ALU stolarija MATERIJALI 21. VEKA – Nezamenjivi moćni aluminijum

MATERIJALI 21. VEKA – Nezamenjivi moćni aluminijum

Stolarija od aluminijuma
Stolarija od aluminijuma

Aluminijum je metal IIIa grupe periodnog sistema, treći po rasprostranjenosti element na planeti, koji je 1827. godine otkrio i izolovao Fridrih Veler. Čelik je u tom trenutku čovečanstvu bio poznat već čitava četiri milenijuma i predstavljao je najjaču uzdanicu metalurgije, proizvodne industrije, brodogradnje i saobraćaja. Ipak, otkriće aluminijuma i nalaženje praktične primene za ovaj po mnogo čemu fascinantan element, uneće brojne promene ne samo u privredu, već i u svakodnevicu običnih ljudi, i tako će biti sve do danas. Jer sam pronalazak aluminijuma nominalno jeste stvar prve polovine 19. veka, ali kao što će se pokazati u narednih 170 godina, njegova univerzalnost je učinila da bude neizostavni, ponekad čak ključni sastojak mnogih predmeta i materijala bez kojih ne bismo mogli da zamislimo život, obezbedivši mu tako besmrtni karakter. Ovo se naročito odnosi na polje građevinske industrije i savremene arhitekture, koje bi imale jedno potpuno drugačije lice od onog svima prepoznatljivog, zbog čega aluminijum bez sumnje može da nosi epitet materijala 21. veka.

Nezamenjivi moćni aluminijum
Nezamenjivi moćni aluminijum

Aluminijum kao element ima veliki afinitet prema kiseoniku. U čistom obliku brzo počinje da oksira i biva „presvučen“ površinskim slojem aluminijum-oksida, koji štiti od korozije, zbog čega se i koristi za zaštitu ostalih metala. Ova njegova osobina primenjuje se i za dobijanje čistog oblika mnogih drugih metala iz njihovih ruda procesom aluminotermije, u kom aluminijum, vezavši se sa kiseonikom hemijskom reakcijom oksidacije, praktično istisne traženi metal u elementarnom vidu. Mala gustina (aluminijum spada u lake metale) i velika otpornost na koroziju razlozi su zašto je baš na aluminijum pao izbor osnovne industrijske i građevinske sirovine za izradu stolarije, krovnih konstrukcija i nadstrešnica, te brojnih građevinskih konstrukcija koje je neophodno postaviti na određenoj visini tako da budu dovoljno čvrste i postojane, a da istovremeno ne predstavljaju suviše veliko opterećenje za ceo sistem i s tim u tesnoj vezi – aluminijumskih fasada. Sve ovo ne bi bilo moguće bez dva važna operativna procesa kroz koje mora da prođe sirovi aluminijum, kako bi se od njega za finalni proizvod dobili različiti arhitektonski ili industrijski profili.

Klizna vrata od aluminijuma
Klizna vrata od aluminijuma

Prvi je ekstruzija ili presovanje. Tačnije, radi se o presovanju usijane mase metala istiskivanjem kroz cilindrični ili rezervoar oblika kvadra, u zavisnosti od toga da li je početni komad sirovine koji podvrgavamo ekstruziji oblika diska ili četvrtast, gde ovaj drugi služi za dobijanje profila veoma velike širine. Na izlaznom kraju rezervoara nalazi se čelična matrica za oblikovanje sa jednom ili više šupljina različitih prečnika, što će diktirati izgled poprečnog preseka dobijenog profila, to jest da li ćemo dobiti puni profil u vidu šipke ili šuplji profil nekog složenijeg oblika. Ekstrudiranje aluminijumskih profila vrši se u horizontalnim ili vertikalnim hidrauličnim presama varijeteta snage između 1000 i 3000 tona, tako što se u rezervoar ubacuju komadi aluminijuma dovedeni gotovo do testastog stanja zagrevanjem na 500°C, temperaturi ispod tačke topljenja.

Ovako zagrejana sirovina u takvo agregatno međustanje dolazi predgrevanjem u specijalnoj peći, koja kao energent koristi prirodni gas. U peć idu jako dugačke aluminijumske grede dužine 6m i prečnika od 50mm do 500mm, koje se dovode do traženog stepena zagrejanosti, potom kidaju na manje komade dužine između 350mm i 850mm, i automatski ubacuju u presu. Masu sirovog aluminijuma koja je sada plastične konzistencije presa istiskuje kroz specijalne dizne za profilisanje (iliti već pomenute matrice) dok istovremeno uređaj za povlačenje, takozvani puler, blago zateže profil u nastajanju i drži mu pravac kako „putuje“ kroz mašinu, a jaki gornji i donji ventilatori vrše inicijalno hlađenje.

