铝的综合作用
化学先生 / 2019-05-17
19世纪中期的一天，法国皇帝拿破仑三世，就是曾威震欧洲的波拿巴拿破仑的外期，在言廷中举行了一次盛大的宴会。宴席上，在各位客人的面前，都摆上了精致的银制餐具，在明晃晃的烛光辉映下，这些银器发射出银色的光芒。可是，离皇上近的客人们都注意到了:皇上面前摆的银色餐具却没有光泽。客人们动起来，商窗私语。拿破仓三世见状告诉大家:这套餐具是用一种新金属铝制成的，由于它的价值远远超过金银，所以非常抱激，今天不能让客人们都用上它。“啊，铝!”听说过的和未听说过的客人都兴奋起来了。据说宴会的高潮是客人们举起自己的银杯一一与皇上的铝杯碰杯，以稍稍满足自己对铝的欲望。
铝是地壳中含量很多的金属，占到地壳总重量的7.45％，比铁几乎多1倍。在100多年前，为何会如此贵重呢?
因为它的性质很活泼，它与氧结合紧密，赖在矿石中死活也不肯出来，提炼它非常困难。为把这活泼的铝从矿石中拽出来，人们做过许多努力。
1827年，乌勒兴致勃物地就提炼铝的问题，去哥本哈根拜访奥斯特。尽管奥斯特告诉他不打算继续搞这项试验了，乌勒仍兴致盎然，一返回德国就立即全力以赴，終于在这一年年底时用钾还原无水氯化铝获得了少量灰色粉末状的铝。乌勒坚持将实验进行下去，在18年后的1845年，他终于提炼出了一块致密的铝块来。
但是，乌勒制取铝的方法不可能应用于大量生产。这样制得的铝产量极少，价格昂贵，正如前面所述，用铝做成的餐具仅能供皇帝享用。作为至尊至贵的皇帝，竟然不能满足客人使用铝制管具的要求，这使拿破仑三世深为遗。他找来了法国化学家德维尔:“先生，您是否能找到一种大量制取铝的方法，可使我的每位客人面前都能摆上铝餐具。甚至能使我的卫兵戴上铝头盔呢？
拿破仓三世按给德维尔大量经费。终于，德维尔不负所托，1854年在乌勒实验基础上用钠代替钾还原出了金属铝，开始了铝的工业生产。1855年，在巴察举行的世界博览会上，有一小块铝放置在最珍贵的珠宝旁边，它的标签上注明着“来自黏土的白银。”它就是德维尔的成果。德维尔的纯铝为法国皇帝带来了极大的荣耀，拿破仑三世骄做地宣告:“我们法国人是发现铝的捷足先登者!”德维尔却不愿掠人之美，他亲手用铝转造了一校纪念章，上面刻着乌勒的名字、头像和“1827”这个年份，作为礼物郑重地赠给他的德国同行和先驱。两人由此成了亲密的朋友。
人称“德维尔的银子”的铝在巴黎世界博览会上的展出，意味着铝已迈入了世界市场的大门。
1914年，第一次世界大战正在法国北部激烈地进行。一天拂晓，在前线的英法联军发现德国的齐柏林飞艇部队旋风般地掠过天空。飞艇巨大的身躯就像怪物一样压在人们心头，战场上顿时一片惊恐。联军司令部要求高炮部队不惜任何代价也要击落德军齐柏林飞艇。因为它的出现向英国和法国人提出了一系列间题:为什么齐柏林飞艇能带那么多炸弹?又能飞得那么高、那么远?制造这种飞艇用的金属材料究竟是什么?终于一架飞艇被击落，使科学家获得了宝贵的第一手材料。飞艇的秘密终于揭开了。制飞艇的金属材料是铝的合金一一杜拉铝。它是德国格廷根大学沃拉教授的助手阿·威廉于1907年5月在一次偶然的机会中发现的产物。其构架是一种添加了4％的铜及少量镁、锰的铝合金，经高温溶火，时效硬化处理后而成的一种硬铝，后在杜拉实现了工业化，故命名为杜拉铝。
