Алюминий входит в состав сплава: Какие бывают сплавы алюминия? – ПЕРЕПЛАВ.РУ

alexxlab | 01.07.1980 | 0 | Разное

: Металлургия: образование, работа, бизнес :: MarkMet.ru

СВОЙСТВА  И  ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ

По объему производства и масштабам применения алюминий (Аl) является самым распространенным цветным металлом. Он открыт в 1826 г. Его название происходит от латинского слова «алюмен» —название квасцов (соединения, содержащего алюминий).

Алюминий имеет относительно малую плотность, низкую температуру плавления (658°С) и очень высокую скрытую теплоту плавления. Он хорошо поддается механической обработке: прокатке, ковке, волочению, резанию и т. п., а также обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью. Электропроводность алюминия составляет 60—65% от электропроводности меди. Алюминий в три раза легче меди, поэтому алюминиевый провод с таким электросопротивлением  легче, чем медный. Обладая большим сродством к кислороду, алюминий имеет одновременно и высокую коррозионную стойкость на воздухе и в ряде других сред.

Чистый алюминий имеет малую прочность и не может быть использован в качестве конструкционного материала. Однако прочность его резко возрастает под влиянием добавок других элементов, термической и механической обработки. Многие сплавы на основе алюминия обладают достаточно высокой механической прочностью, сочетающейся с малой плотностью, что делает их весьма ценным конструкционным материалом.

Алюминий и алюминиевые сплавы служат весьма эффективными заменителями свинца, меди, олова, цинка, а в ряде случаев их успешно используют вместо стали. В электротехнике алюминий применяют для изготовления проводов, кабелей, шинопроводов,  конденсаторов, выпрямителей переменного тока и т. д. Алюминиевые сплавы широко применяют в литом и деформированном состояниях в различных авиаконструкциях,  в транспортном машиностроении и автомобильной промышленности. Благодаря высокой коррозионной  стойкости алюминий применяют в химическом  машиностроении при изготовлении аппаратуры для производства азотной кислоты, органических веществ, пищевых продуктов и т. д. Возрастает использование алюминия при строительстве жилых и общественных зданий, сооружений, мостов и т. д. Широко применяют алюминий для защиты поверхности металлов от коррозии, при изготовлении полупроводниковых приборов, в радиолокации, электротехнике, ядерной технике.

Высокую химическую активность алюминия используют в металлургии для получения трудновосстановимых тугоплавких металлов (хрома, вольфрама, марганца и др.), а также щелочноземельных и щелочных металлов, для раскисления и легирования стали. Тонкоизмельченный алюминий при нагревании на воздухе сгорает с выделением большого количества тепла. Эту алюминотермическую реакцию используют для получения чистых металлов и других целей. В пищевой промышленности алюминий применяют в виде фольги для упаковки, консервных банок и т. а. Из алюминия изготовляют предметы домашнего обихода, художественные и декоративные изделия.

Литейные свойства алюминия невысоки из-за большой усадки, малой жидкотекучести и высокой пористости получаемого литья. Значительные затруднения имеют место при сварке алюминия, что связано с большой тугоплавкостью окислов  алюминия, образующихся на поверхности при сварке.

Физические и механические свойства алюминия характеризуются следующими данными:

Атомная масса	26,98
Плотность при 20°С, г/см3	2,7
Температура, °С:
плавления	658,9
кипения	2497
Удельная теплоемкость, кал/г	0,222
Теплопроводность кал/(см·сек·град)	0,52
Скрытая теплота плавления, кал/г	92,7
Коэффициент линейного расширения, 1 /град	23,8*10-6
Удельное электросопротивление, ом-мм2/м	0,025-0,03
Временное сопротивление алюминия, кГ/мм2
деформированной	15
отожженной	8
Предел текучести алюминия, кГ/мм2, при температуре, °С
отожженного	5-8
деформированного	12
Относительное удлинение алюминия, %:
Деформированной	5-10
отожженной	30-40
Предел упругости алюминия, кГ/мм2:
отожженного	3-4
Модуль упругости, кГ/мм2	5500-7000
Модуль сдвига, кГ/мм2	2760
Твердость НВ алюминия, кГ/мм2
Деформированного	25-35
Отожженного	13-20
Литого	13-25

Алюминий и его сплавы характеризуются высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в том числе и загрязненных промышленными газами. Сероводород, сернистый газ, аммиак и другие газы, находящиеся в воздухе, не влияют на скорость коррозии алюминия и его сплавов при комнатной температуре, а пар, дистиллированная и чистая пресная вода — и при высоких температурах. Практически не действуют на алюминий сернокислые нейтральные соли магния, натрия, аммония. Высокой коррозионной стойкостью обладает алюминий в органических кислотах: уксусной, лимонной, винной, пропиновой, яблочной.