Aluminijumski prozori su izuzetno funkcionalni
Velike prozorske površine

Po izlasku iz prese ekstrudirani profil se reže prvi put takozvanom toplom testerom i prebacuje na uređaj za istezanje, nakon čega će tako istegnut završnom testerom biti isečen na finalnu meru. Obično je to 6m, kao što je početna dužina sirovih greda, ali naravno u opticaju su i razne druge dužine, već prema potrebi. Na kraju, isečeni profili se prenose u peć za veštačko „starenje“ gde će stajati narednih 8 sati na temperaturi od 180°C . Važno je pomenuti da matrice pre započinjanja procesa ekstruzije treba zagrejati na istu temperaturu kao i sirovinu, kako ne bi došlo do njihovog termičkog oštećenja i deformacije. Matrice mogu dati jednu ili više linija profila u zavisnosti od oblika, a obzirom da se tokom rada, logično, habaju, potrebno ih je redovno menjati, u suprotnom će profili izaći iz prese sa mestimičnim izbočinama i udubljenjima ili u celini neodgovarajućeg oblika i površine. Dok očuvanost dizni ima upliv u vizuelni momenat površine profila i mehaničku funkcionalnost, na njihov kvalitet i ekstrudabilnost (sposobnost trpljenja presovanja i dobijanja adekvatnog proizvoda) direktno utiče sastav legure aluminijuma koja se presuje. Naime, sam kristalni aluminijum je krt i lomljiv, te se u industriji koristi isključivo u sklopu legure čiji je dominantni sastojak.

Generalno, sve legure aluminijuma se mogu presovati, ali su neke manje pogodne od ostalih jer zahtevaju veći pritisak, manju brzinu presovanja (smanjuju dnevnu normu mašine), ili daju neprihvatiljivo lošu površinu i nedovoljno formiran oblik, kao što je na primer sastav aluminijum-cink-magnezijum-bakar.

Prozori od aluminijuma - ALU stolarija
Prozori od aluminijuma – ALU stolarija

Ekstruziono idealne su legure iz serije 6000, sastava aluminijum-magnezijum-silicijum, i to one koje sadrže nizak procenat druge dve primese. Konkretan primer za to su legure 6060 i 6063. One trpe pritisak od 150Pa pa sve do 350Pa i daju smesu dobre žilavosti i mogućnosti oblikovanja. Ekstrudirani proizvodi čine trećinu ukupne količine aluminijuma na tržištu, a najvećim delom se primenjuju u građevinskoj industriji. Rezerve ovog metala na Zemlji jesu bogate, ali ipak nisu nepresušne. Obzirom da zbog rasta svetske populacije raste i potražnja stambenog prostora, gradnja je u punom jeku i to dobrim delom može predstavljati atak na rezerve aluminijuma. Ekstruzija je proces kojim se on termo-mehaničkim putem rasteže i na taj način se od jedne količine sirovine praktično dobija druga, veća količina građevinskog proizvoda.

Kao što je već pomenuto, svojstvo privlačenja kiseonika omogućava aluminijumu da sam sebe štiti od korozije. No, kako je taj sloj aluminijum-oksida debljine svega 1 mikron i daje estetski nezadovoljavajuću površinu, presovani profili moraju da prođu kroz veštačku oksidaciju. Taj proces naziva se eloksaža, a naziv je akronim onoga što proces zapravo i predstavlja – elektrolitičku oksidaciju aluminijuma. Eloksiranje se obavlja u specijalno dizajniranim kadama približnih dimenzija 6m x 1m x 2,5m , napunjenim tačno određenim hemikalijama i poređanim po utvrđenom redosledu, u koje se pomoću krana potapaju profili. Potapanju prethodi priprema za eloksiranje u vidu mehaničkog uklanjanja sloja oksida žičanim četkama i desetominutnog odmašćivanja u deterdžentu, na temperaturi od 65°C do 75°C.

Eloksiranje aluminijuma
Eloksiranje aluminijuma

Nakon toga ide prva faza eloksaže koja podrazumeva nagrizanje profila kaustičnom sodom 5 minuta, na temperaturi od 40°C do 60°C. U drugoj fazi sprovodi se neutralizacija azotnom kiselinom, te u trećoj anodizacija rastvorom sumporne kiseline i vode 50 minuta na +18°C, kada se i stvara zaštitni sloj oksida. Rastvor ovde ima ulogu elektrolita, odnosno provodnika jednosmerne struje koja se pušta na aluminijum tako da on postaje pozitivna elektroda (anoda), a katoda neki drugi metal koji se uvodi u reakciju da bi se za njega vezao vodonik iz sumporne kiseline razložene pod uticajem struje. S druge strane, negativno naelektrisan kiseonik i sulfatni joni bivaju privučeni na aluminijumsku anodu, na kojoj nastaje antikorozivni film. Sledi bojenje u metalnom kupatilu, ukoliko je tražena druga boja profila u odnosu na prirodnu i na samom kraju hladno ili toplo zatvaranje pora nastalih nagrizanjem, u trajanju od 3 minuta/1 mikronu debljine sloja oksida.

U prirodnim uslovima aluminijum nikada ne bi mogao da nataloži zaštitu ravnu onoj putem eloksiranje jer taj hemijski dobijen zaštitni film je debljine od 12 do čak 30 mikrona. Preporučena debljina za profile od kojih se prave stolarija i fasade je 20 mikrona i odgovara spoljnoj upotrebi u građevinarstvu. Manje od toga nije dovoljno zbog stepena habanja usled izloženosti, a deblji sloj bi bio isuviše krt što bi pri eventualnom savijanju dovelo do njegovog pucanja. Eloksirani profili su izuzetno otporni na kiseline, ali su zato neotporni na baze, što podrazumeva strogo vođenje računa da prilikom ugradnje elemenata na profilu ne ostanu malter ili kreč duže od nekoliko minuta jer će time zaštitni sloj biti trajno oštećen.

Piše: Jelena Mitrović, diplomirani novinar