EN
Els perfils d'aliatge d'alumini venen en diverses formes que s'extrudeixen o es formen mitjançant processos on l'alumini es barreja amb altres elements per millorar les seves característiques físiques. El que es fa servir per fabricar aquests aliatges és molt important pel que fa a les seves aplicacions. Els veiem arreu, des de components estructurals d'aeronaus fins a marcs de finestres residencials. La recerca en ciència de materials mostra que passa alguna cosa interessant quan els fabricants afegeixen del 1 al 5 percent de certs metalls com el coure, el magnesi o el silici a la barreja. Quin és el resultat? La resistència a la tracció augmenta entre un 200 i un 400 percent respecte a l'alumini normal. Aquest tipus de personalització permet als dissenyadors ajustar els perfils perquè funcionin millor sota tensió, resisteixin la rovella durant més temps i, alhora, segueixin sent fàcils de treballar durant el procés de producció.
Els elements d'aliatge principals tenen funcions diferents:
| Element | Funció principal | Sèries d'aliatges comunes |
|---|---|---|
| Coure (Cu) | Millora la resistència mitjançant endureiment per precipitació | 2xxx (p. ex., 2024) |
| Magnesi (Mg) | Millora la soldabilitat i la resistència a la deformació | 5xxx, 6xxx |
| Silici (Si) | Millora la fluïdesa en els processos d'extrusió | 4xxx, 6xxx |
| Zinc (Zn) | Augmenta la resistència a la tracció màxima | 7xxx (per exemple, 7075) |
El manganès i el crom sovint s'afegeixen en quantitats més petites (<1%) per refinar l'estructura granular o millorar la resistència a la corrosió sota tensió.
La interacció entre els elements crea efectes sinèrgics. Per exemple:
Cada sèrie representa un compromís deliberat entre mecanitzabilitat, resistència ambiental i capacitat de suportar càrregues.
Els perfils d'aliatge d'alumini mostren resistències a la tracció força diferents segons la seva qualitat. Prenent com a exemple el 7075-T6, que té un rang impressionant de 540 a 570 MPa. Això el situa aproximadament una vegada i mitja més fort que els aliatges 6061-T6 que mesuren entre 240 i 310 MPa, i gairebé el doble de resistent que la qualitat 6063-T5 amb uns valors d'uns 175 a 215 MPa. Aquestes diferències de resistència són molt importants a l'hora d'escollir materials per a treballs específics. La indústria aeroespacial depèn fortament del 7075 per a parts clau de les ales precisament per aquesta resistència superior. Mentre això passa, els constructors de vaixells solen preferir el 6061 per a estructures marines on la resistència a la corrosió és tan important com la resistència mecànica. Els arquitectes tendeixen a preferir el 6063 per a elements com els marcs de finestres o altres components estructurals que no requereixen una capacitat extrema de suportar càrregues. També hi ha una diferència important segons com es tractin aquests aliatges després de la fabricació. Quan el 6061 rep un envelliment artificial en comptes de limitar-se a esperar l'envelliment natural, la seva resistència a la fluència augmenta aproximadament un 30%, fet que explica per què molts fabricants fan servir aquest pas addicional malgrat el cost afegit.
La resistència de l'alumini a la corrosió depèn realment dels altres metalls que es barregen amb ell. Agafeu la sèrie 6xxx, com ara 6061 i 6063: aquestes aliatges formen silici de magnesi, cosa que els proporciona una gran protecció contra la corrosió atmosfèrica. Per això sovint es fan servir en edificis prop de la costa on l'aire salí corroiria altres materials. Al contrari, l'alumini 7075 conté molt zinc, així que quan s'exposa a ambients amb aigua salada necessita una protecció extra a través de recobriments o pintures. Pel que fa a la conductivitat tèrmica, les coses funcionen gairebé a l'inrevés. La qualitat 6061 condueix la calor força bé, aproximadament 167 watts per metre Kelvin, fet que el fa adequat per a aplicacions com dissipadors de calor per a ordinadors. Però el 7075 no és tan eficient, amb uns 130 W/mK. Si algú busca una conductivitat màxima, l'alumini pur de la sèrie 1xxx arriba als 220 W/mK, però sincerament, ningú gairebé no l'utilitza perquè no resisteix mecànicament les tensions.
