano aggiunte, per scopi particolari, piccole percentuali di titanio, zirconio, cromo, bismuto, piombo, cadmio, scandio, litio, berillio ed anche stagno e ferro, quest’ultimo peraltro sempre presente come impurezza.
Quando gli elementi sopra menzionati vengono aggiunti all’alluminio di base da soli si hanno leghe binarie, quando aggiunti a due a due o a tre a tre si hanno rispettivamente leghe ternarie o leghe quaternarie. Ogni elemento possiede il suo particolare effetto, per esempio:
• Silicio: migliora la colabilità e riduce il coefficiente di dilatazione; nelle leghe ipereutettiche (Si>12%) conferisce alla lega un certo potere autolubrificante.
• Magnesio: aumenta la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino e in mare; aumenta il grado di incrudimento e di conseguenza le caratteristiche meccaniche conferibili al materiale per deformazione a freddo.
• Manganese: aumenta la resistenza meccanica e alla corrosione anche se in maniera più contenuta del magnesio; è elemento fondamentale per ridurre la formazione di precipitati ferrosi aghiformi (noti come “punte di spillo”).
• Rame: accresce la resistenza meccanica, soprattutto a caldo, la resilienza e la resistenza a fatica; rende non saldabile la lega.
• Zinco: soprattutto se associato al magnesio, conferisce un’elevata resistenza meccanica, migliora la temprabilità delle leghe (con Zn>4% e Cu<1% si ottengono leghe autotempranti), ma riduce la resilienza e l’elasticità del materiale.
• Nichel: accresce la resistenza meccanica a caldo.
Inoltre, essendo un materiale atossico, viene utilizzato nei processi di preparazione e conservazione dell’industria alimentare.
È un materiale riciclabile con costi contenuti, e lo si può riciclare infinite volte.