Алюминий и его сплавы устойчивы в концентрированной азотной кислоте при комнатной температуре и сильно разрушаются в разбавленной кислоте. Он устойчив против коррозии в 100%-ной серной кислоте и в растворах этой кислоты до 10%. С повышением температуры раствора и концентрации кислоты >10% скорость коррозии алюминия резко возрастает.

Соляная кислота, а также растворы плавиковой и бромистоводородной  кислот быстро разрушают алюминий и его сплавы. Алюминий и его сплавы обладают значительной коррозионной стойкостью в растворах аммиака, но разрушаются под действием едких щелочей.

В контакте с большинством металлов, являющихся более благородными по ряду напряжений, алюминий является анодом, и в таких случаях коррозия его в электролитах ускоряется. При работе в морской воде или в растворах хлористого натрия при контакте с обычной или нержавеющей сталью коррозия алюминия увеличивается.

АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Все технические сплавы на алюминиевой основе принято разделять на деформируемые (после прессования, прокатки, ковки) и литые.

Деформируемые сплавы. Эти сплавы делят на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой.

Термическая обработка сплавов основана на изменении растворимости различных промежуточных соединений в основном алюминиевом растворе. Например, растворимость меди в алюминии при комнатной температуре составляет 0,5%, а при температуре образования эвтектики (548°С) 5,7%. При понижении температуры раствор становится пересыщенным промежуточным соединением, которое должно выделиться из него в виде отдельной составляющей (для алюминиевомедных сплавов промежуточным соединением является СuАl2). Процесс выделения избыточной фазы можно затормозить быстрым охлаждением и получить таким путем при обычной температуре состояние сплава, в котором он находился при высоких температурах. Полученный таким образом пересыщенный раствор будет находиться в неустойчивом состоянии и в нем с течением времени будут происходить внутренние процессы, сопровождающиеся изменением механических свойств сплава (старение).

Если старение происходит при комнатной температуре, то его называют естественным; если при повышенной температуре — то искусственным. При старении значительно возрастает временное сопротивление сплава по сравнению с временным сопротивлением свежезакаленного и отожженного сплавов.

В начальный (инкубационный) период старения повышение временного сопротивления сплавов незначительно. В этот период сплавы обладают большой пластичностью и закаленные изделия могут подвергаться разным видам пластической деформации. При дальнейшем старении пластичность сплавов уменьшается и эти операции становятся невозможными. Для придания сплаву пластичности после старения его необходимо вновь вернуть в свежезакаленное  состояние.

Алюминиевые сплавы, содержащие только элементы, не образующие промежуточных соединений с изменяющейся растворимостью, не упрочняются при термической обработке. К сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы алюминия с марганцем и магнием (марки АМц, АМг, АМг5П).

Алюминиевомарганцовистые сплавы превосходят чистый алюминий по прочности и коррозионной стойкости.

Сплавы алюминия с магнием имеют меньшую плотность, более высокие прочность и коррозионную стойкость, чем чистый алюминий. Благодаря этим свойствам алюминиевомагниевые сплавы широко применяют в авиаконструкциях вместо чистого алюминия. Кроме того, алюминиевомагниевые сплавы в значительной степени упрочняются при обработке давлением в холодном состоянии (нагартовкой).

Наиболее распространенной труппой деформируемых алюминиевых сплавов являются дуралюмины (дюралюминий).

Дуралюмин представляет собой сплав на алюминиевой основе, в который в качестве специальных добавок обычно вводят медь, магний, марганец. Остальные элементы, присутствующие в этих сплавах, являются случайными примесями, попадающими в сплав в процессе производства. В наиболее значительных количествах в качестве примесей в дуралюмине находятся железо и кремний (примерно 0,5%). Марганец вводят в состав дуралюмина главным образом для повышения коррозионной стойкости и прочности сплава. Однако марганец ухудшает пластичность алюминия, поэтому содержание его должно быть не более 1%.