20世纪初杜拉铝的诞生，为崭露头角初试锋芒的航空工业带来了蓬勃生机。铝以压倒群芳的优势一举摘取了飞行材料霸主的桂冠。1912年当德国科学家雷斯涅尔设计了世界第一架铝飞机后，各国的军用飞机相继采用此种材料。以德国霍克战斗机和多次深入奥、匈帝国建立奇功的加勃罗列加菱炸机以及日本的零式战斗机和曾在广岛、长崎上空投原子弹的B-29美制远程菱炸机为代表的机种，在设计、制造和取材上都无愧是第一二次世界大战中铝制材料飞机的校俊者。特别是日本的零式战斗机所使用的超硬(EXSD)，强度可达60-75千克/平方毫米。其制铝技艺之精。至今也堪称一绝，与后来英法合制的超音速协和式飞机相比也毫无逊色。
随着飞机工业的发展，铝工业形成空前局面。铝产量由1916年9个国家的13万吨增到1943年19个国家的195万吨。1952年更达到203万吨超过二战时最高产量。
丰富的铝材，促进了航空技术的发展，又使传统的铝合金在阻滞飞速跃升的音障和热障的挑战面前力不胜任。为此，一批新的高强度合金、高劳性能合金，高刚度合金、时热合金和低比重合金等铝材料相继应运而生，其综合性能可与钛合金相媲美。如铝合金，以其卓越的较低密度较高的比刚度和比强度等性能，使飞机减重10％-20％，同时为高超音速航天飞机能像飞机一样从跑道起飞并达到轨道速度的设想，在材料上提供了希望。
由于铝合金成本低、工艺性能好故仍不失为结构材料中呼声较高的现代飞机最佳材料。目前一架现代化的超音速飞机，铝合金的重量要占总重量的70％左右。以超过两倍音速飞行的“协和式”客机，用铝材料达20一吨。1970年6月美国研制的B-1战略菱炸机用铝为112吨。
在航天飞行器中铝合金也得到广泛应用。我国的第一颗人造地球卫星东方红”1号的外完就是铝合金制成的。美国“阿波罗”11号宇宙飞船使“阿波罗”11号登月用的金属材料中，铝合金占75％;航天飞机的骨架桁条和蒙皮能壁绝大部分也都用铝合金作结构材料。无怪于人们把铝称作“飞行金属”。
在铝合金材料得到“空中骄子”美的同时。有“陆地全”之称的组克也格外钟情于它。50年代。英国进行的有关均质装甲材料D54S和E74S与IT80装甲钢的防护性能的实验表明:在相同面密度的情况下、对弹破片的防护能力铝装甲优于钢甲。弾れ直径的增大。入射角在30°～45°范围之外，铝装甲防护的优越性就更为突出。而且铝合金具有强、硬、切等特点与同等防护力的钢装甲相比重量可减少60％以上。铝可以紧密结合。能减少车体结构的胞区。在铝板的近表层加铸钢条的装甲制造工艺，还可使穿甲弹命中时发生方向偏转能有效地对付长杆滑炮弹对组克的攻击。
在70年代中期，随着英国耗资600万英研制出钢、铝、陶瓷复合而成的乔巴姆装甲后，铝装甲已由装甲输送车发展到轻型坦克、步兵战车和中型主战坦克。美国的M2型步兵战车，英国的F-10型蜗式轻型坦克和“勇士”式中型主战坦克都是其中的使使者。我国早在60年代中即开始了铝装甲材料的研制，一种新型的5210铝装甲已在部分战车上使用。
铝除了被用于防护装甲外，为了节约能耗，减轻重量，提高速度，增加载重，坦克内的许多重要部件都相继出现“铝化”的趋势。以英国“式”坦克为例，其平衡肘连杆底座、车盘、转向节、引导轮、负重轮、炮塔座圈、烟幕发射器、弹药架和贮藏舱等均为铝合金制品，重量较钢结构的可减轻一半以上。
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