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Il materiale alluminio

Generalità
L’alluminio è l’elemento chimico di numero atomico 13. Il suo simbolo è Al. Si tratta di un metallo duttile color argento.
Si estrae principalmente dai minerali di bauxite ed è notevole la sua resistenza all’ossidazione, la sua morbidezza, e la sua leggerezza. L’alluminio grezzo viene lavorato tramite diversi processi di produzione industriale, quali ad esempio la fusione, la forgiatura , lo stampaggio , o l’estrusione (che è il processo che si utilizza per i profili per serramenti).
L’alluminio viene usato in molti campi di applicazione, specie in quelli per i quali la leggerezza, la durata e la resistenza sono requisiti richiesti; da tempo, almeno un quarantennio, è largamente usato nel campo dei serramenti per costruzioni civili.

Produzione
Nonostante l’alluminio sia il 3º elemento in ordine d’abbondanza sulla crosta terrestre, è molto raro in forma libera ed in passato era considerato un metallo prezioso, con un valore superiore a quello dell’oro. È quindi relativamente nuovo come metallo industriale e la sua produzione in quantità commerciali avviene da poco più di 100 anni.
Quando venne scoperto, l’alluminio era estremamente difficile da separare dalle rocce di cui faceva parte, e poiché si trovava solo legato in qualche composto era il più difficile da ottenere, nonostante fosse uno dei più abbondanti elementi disponibili in natura. Per un periodo l’alluminio costò più dell’oro; i prezzi scesero sul finire dell’ottocento quando fu scoperto il metodo elettrolitico di produzione del metallo da allumina (ossido di alluminio, Al2O3).
Successivamente, fino ai giorni nostri, il recupero di questo metallo dai rifiuti (attraverso il riciclaggio) è diventato una parte consistente della sua produzione. Le fonti per il riciclaggio dell’alluminio comprendono automobili e serramenti, elettrodomestici, contenitori e altri prodotti (riciclarlo è molto conveniente: 1 Kg di alluminio riciclato pronto all’uso a partire da scarti costa meno di 1 kWh, contro i circa 13÷14 kWh della produzione dal minerale naturale).

Caratteristiche
L’alluminio è un metallo leggero ma resistente, con un aspetto grigio argento a causa del leggero strato di ossidazione che si forma rapidamente quando è esposto all’aria e che previene la corrosione in quanto non solubile. L’alluminio ha un peso specifico di circa 2.700 kg/m3 (pari a circa un terzo dell’acciaio, che vale 7.800 kg/m3); è malleabile, duttile e può essere lavorato facilmente; ha una eccellente resistenza alla corrosione ed una lunga durata. Inoltre non è magnetico, non fa scintille, ed è il secondo metallo per malleabilità ed il sesto per duttilità.
L’alluminio è uno degli elementi più diffusi sulla terra (8,3% in peso), secondo solo a ossigeno (45,5%) e silicio (25,7%) , e paragonabile al ferro (6,2%) ed al calcio (4,6%) . In natura si trova sempre combinato con altri elementi; è presente in numerosi minerali. Dal punto di vista industriale questo metallo leggero viene prodotto a partire dalla bauxite, roccia di colore rosso bruno o giallo.
Le proprietà salienti dell’alluminio sono:

  basso peso specifico;
  elevata resistenza alla corrosione;
  alta conducibilità termica ed elettrica;
  elevata plasticità;
  eccellente duttilità e malleabilità;
  basso potere radiante;
  difficile saldabilità.

Pochi elementi in natura si prestano a costituire un numero così elevato di leghe come l’alluminio. Per migliorare le caratteristiche meccaniche si aggiungono all’alluminio determinati quantitativi di altri elementi alliganti. Quando si combina con altri elementi, le caratteristiche di questo metallo, che allo stato puro è tenero e duttile, cambiano radicalmente.
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);
basso peso specifico, compreso tra 2.660 e 2.850 kg/m³ ;
elevatissima conducibilità elettrica e termica;
contenuto di alluminio maggiore del 95%.
Gran parte degli elementi metallici sono solubili nell’alluminio, tuttavia rame (Cu), silicio (Si), magnesio (Mg), zinco (Zn), manganese (Mn) sono i leganti utilizzati con l’alluminio per 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 nichel (Ni), titanio (Ti), zirconio (Zr), cromo (Cr), bismuto (Bi), piombo (Pb), cadmio (Cd), scandio (Sc) ed anche stagno (Sn) e ferro (Fe), quest’ultimo peraltro sempre presente come impurezza. Ogni elemento può conferire un particolare effetto, per esempio:

silicio: migliora la colabilità e riduce il coefficiente di dilatazione termica;
magnesio: aumenta la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino e in mare;
manganese: aumenta la resistenza meccanica e alla corrosione;
rame:accresce la resistenza meccanica, soprattutto a caldo;
zinco: conferisce un’elevata resistenza meccanica, soprattutto se associato al magnesio.

La lega EN AW-6060 per serramenti
La lega EN AW-6060 è quella di estrusione più diffusa sul mercato europeo, per le sue doti di alta velocità di deformazione a caldo, ed è quella utilizzata nel campo dei serramenti per usi residenziali. Le sue caratteristiche consentono la realizzazione
di profilati con sezione anche complessa, comprendente molteplici cavità e scanalature, per avvicinare quanto più possibile il disegno dell’estruso a quello del manufatto finito, riducendo al minimo le lavorazioni intermedie.



Estrusione
Tutti i profili in alluminio occorrenti per realizzare il sistema in legno-alluminio, accoppiando la copertura esterna di alluminio alle ante e telai in legno, sono prodotti per estrusione; questo è un processo di produzione industriale di tipo deformazione plastica che consente di sviluppare qualsiasi figura piana lungo l’asse perpendicolare al piano su cui è stata disegnata. E’ utilizzata oltre che per i materiali metallici anche per la gomma, la plastica ed altre produzioni.
Consiste essenzialmente nel forzare per compressione il materiale, opportunamente surriscaldato e allo stato pastoso, a passare attraverso una sagoma (matrice) che riproduce la forma esterna del pezzo che si vuole ottenere. Se la sezione di questo è cava, sarà presente anche un’anima (cuore) che riprodurrà il profilo della cavità interna.

All’uscita dalla matrice il materiale viene raffreddato e, nel caso dell’alluminio, sottoposto ad invecchiamento artificiale (per il completo raggiungimento delle caratteristiche meccaniche richieste).
La compressione del materiale a monte della matrice è ottenuta da un pistone idraulico che spinge il materiale verso la matrice (con potenze dell’ordine di migliaia di tonnellate).


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