Materiaalina alumiini tunnistettiin noin 160 vuotta sitten, mutta hopeanhohtoinen uusi metalli saatiin erotettua kunnolla ensimmäisen kerran vasta vuonna 1886, kun suurin piirtein yhtä aikaa eri puolilla maapalloa yhdysvaltalainen Charles Martin Hall ja ranskalainen Toussaint Héroult liuottivat alumiinioksidia kryoliitista. Varsinaista metallista alumiinia he tuottivat oksidista elektrolyysin avulla. Sama prosessi on vielä nykyäänkin käytössä ja se tunnetaan Hall-Heroultin prosessina.
Alumiinia valmistetaan nykyään enemmän kuin kaikkia muita ei-rautametalleja yhteensä. Joskus alkuaikoinaan se oli arvostetumpaa metallia kuin kulta ja sitä saattoikin löytää ylimystön koruista ja esimerkiksi pöytäkoristeista. Vuoden 1888 ja 1890 välisenä aikana alumiinin hinta romahti täydellisesti, kun Itävaltalainen Karl Bayer keksi tavan, jolla alumiinia voitiin valmistaa bauksiittisavesta. Tämän jälkeen alumiinin laajamittainen teollinen tuotanto oli mahdollista.
Pääsyy alumiinin myöhäiseen valjastamiseen on se, että alumiini ei esiinny luonnossa oikeastaan ikinä metallisessa muodossa, vaan sitoutuneena erilaisiin väliaineisiin, kuten eri kivilajeihin, saveen, muihin maa-aineksiin sekä myös kasvillisuuteen. Alumiinipitoisia suoloja ja rohtoja on käytetty jo antiikin ajoista lähtien - ja käytetään edelleen.
-- Tuotanto --
Alumiini ei tule lisääntyvästä käytöstä huolimatta ihan lähiaikoina loppumaan - tuskin koskaan - sillä se on maapallon yleisin metalli ja kolmanneksi yleisin alkuaine. Suurimmat tuottajamaat ovat tällä hetkellä Kiina (45%), Venäjä, Kanada ja USA. Euroopassa tuotetaan noin 9 % kaikesta alumiinista. USA:n osuus maailman alumiinituotannosta on suhteellisesti vähentynyt, kun taas Kiinan tuotanto lähti 2000-luvun alussa räjähdysmäiseen kasvuun. Vuonna 1888 alumiinin maailmanlaajuinen tuotanto oli yksi kokonainen kilogramma. Tällä hetkellä alumiinin tuotanto hipoo 50 000 000 000 kilogrammaa vuodessa. Se on aika paljon se.
-- Ominaisuuksista --
Alumiini on erinomainen materiaali moneen sovellukseen, mutta sen valmistettavuus on vielä joiltakin osin haastavaa ja käyttökokemukset puutteellisia. Alumiinilla on ominaisuuksia joita ei vielä täysin ymmärretä - hyvä esimerkki tästä on alumiinin väsyminen dynaamisessa kuormituksessa, jota on jokseenkin haastavaa ennustaa nykyisillä käytössä olevilla menetelmillä. Ei voi kuitenkaan sanoa, että väsymiskestävyyden ennustaminen teräksilläkään helppoa olisi. Alumiiniseosten hitsausta on myös pidetty perinteisesti hieman haastavampana kuin terästen. Sitä se joiltain osin tietysti onkin, koska esimerkiksi alumiinin väri ei muutu edes sulamispisteen jälkeen, ja kolme kertaa korkeammassa lämpötilassa sulava, reilusti tiheydeltään perusmateriaalia suurempi, oksidikalvo haittaa hitsaamista. Nykyisiin hitsauslaitteistoihin on tehty kuitenkin keksintöjä ja parannuksia, jotka helpottavat alumiinin hitsausta. Nykyisillä hitsauskoneilla alumiinin onnistunut hitsaaminen ei siis ole mitenkään ylitsepääsemättömän haastavaa.
Alumiini on metalli siinä missä muutkin, mutta siinä yhdistyvä ominaisuuksien kokonaisuus on joissakin sovelluksissa ylivertainen muihin metalleihin tai metalliseoksiin verrattuna. Alumiinin tärkeimpiä ominaisuuksia ovat:
Muokattavuus - alumiini on erittäin sitkeää ja sillä on matala sulamislämpötila. Muun muassa nämä ominaisuudet mahdollistavat alumiinituotteiden hyvin monimuotoisen ja yksityiskohtaisen jalostuksen lähelle lopputuotetta jo tehtaalla, esimerkiksi pursottamalla tai valamalla. Myös koneistus, taivutus, venytys ja muu muovaus onnistuvat yleisimpiin alumiinilaatuihin vaivattomasti.