Медь и магний с кремнием способствуют упрочнению сплава при термообработке, так как они образуют соединения, растворимые в алюминии (например,Mg2Si). Повышение содержания магния в алюминии уменьшает пластичность сплава в горячем состоянии и затрудняет обработку его давлением. Поэтому и большинстве случаев дуралюмин содержит не более 0,8% Mg. У высокопрочного специального дуралюмина содержание магния достигает 1,8%. Ухудшение технологических свойств  сплава в этом случае компенсируется более высокими механическими свойствами.  Наиболее заметное влияние меди на повышение прочности сплава наблюдается при содержании ее в сплаве 4,5—5,0%· Дальнейшее повышение содержания меди не приводит к эффективному повышению прочности и одновременно резко снижает пластичность.

Железо при комнатной температуре практически нерастворимо в алюминии и присутствует в нем в виде самостоятельной фазы (Al3Fe). В жаропрочных алюминиевых сплавах железо в сочетании с никелем оказывает положительное влияние. В большинстве же случаев железо относится к вредным примесям в алюминии. (Кремний на механические и физико-химические свойства алюминия влияет так же, как и железо. Значительное влияние на свойства ряда алюминиевых сплавов оказывают даже незначительные добавки титана, натрия, церия.

К числу дуралюминов относятся сплавы Д1, Д1П, Д16, Д16П, Д18, Д19, Д19П. Механические свойства дуралюминов значительно повышаются под влиянием термической обработки, искусственного и естественного старения. Сплавы этой группы обладают и хорошими литейными свойствами и могут с успехом применяться при изготовлении крупных поковок и штамповок.

Для повышения прочности дуралюмины подвергают закалке. Сплавы при этом нагревают обычно до 500° С, а охлаждают в воде. Процесс естественного старения после закалки длится пять-семь суток. Отжигают дуралюмины при 1340—1370°С.

Из дуралюминов изготовляют детали каркаса самолетов, шпангоуты, стрингеры, лонжероны, элероны, стойки, заклепки и пр.

(Сплав, сохраняющийся в закаленном состоянии сколько угодно времени, т. е. стареющий только при искусственном нагревании, должен содержать минимальное количество меди и не иметь в структуре таких фаз, как CuA12 и Al2CuMg. К сплавам, стареющим только при искусственном нагревании, относится сплав АВ (авиль), содержащий в качестве основных компонентов, кроме алюминия, магний и кремний. Прочность сплава АВ в термически обработанном состоянии ниже, чем у дуралюмина, а пластичность в отожженном состоянии выше. Поэтому сплав АВ с успехом применяется для изготовления деталей глубокой вытяжкой.

Наиболее прочные из алюминиевых сплавов содержат в качестве основных добавок цинк, магний и медь, например сплав В95. Сплавы этого типа широко применяются в ответственных конструкциях в виде кованых и прессованных изделий и листов. Они имеют несколько меньшую пластичность, чем дуралюмин, и обладают худшей коррозионной стойкостью и жаростойкостью. Эти сплавы рекомендуется применять в конструкциях, работающих при невысоких температурах нагрева (примерно до 120°С). Сплавы обычно подвергают закалке в воде с последующим искусственным старением при  120—140°С.

Детали, работающие под действием температур 200—300°С, изготовляют из жаропрочных алюминиевых сплавов. Эти сплавы в отличие от других алюминиевых сплавов содержат специально вводимые присадки никеля и железа. К таким сплавам относятся АК4, АК4-1. Термическая обработка их состоит в закалке от температур 510—520°С с последующим искусственным старением..

По технологическим особенностям, назначению, физическим и коррозионным свойствам различают алюминиевые деформируемые сплавы коррозионностойкие, декоративные, заклепочные, ковочные, жаропрочные, со специальными свойствами, самозакаливающиеся. В зависимости от уровня прочности различают алюминиевые деформируемые сплавы низкой, средней и высокой прочности.

Сплавы низкой прочности (временное сопротивление менее 30 кГ/мм2), как правило, не упрочняются термической обработкой; применяют их обычно в отожженном состоянии. В эту группу сплавов входят технический алюминий, сплавы типа магналий (АМг1, АМг2, АМгЗ, АМг4, АМг5, АМг6П). По коррозионным свойствам сплавы этой группы в большинстве случаев относятся к коррозионностойким.

Сплавы средней прочности (временое сопротивление 30—45 кГ/мм2) применяют после закалки и естественного или искусственного старения. К этой группе относятся ковочные сплавы (АК4, АК4-1, АК6, АК8), дуралюмин (Д1, Д15, БД 17, Д19), магналий АМг6, сплавы АВ, АД35, Д20.

