Hliník (chemická značka Al, latinsky Aluminium) je velmi lehký kov bělavě šedé barvy, velmi dobrý vodič elektrického proudu, široce používaný v elektrotechnice a ve formě slitin v leteckém průmyslu a mnoha dalších aplikacích.
Chemické a fyzikální vlastnosti hliníku
Neušlechtilý stříbřitě šedý, nestálý, kujný kov, elektricky velmi dobře vodivý. Při teplotách pod 1,18 K je supravodivý. V přírodě se vyskytuje zejména ve formě sloučenin, nejznámější rudou je bauxit Al2O3 . 2 H2O (dihydrát oxidu hlinitého).
Vytváří sloučeniny v oxidačních číslech +I až +III, nejběžnější a nejstabilnější jsou sloučeniny hlinité. V kyselém prostředí tvoří ve vodném roztoku hlinitý kation, v alkalickém prostředí pak hlinitanový anion [AlO2]−. Hliník je v čistém stavu velmi reaktivní, na vzduchu se rychle pokryje tenkou vrstvičkou oxidu Al2O3, která chrání kov před další oxidací.
Hliník je velmi dobře rozpustný ve zředěných kyselinách. Koncentrovaná kyselina dusičná či kyselina sírová jej však stejně jako vzdušný kyslík pokryjí pasivační vrstvou oxidu. Také hydroxidy alkalických kovů snadno rozpouštějí kovový hliník za vzniku hlinitanů (AlO2)−.
Hliník a slitiny hliníku jsou velmi dobře svařitelné téměř všemi metodami svařování. Výjimkou je slitina dural, která je svařitelná obtížně.
Hliník byl v kovové formě izolován roku 1825 dánským fyzikem Hansem Christianem Ørstedem.
Hliník a jeho výskyt v přírodě
Díky velké reaktivitě hliníku se v přírodě setkáváme prakticky pouze s jeho sloučeninami.
Hliník je třetím nejvíce zastoupeným prvkem v zemské kůře. Podle posledních dostupných údajů tvoří hliník 7,5–8,3 % zemské kůry. V mořské vodě je jeho koncentrace velmi nízká, pouze 0,01 mg Al/l a ve vesmíru připadá na jeden atom hliníku přibližně půl milionu atomů vodíku.
Nejběžnější horninou na bázi hliníku je bauxit, Al2O3 · 2 H2O. Obvykle bývá doprovázen dalšími příměsemi na bázi oxidů křemíku, titanu, železa a dalších.
Jiným významným minerálem je kryolit, hexafluorohlinitan sodný Na3AlF6, používaný především jako tavidlo pro snížení teploty tání oxidu hlinitého při elektrolytické výrobě hliníku.
Minerály na bázi oxidu hlinitého Al2O3 patří mezi velmi významné i ceněné. Korund je na 9. místě Mohsovy stupnice tvrdosti. Technický oxid hlinitý se nazývá také elektrit a je hojně využíván k výrobě brusného papíru.
Drahé kameny, jejichž základním materiálem je oxid hlinitý se liší příměsí, která způsobuje jejich charakteristické zbarvení. Červený rubín je zbarven příměsí oxidu chromu, modrý safír obsahuje především stopová množství oxidů titanu a železa.
Obě zmíněné formy korundu patří k nejvíce ceněným drahým kamenům na světě, ale mají i významné využití v technice. Safírové hroty vynikají svou tvrdostí a odolností a vybavují se jimi špičkové vědecké měřicí přístroje. Rubín je znám jako materiál pro konstrukci prvního laseru na světě.
Výroba hliníku
Přestože hliník patří mezi prvky nejvíce zastoupené v zemské kůře, patřila jeho průmyslová výroba do ještě poměrně nedávné doby k velmi obtížným procesům. Je to především z toho důvodu, že elementární hliník nelze jednoduše metalurgicky vyredukovat z jeho rudy jako např. Železo koksem ve vysoké peci. Teprve zvládnutí průmyslové elektrolýzy taveniny kovových rud umožnilo současnou mnohasettunovou roční produkci čistého hliníku.
Při elektrolýze se z taveniny směsi předem přečištěného bauxitu a kryolitu o teplotě asi 950 °C na katodě vylučuje elementární hliník, na grafitové anodě vzniká kyslík, který ihned reaguje s materiálem elektrody za vzniku toxického plynného oxidu uhelnatého, CO.
Na území někdejšího Československa byla roku 1933 zahájena výroba hliníkových plechů a později roku 1954 výroba spotřebního zboží z hliníkových fólií v Břidličné. Společnost ve výrobě nadále setrvává. Dále roku 1953 započala výroba hliníku ve slovenském Žiaru nad Hronom, kam se převážná většina bauxitu dovážela z Maďarska. Výroba hliníku Söderbergovou technologií zde byla ukončena v roce 1998.
Hliníkové slitiny
Nejdůležitější je však uplatnění hliníku ve formě slitin, z nichž bezesporu nejznámější je slitina s hořčíkem, mědí a manganem, známá jako dural. Tento materiál má oproti samotnému hliníku mnohem větší pevnost a tvrdost při zachování velmi malé hustoty. Zároveň jsou i značně odolné vůči korozi. Všechny uvedené vlastnosti předurčují dural jako ideální materiál pro letecký a automobilový průmysl, ale setkáme se s ním při výrobě výtahů, jízdních kol, lehkých žebříků a podobných aplikacích.
Velmi známé slitiny hliníku jsou kategorie 6061 a 7005. Jaký je mezi nimi ale rozdíl ? Slitinu řady 7005 (tvořenou 93,35% Al, 0,13% Cr, 1,4% Mg, 0,45% Mn, 0,03% Ti, 4,5% Zn, 0,14% Zr), často střídá slitina s označením Alloy 6061,která se skládá z 98,1% Al, 0,020% Cr, 1%Mg, 0,28% Mn, 0,6% S. Materiál Al 6061 má sice trošku nižší mechanické vlastnosti ale o to lépe se svařuje, neb oproti 7005 neobsahuje zinek, který může způsobit při svařování případné trhliny. Oproti například cyklistickým rámům z materiálu 7005, který se dokáže vytvrdit sám, se však musí rámy z Al 6061 vždy tepelně zpracovat. Nevýhodou slitiny 6061 je fakt, že mají o dvacet procent menší pevnost nežli řada 7005. Oproti tomu má materiál 6061 i jednu výhodu a tou je, že díky větší měkkosti se dá lépe tvarovat a při stejné tloušťce trubky s porovnáním s 7005 bude zaručeně lehčí.