La relació entre pes i resistència s'ha convertit en un factor clau en el disseny d'enginyeria modern, i en aquest aspecte les aliatges d'alumini superen clarament l'acer, sovint oferint millores de rendiment d'aproximadament el 200 o 300 percent. Recerca recollida el 2023 mostra com certes qualitats com l'alumini 7075 arriben als 175 MPa per gram per centímetre cúbic, mentre que l'acer inoxidable només aconsegueix al voltant dels 62 MPa en la mateixa mesura. Cap estrany que les companyies aeroespacials hagin estat substituint els cargols d'acer per aquestes peces d'alumini d'alt rendiment. Aquest canvi sol reduir el pes total en aproximadament un 40 percent, mantenint la resistència davant l'esforç de tall. Fins i tot en aplicacions automotrius aquesta tendència continua, amb molts fabricants que recorren a l'alumini forjat 6061 per a estrangulars de fren. Aquest canvi ajuda a reduir allò que els enginyers anomenen massa no suspesa en un 35 percent aproximadament en comparació amb alternatives tradicionals de ferro fos, la qual cosa suposa una diferència real en la maniobrabilitat del vehicle i l'eficiència en el consum de combustible.
| Aliatja | Força de Traç (MPa) | Força de cedència (MPa) | Allongament (%) | Conductivitat tèrmica (W/m·K) |
|---|---|---|---|---|
| 6061-T6 | 240—310 | 145—275 | 7—15 | 167 |
| 6063-T5 | 175—215 | 110—190 | 6—12 | 201 |
| 7075-T6 | 540—570 | 470—505 | 2—10 | 130 |
Aquesta taula destaca els principals compromisos: una major resistència es correlaciona amb una ductilitat reduïda i un rendiment tèrmic inferior. Els enginyers seleccionen aliatges segons les seves prioritats: 7075 per a una màxima resistència, 6063 per a la gestió tèrmica i 6061 per a un equilibri òptim de característiques.
Els perfils d'aliatge d'alumini d'avui dia poden crear formes realment intrincades gràcies a aquestes tècniques d'extrusió sofisticades. La majoria dels fabricants encara depenen dels mètodes d'extrusió en calent, on escalfen els gots d'alumini i els empenten a través de matrius especialment dissenyades a uns 450 graus Celsius aproximadament. Aquest procés funciona molt bé per fabricar tot tipus d'estructures complexes, incloent-hi seccions buides, dissenys amb múltiples cambres i aquestes parets extremadament fines necessàries per a coses com ara panells solars i carcasses de bateries de vehicles elèctrics. Segons dades recents de l'informe d'aplicacions d'alumini automotriu del 2024, també s'han assolit millores impressionants en la tecnologia de matrius. Estem parlant d'assolir toleràncies tan ajustades com més o menys 0,1 mil·límetres en peces que han de suportar tensions considerables en els cotxes d'avui dia.
Els enginyers de materials optimitzen els aliatges d'alumini ajustant les concentracions de magnesi (0,5—1,5%), silici (0,2—0,8%) i zinc (4—6%) segons les necessitats de rendiment. Els perfils arquitectònics utilitzen 6063-T6 resistent a la corrosió, mentre que les aplicacions aeroespacials requereixen 7075-T651 d'alta resistència amb una resistència a la tracció de 540 MPa. La personalització estratègica dels aliatges redueix el desgast de material en un 18—22% en comparació amb enfocaments genèrics (Institut Internacional d'Alumini, 2023).
Els tractaments posteriors a l'extrusió milloren significativament el rendiment dels perfils:
Quan es combinen amb mecanitzat CNC, aquests processos ajuden els perfils d'alumini a complir amb la norma ISO 9001:2015 mantenint una reciclabilitat superior al 95% en diversos sectors.
Els perfils d'aliatge d'alumini destaquen especialment en l'actualitat pel que fa al rendiment estructural en els edificis, ja que resisteixen molt bé la corrosió i ofereixen una gran resistència sense tot el pes extra. Cada vegada més arquitectes han començat a incorporar aquests perfils als seus projectes per a aplicacions com a façanes cortina, solucions per a protecció solar i fins i tot sistemes d'estructures modulars. Els encanta la flexibilitat que aquests materials ofereixen pel que fa al disseny, a més que pràcticament no requereixen manteniment al llarg del temps. Aquesta combinació d'avantatges ha generat un augment considerable de la demanda. De fet, el Cens Mundial d'Arquitectura informa que el mercat global d'alumini en la construcció ha crescut aproximadament un 22% des del 2022. Allò que fa aquests perfils especialment atractius des d'un punt de vista de sostenibilitat és la seva contribució a l'eficiència energètica. Quan s'utilitzen en sistemes de finestres amb rotura de pont tèrmic, poden reduir la càrrega dels sistemes de calefacció i aire condicionat (HVAC) entre un 15% i un 30% en comparació amb el que s'obté amb materials tradicionals de construcció.