Сплавы высокой  прочности  (временное сопротивление >45 кГ/мм2) эффективно упрочняются термической обработкой, которая состоит в закалке и искусственном старении. К этой группе сплавов относятся сплавы В93, В95, а также сплавы средней прочности ДШ, Д19 и АК8 после соответствующей обработки.

У катаных изделий из сплавов Д16 и Д19 временное сопротивление можно повысить до 45 кГ/мм2 и более нагартовкой, искусственным старением и снятием плакировки. Сплав АК8 обладает высокой прочностью лишь в виде прессованных полуфабрикатов определенного сечения.

Наибольшей прочностью при комнатной температуре обладают сплавы В93 и В95, но они разупрочняются в результате длительного воздействия температуры порядка 100°С и более. Сплавы ДШ и Д19 имеют более низкую прочность при комнатной температуре, но они менее чувствительны к действию надрезов при повторных нагрузках, чем сплавы В93 и В95. Кроме того, они обладают и большей жаропрочностью. Сплав В95 применяют для нагруженных конструкций, работающих длительное время при температурах не более 100—120°C (обшивка, стрингеры, шпангоуты, лонжероны самолетов, силовой каркас некоторых клепаных строительных сооружений и т. п.). Сплав ДГб применяют для средненагруженных конструкций, работающих длительное время при температуре до 150°С, а сплав Д19 — для средненагруженных конструкций, работающих длительное время при температурах до 250°С. Сплав АК8 используют для изготовления нагруженных конструкций, работающих длительное время при температуре до 100°С (подмоторные рамы, бандажи колес железнодорожных вагонов, лопасти винтов вертолетов и т. п.).

Ковочные сплавы обладают высокими пластическими свойствами при температурах горячей деформации и хорошими литейными качествами. Из этих сплавов изготовляют слитки, поковки и штамповки самых крупных размеров и наиболее сложной формы. К числу ковочных относятся сплавы АК6, AK8, АК4, АК4-1, В93 и В97. Кроме того, в качестве ковочных материалов могут применяться сплавы АД, АД1, АМц, АМг1, АМг2, АМг3, АМг4, АМг5,АМг6, АД31, АД33, АД35, АВ, Д1, В95,Д20.

Сплавы АК4 и AK4-I1 имеют среднюю прочность при нормальной температуре и сравнительно высокую прочность при температурах до 200—250°С. Из сплава АК6 получают сложные по форме штамповки. Сплав АК8 более прочен, чем сплав АК6, но труднее поддается термообработке. Сплавы АКб и АК8 обычно применяют в закаленном и искусственно состаренном состоянии. Для повышения пластичности их подвергают естественному старению. В этом случае заметно снижаются прочностные характеристики сплава, особенно предел текучести.

Сплав БД 17 обладает средней прочностью при нормальной температуре и высокой прочностью при 200—250°С.

Из сплавов АК4, АК4-1, БД 17 изготовляют лопатки компрессоров, крыльчатки, диски и кольца турбореактивных и турбовинтовых двигателей и другие детали, работающие при высоких температурах. Сплав АК4-1 может применяться в виде листов.

Из сплава АК6 производят штампованные и кованые детали сложной формы и средней прочности (подмоторные рамы, фитинги, качалки, крепежные детали).

Из сплавов АК8 и В93 изготовляют высоконагруженные штамповки и кованые детали —подмоторные рамы, стыковые узлы, пояса лонжеронов. Из сплава В93, кроме того, изготовляют детали самолетов.

Все сплавы ковочной группы удовлетворительно свариваются точечной и роликовой сваркой и неудовлетворительно сваркой плавлением, они хорошо обрабатываются резанием.

Заклепочные сплавы имеют высокое сопротивление срезу и обладают способностью выдерживать значительную холодную деформацию. К этой группе относятся сплавы Д18, В65, В94. В зависимости от состава заклепочный полуфабрикат может расклепываться либо в свежезакаленном, либо в состаренном состоянии. При массовом изготовлении предпочтение отдается заклепкам, которые можно ставить в состаренном состоянии. Для силовых конструкций наибольшее применение имеют заклепки из сплава В65, для менее нагруженных конструкций, требующих повышенной коррозионной стойкости, — из сплава АМг5П, а для конструкций, подвергающихся нагреву, —из сплава Д19П.

Жаропрочные сплавы  отличаются высокими прочностными характеристиками при повышенных температурах. Их применяют в искусственно состаренном состоянии. К этой группе относятся сплавы ДГб, ДШ, БД 17, АК4, АК4-1, Д20.