Keveys - alumiinin tiheys on noin 2,7 g/cm³ eli kolmannes teräksen tiheydestä. Alumiinista ei tosin kannata valmistaa esimerkiksi teräksen kanssa samanlaisella profiililla olevia kantavia rakenteita, koska alumiinin kimmokerroin on myös noin kolmannes teräksen vastaavasta - rakenteista tulisi yhtä jäykkinä siis vain massiivisempia. Profiilit on tästä syystä suunniteltava erikseen ja optimoitava niiden jäykkyys. Alumiinilla voidaan kuitenkin korvata teräksen käyttö monissa kohteissa esimerkiksi ajoneuvo- ja kuljetusteollisuudessa. Siellä säästetään suoraan esimerkiksi polttoainekustannuksissa sekä epäsuoraan kuormakapasiteetin kasvun kautta.
Lujuus - alumiinin lujuus voidaan valita käyttökohteeseen sopivaksi erilaisista seostetuista laaduista, muokkauslujittamisen asteella ja/tai lämpökäsittelyllä. Täysin puhtaan alumiinin myötölujuus on vain 10-20 N/mm², teollisesti puhtaiden laatujen noin 60 - 100 N/mm² (99,5...99,9 % alumiinia). Kuitenkin sopivalla seostuksella ja/tai muokkauslujittamisella alumiinista saadaan yhtä lujaa kuin jotkin teräslaadut ovat. Lujimmillaan nykyiset alumiinilaadut ovat luokkaa 600 N/mm². Alumiini ei menetä myöskään iskusitkeysominaisuuksiaan lämpötilan laskiessa, joten sen käyttö esimerkiksi nesteytettyjen kaasujen kuljetussäiliöissä on ollut merkittävää.
Kestävyys korroosiota vastaan - erittäin ohut oksidikalvo, joka muodostuu ilman hapen vaikutuksesta alumiinin pintaan, suojaa sitä hyvin korroosiolta. Jotkin seokset sopivat jopa meriolosuhteisiin, jossa tiedetään olevan varsin aggressiivinen ympäristö. Jos luontainen suoja ei riitä, voidaan alumiini anodisoida (keinotekoinen oksidikalvon paksuntaminen), maalata tai lakata paremman korroosiosuojan saavuttamiseksi.
Täysin hajuton ja mauton - folio on erittäin hyvä esimerkki alumiinin ainutlaatuisista ominaisuuksista. Vaikka folio tehtäisiin vain 0,007mm paksuksi, se ei päästä läpi valoa, ilmaa, hajuja eikä makua. Lisäksi alumiini ei itsessään ole terveydelle vaarallista eikä aiheuta elintarvikkeisiin mitään sivumakuja. Edellä mainituista syistä alumiinia käytetään erittäin paljon elintarvike- ja lääketeollisuuden pakkauksissa.
Heijastavuus - alumiini heijastaa tehokkaasti valoa ja lämpöä. Nämä ominaisuudet yhdistettynä keveyteen tekevät siitä hyvän materiaalin esimerkiksi pelastushuopien pinnoitteeksi ja valojen heijastuspinnoiksi.
Kierrätettävyys - alumiini on ruostumattoman teräksen tavoin täydellisesti kierrätettävissä ja kierrätys onkin alumiinin kohdalla erittäin tärkeää. Romu muodostaa alumiinin valmistukselle niin sanotun sekundaarikaivoksen. Romusta sulattamalla energiaa kuluu vain noin 5% siitä määrästä, joka kuluu, kun alumiini valmistetaan esimerkiksi bauksiitista. Myös kierrätyshäviö on erittäin pieni, vain noin 3 %.
Kaipa tuossa Jules Vernen lausahduksessa on jotain perää, vaikka vuonna 1865 alumiini ei kovin yleisessä käytössä vielä ollutkaan...
“This valuable metal possesses the whiteness of silver, the indestructibility of gold, the tenacity of iron, the fusibility of copper, the lightness of glass. It is easily wrought, is very widely distributed, forming the base of most rocks, is three times lighter than iron, and seems to have been created for express purpose of furnishing us with the material for our projectile.”
Jules Vernes, “From the Earth to the Moon”, 1865.
Lähteet:
[1] Budd G., Resources and Production of Aluminium. 1999. Birmingham. European Aluminium Association. Saatavissa: http://www.alueurope.eu/talat/lectures/1101.pdf (viitattu 29.7.2013)
[2] D.A.CH Alliance for Aluminium. 2013. Rakenna tulevaisuutta varten - Rakenna alumiinista.
[3] Havas T., Hultin S., Hiitelä E., Matilainen J. & Parviainen M., 2010. Ohutlevytuotteiden suunnittelijan käsikirja. Helsinki. Teknologiainfo Teknova Oy.
[4] Lukkari J., Alumiinit ja niiden hitsaus. 2001, Helsinki: Metalliteollisuuden keskusliitto, MET
[5] Pohjus, J., 2012. Alumiini 125 vuotta - nuorukainen uransa alkutaipaleella. Hitsaustekniikka. 62. (6/2012), 2.
[6] Tampereen Teknillinen Yliopisto. 2005. Ei-rautametallit. Saatavissa: http://www.ims.tut.fi/vmv/2005/vmv_4_2_1.php (viitattu 29.7.2013).
[7] Teknologiateollisuus. 2013. Alumiinituotteet. Saatavissa: http://www.teknologiateollisuus.fi/fi/ryhmat-ja-yhdistykset/alumiinituotteet.html (viitattu 29.7.2013).