L'ús d'aliatges d'alumini lleugers fa que el transport sigui molt més eficient. Quan els vehicles redueixen el pes aproximadament un 10%, el consum de combustible disminueix entre un 6 i un 8 percent segons la investigació de la SAE de l'any passat. Els fabricants d'automòbils sovint recorren a aliatges de la sèrie 6000 per fabricar components com sistemes de gestió d'impactes i carcasses de bateries per a cotxes elèctrics. Mentre tant, la indústria aeronàutica prefereix materials més forts com l'alumini de grau 7075 per a elements estructurals clau com les ales d'avió i les estructures del tren d'aterratge. Aquestes reduccions de pes també han tingut un impacte real: els nous avions Airbus A350 produeixen al voltant d'un 25% menys d'emissions per passatger i milla comparat amb models antics. Amb les regulacions ambientals cada vegada més estrictes en diversos sectors, estem veient més empreses adoptant peces d'alumini extrudit per als seus dissenys de xassís, ja que poden reduir l'empremta de carboni mantenint la seguretat necessària per a l'ús diari.
En l'actualitat, la majoria d'instal·lacions d'energia renovable depenen de perfils d'alumini extrudit, ja que resisteixen molt bé les condicions ambientals adverses. Per exemple, les turbines eòliques, les seves pales solen incloure capes d'alumini que redueixen el pes sense restar rigidesa. Segons una investigació del NREL publicada l'any passat, aquesta modificació del disseny arriba a incrementar la producció d'energia al voltant del 8%. Pel que fa a les centrals solars, els enginyers prefereixen sistemes de muntatge fabricats amb bastidors d'aliatge 6063-T5, ja que aquests materials resisteixen tant els danys causats per l'aigua salada com els raigs UV nocives al llarg del temps. Analitzant desenvolupaments més recents en l'energia oceànica, es poden observar tendències similars, amb plataformes d'energia mareomotriu que depenen fortament d'alumini especial marí per a tot tipus d'aplicacions, des de cambres de flotabilitat fins a estructures de suport. Segons informes sectorials, es preveu que la demanda de components d'alumini en totes les formes d'infraestructures verdes creixi a un ritme impressionant del 18% anual fins al 2030, a mesura que les empreses continuïn invertint en solucions sostenibles.
El que fa que l'alumini sigui tan sostenible és la facilitat amb què es pot reciclar una i altra vegada. Quan fem fondre alumini antic, només cal aproximadament el 5 per cent del que es necessitaria per fabricar-ne de nou des de zero. Bastant impressionant, oi? Aproximadament tres quarts de tot l'alumini produït al llarg de la història encara s'utilitza en algun lloc avui dia, creant pràcticament un cercle complet de materials. Els estudis que analitzen el cicle de vida sencer dels productes d'alumini també revelen una cosa sorprenent. L'alumini reciclat genera aproximadament un 95 per cent menys de diòxid de carboni en comparació amb la producció a partir de mineral de bauxita, segons informes del sector de 2023. Fins i tot quan es demolen edificis o quan els cotxes arriben al final de la seva vida útil, les peces d'alumini continuen tenint valor. Parlem d'uns 50 milions de tones que s'eviten d'acabar en abocadors cada any. Amb aquest potencial de reutilització, l'alumini té un paper important ajudant els fabricants a assolir aquelles difícils metes d'assolir el zero net que han estat establint últimament.
Els perfils d'aliatge d'alumini solen incloure elements com el coure, el magnesi, el silici i el zinc, cadascun dels quals contribueix amb propietats diferents, com ara resistència, soldabilitat i resistència a la corrosió.
La relació pes-resistència és crucial, ja que permet que els aliatges d'alumini ofereixin millores significatives de rendiment respecte a altres materials com l'acer, aconseguint reduir el pes en aplicacions d'enginyeria sense comprometre la resistència.
El reciclatge d'alumini és força sostenible, ja que només requereix aproximadament el 5% de l'energia necessària per produir alumini nou a partir de mineral, reduint considerablement les emissions de carboni i estalviant recursos.
Aplicacions com ara l'aeroespacial, l'automoció, la construcció i els sistemes d'energia renovable se beneficien dels perfils d'aliatge d'alumini pel seu resistència, resistència a la corrosió i propietats lleugeres.
Un proveïdor de solucions integrals que combina I+D, producció, vendes i gestió de la cadena d'aproviment.