Сплав Д20 имеет относительно высокие прочностные характеристики при 200—ЗО0°С. Он не содержит в качестве легирующего элемента магний, что придает ему некоторые специфические свойства: высокий эффект упрочнения при закалке, практически постоянные свойства при вылеживании при комнатной температуре (отсутствует естественное старение). Поэтому его целесообразно применять в конструкциях в искусственно состаренном состоянии. В закаленном и отожженном состояниях сплав Д20 допускает сложные технологические деформации. Он может закаливаться в кипящей воде без потери свойств, что позволяет уменьшать внутренние напряжения в деталях и устранять их поводку в процессе механической обработки. Он не склонен к коррозии под напряжением в любых полуфабрикатах и в любых состояниях термической обработки. Однако этот сплав имеет пониженную общую коррозионную стойкость в связи с относительно высоким содержанием меди. Сплав Д20 обладает высокой пластичностью в горячем состоянии, подвергается ковке и штамповке при 400—460°С. Термическая обработка сплава состоит в закалке с температуры 535 ±5°С и искусственном старении при 165—175°С. Из него изготовляют поковки, а также штамповки сложной формы, катаные листы и прессованные полуфабрикаты.

Сплавы АК4 и АК4н1 применяют для кованых и штампованных деталей, работающих при температурах до 250°С.

Коррозионностойкие сплавы  обладают высоким сопротивлением общей коррозии и коррозии под напряжением в атмосферных условиях и в морской воде. Они, как правило, имеют низкую и среднюю прочность. К коррозионностойким сплавам относятся технический алюминий (АД и АД 1), сплавы алюминия с магнием, с относительно низким содержанием магния (АМг1, АМ;г2, АМгЗ, АМг4), сплавы алюминия с магнием и кремнием (АДЭ1), сплавы алюминия с марганцем (АМц). При определенных условиях к коррозионностойким сплавам могут быть отнесены сплавы АМг6В. АМг6, АДЗЗ, АД35.

Технический алюминий марок АД и АД1 применяют в тех случаях, когда элементы конструкций не несут нагрузок и требуют материалов с высокими пластическими свойствами, хорошей свариваемостью, высоким сопротивлением коррозии и высокой тепло- и электропроводностью.

Сплавы АМг1, АМг2, АД31, АМг4 характеризуются высокой коррозионной стойкостью, хорошим декоративным видом и отличной полируемостью. Их применяют в мало- и средненагруженных сварных и клепаных конструкциях. Из указанных сплавов, а также из сплавав АД и АД1 изготовляют трубопроводы, витражи, электродро- воды, двери, оконные рамы, корпусы часов, ювелирные поделки, палубные надстройки морских и речных судов, баки и т. п.

Сплавы АМц и АМг3 применяют  для сварных малонагруженных конструкций, которые должны характеризоваться высокой коррозионной стойкостью, например баки для хранения бензина и керосина.

Сплавы АМг5В и АМг6 используют в средненагруженных сварных и клепаных конструкциях, от которых требуется высокая коррозионная стойкость.

Сплавы АДЗЗ и АД35 применяют в средненагруженных конструкциях (преимущественно клепаных и клееных), от которых требуется повышенный предел текучести и высокая коррозионная стойкость, а также высокая сопротивляемость коррозионной усталости (лопасти вертолетов, рамы и кузовы вагонов, сварные баки, подвесные нагруженные потолки, перегородки судов, электромачты, трубопроводы, стрелы экскаваторов, лифты, узлы подъемных кранов и буровых установок, корпусы судов и др.).

Самозакаливающиеся сплавы обладают свойством закаливаться при охлаждении на воздухе. Это свойство обеспечивает возможность получения высокой прочности сварного шва без специальной закалки сварной конструкции. Самозакаливающимся является сплав типа В92. Максимальные механические свойства он приобретает после закалки и искусственного старения при 100°С в течение 96 ч. В качестве присадочного материала при сварке сплава рекомендуется применять проволоку В92св. Естественное старение шва без закалки продолжается 30 суток. Зону сварного шва рекомендуется сохранять несколько утолщенной.

Литейные алюминиевые сплавы. Эти сплавы условно могут быть высокой и средней прочности, жаропрочные и коррозионностойкие.

Высокопрочные и средней прочности алюминиевые литейные сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9, а также сплав АЛ41 применяют в модифицированном состоянии.

Сплав АЛ2 обладает очень хорошими литейными свойствами. По механическим свойствам он относится к сплавай средней прочности, обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью во влажной атмосфере и морской воде, удовлетворительно сваривается аргоно-дуговой сваркой. Этот сплав используют для литья деталей сложной формы, не испытывающих больших нагрузок.

Сплав АЛ4 предназначен для изготовления крупных и средних деталей, по дергающихся значительным нагрузкам и работающих под давлением. Он обладает хорошими литейными свойствами, относительно высокими механическими свойствами и удовлетворительной коррозионной стойкостью во влажной атмосфере и морской воде, хорошо обрабатывается резанием и удовлетворительно сваривается газовой и аргоно-дуговой сваркой. Этот сплав обладает повышенной склонностью к образованию газовой пористости. Режим термической обработки сплава АЛ4 состоит в следующем: нагрев до 535 ±55С, охлаждение в воде при 500—100°С, старение при 175±5°С в течение 15 ч. Сплав АЛ9 относится к сплавам средней прочности, обладает хорошими литейными свойствами. Применяют его для деталей средней нагруженности, но сложной конфигурации, а также для деталей, работающих под давлением. Сплав склонен к естественному старению, через один-два месяца механические свойства закаленного сплава приближаются к свойствам закаленного и искусственно состаренного. Сплав обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью в морской воде, удовлетворительной обрабатываемостью резанием, повышенной герметичностью. Он сваривается газовой и аргоно-дуговой сваркой.

Повышенной герметичностью обладают практически все сплавы рассматриваемой группы, т. е. они обладают способностью выдерживать гидравлическое давление 150—200 ат.

Литейные жаростойкие алюминиевые сплавы предназначены для работы при высоких температурах. Обычно в качестве литейных алюминиевых материалов, работающих при повышенных температурах, применяют сплавы АЛ1, АЛ4, АЛ6, АЛ 10В, АЛ25, АЛ 26, АЛ19, АЛ20, АЛ21. По степени возрастания жаропрочности сплавы для литых поршней располагаются в следующем порядке: АЛ10В, АЛ26, АЛ26, АЛ1, а по степени технологичности — АЛ1, АЛ10В, АЛ 26, АЛ25. Сплавы АЛ26 и АЛ26 характеризуются наиболее низким коэффициентом линейного расширения, что позволяет создавать при их применении малые зазоры между поршнем и цилиндром в поршневых двигателях.

Наиболее высокой жаропрочностью и повышенной герметичностью обладают сплавы типа AЛ21. Сплав АЛ19 обладает наиболее высокими механическими свойствами при комнатной температуре и повышенной жаропрочностью. Герметичность отливок из этого сплава пониженная.

Для кратковременного использования при высоких температурах могут быть применены сплавы типа АЛ8, обладающие высокой прочностью, так как за короткое время значительное разупрочнение этих сплавов не успевает произойти.

Большинство сплавов эвтектического типа или с содержанием эвтектики > 35% имеют более высокую жаропрочность в литом состоянии, чем в термически обработанном. Сплавы типа силумин обладают большей жаропрочностью в немодифициро- ванном состоянии, чем в модифицированном.

Литейные алюминиевые сплавы обычно имеют более высокое содержание легирующих элементов, чем деформируемые. Термическая обработка их, как правило, состоит в закалке с последующим искусственным старением. Температура нагрева литейных сплавов под закалку обычно выше, чем у деформируемых, а выдержка при температуре закалки более длительная.

Дюралюминий – Крылатый Металл | НАК

Как уже упоминалось в статье про алюминиевые сплавы, один из распространенных эпитетов алюминия – крылатый металл. Самый распространенный эпитет алюминия – крылатый металл. Для того чтобы понять откуда взялось такое название достаточно вернуться в тридцатые годы 20-го столетия. Авиация получила новые мощные моторы, но конструктив фюзеляжей оставался прежним: рейки, фанера, ткань. Нужен был прорыв в области строительства планеров и силового каркаса. И он был совершен прежде всего благодаря определенной группе алюминиевых сплавов – дюрали. В состав этих сплавов входит медь и магний.

Дюраль

Основой для авиационного применения алюминия стала группа сплавов, получившее свое название дюралюминий, в честь городка Дюрен. В этом городе находился металлургический завод, впервые освоивший технологии производства и закалки дюралей. Но поскольку советскому авиастроению нужен был схожий материал, то был создан аналог дюралюминия — кольчугалюминий. Этот материал по аналогии с дюралюминием назван в честь города в котором был создан – город Кольчугин. Дюралюминий имеет прекрасные механические свойства, высокую удельную жесткость и прочность. Кроме того, свойства дюралюминия могут значительно улучшены благодаря термообработке: закалке с последующим старением. