Alumini vs altres metalls: comparació de conductivitat, pes, resistència i corrosió

Com es compara l'alumini amb les propietats físiques bàsiques

L'alumini es troba a l'extrem lleuger dels metalls d'enginyeria. La seva densitat de 2,70 g/cm³ és aproximadament un terç de la del coure i l'acer, la seva conductivitat tèrmica d'aproximadament 235 W/m·K és la segona només després del coure entre els metalls estructurals comuns, i la seva pel·lícula d'òxid natural la manté estable en la majoria d'ambients sense cap recobriment afegit. El que no ofereix és una resistència absoluta o una capacitat d'alta-temperatura: l'alumini pur es fon a uns 660 graus i el seu mòdul elàstic d'uns 69 GPa és aproximadament un terç del de l'acer, de manera que la rigidesa ha de provenir de la geometria.

Alumini versus acer: inoxidable, carboni i ferro colat

Contra l'acer inoxidable 304, l'alumini condueix la calor unes quinze vegades més ràpid i pesa aproximadament un terç, per això s'hi construeixen paelles, dissipadors de calor i bobines de climatització. L'acer inoxidable respon amb duresa, resistència al desgast i una superfície que no reacciona amb ingredients àcids, i manté una resistència útil a temperatures on l'alumini ja ha perdut la major part de la seva capacitat de càrrega. L'acer al carboni és encara més barat i més rígid i és més fàcil de soldar, de manera que transporta marcs, recipients a pressió i estructures pesades, mentre que l'alumini competeix allà on val la pena pagar el pes. El ferro colat torna a comportar-se de manera diferent: la seva gran capacitat calorífica i la seva baixa conductivitat permeten emmagatzemar i alliberar calor de manera constant, cosa que s'adapta a la cocció i la cocció lenta, mentre que l'alumini respon ràpidament i distribueix la calor de manera uniforme.

S'ha d'evitar el contacte directe d'alumini-a-acer en un ambient humit i càlid, perquè la corrosió galvànica ataca l'alumini tret que els dos metalls estiguin separats per un aïllant.

Alumini versus coure i titani

El coure segueix sent el conductor de referència al 100 per cent de IACS, mentre que els graus elèctrics d'alumini arriben al voltant del 61 per cent, de manera que un cable de la mateixa resistència necessita aproximadament un 60 per cent més d'àrea de secció transversal-però encara pesa aproximadament la meitat. És per això que les línies de transmissió, les barres colectores i els grans cables d'alimentació solen ser d'alumini, mentre que el coure domina els petits bobinatges, els contactes i els connectors de precisió. El treball d'enginyeria es troba a les terminacions, perquè l'alumini forma un òxid aïllant en pocs minuts d'exposició, de manera que les juntes depenen de l'abrasió durant l'estrenyiment, un compost inhibidor d'òxids-i connectors classificats per a conductors d'alumini.

El titani és aproximadament dos terços més pesat que l'alumini i diverses vegades més car, però és molt més fort i tolera temperatures més altes i clorurs agressius. L'alumini guanya clarament en conductivitat, amb més de deu vegades la conductivitat tèrmica del titani, i en fabricabilitat. Per tant, el disseny aeroespacial utilitza titani en accessoris calents o amb molta càrrega i on una part s'uneix a un compost de fibra de carboni-i alumini per a pells, marcs, barres i dipòsits de combustible.

Estris de cuina, carrosseries de vehicles i selecció de material

A les estris de cuina, els dos metalls resolen problemes oposats: el ferro colat emmagatzema calor i l'allibera lentament, mentre que l'alumini reacciona gairebé immediatament a un canvi en el cremador i distribueix la calor de manera uniforme. El ferro colat assaonat ofereix una superfície natural-antiadherent, mentre que els estris de cuina d'alumini solen estar anoditzats o recoberts per limitar la reacció entre el metall nu i els aliments àcids. Moltes paelles professionals combinen un cos d'alumini amb una superfície de contacte d'acer inoxidable per obtenir tots dos comportaments alhora.

Les carrosseries dels cotxes mostren el mateix equilibri a escala industrial. L'acer continua sent el predeterminat perquè és barat, conformable, fàcil de soldar i fàcil de reparar, i perquè les estructures de xoc depenen de la seva rigidesa i del seu comportament de tensió. L'alumini s'utilitza on la reducció de massa es compensa, sobretot els tancaments i la carrosseria-en-blanc dels vehicles elèctrics, on cada quilogram estalviat amplia l'autonomia; aquestes estructures necessiten reblons auto-perforants, adhesius estructurals, cargols de perforació-de flux i elements de fixació aïllats en lloc de soldadura per punts.

Preguntes freqüents

P: Alumini o acer inoxidable per a eines de cuina?
L'alumini s'escalfa més ràpid i és més lleuger, però s'abolla fàcilment i reacciona amb els aliments àcids, mentre que l'acer inoxidable és més pesat i necessita menys cura, per això moltes eines combinen un nucli d'alumini amb una superfície de contacte inoxidable.

P: Per què triar l'alumini sobre el coure per al cablejat?
Els graus dels conductors d'alumini arriben al voltant del 61% de IACS, de manera que un cable necessita aproximadament un 60% més d'àrea de secció transversal-per a la mateixa resistència, però pesa aproximadament la meitat.

P: Com es compara l'alumini amb el titani?
El titani és aproximadament dos terços més pesat i diverses vegades més car, però considerablement més fort i més tolerant a la calor, mentre que l'alumini condueix la calor més de deu vegades més ràpid i és molt més fàcil de fabricar.

P: Quan s'ha d'utilitzar ferro colat en comptes de l'alumini?
Trieu ferro colat quan la retenció de calor constant i la matèria tèrmica de la massa, i l'alumini quan la resposta ràpida, el baix pes i la distribució uniforme de la calor són la prioritat; les cuines professionals solen conservar tots dos.

P: Per què les carrosseries dels cotxes no estan fetes d'alumini pur?
L'acer és més barat, més rígid i més senzill de reparar, i les estructures d'alumini necessiten reblons, adhesius i aïllament galvànic, de manera que l'alumini s'utilitza quan l'estalvi de pes justifica el cost addicional del procés.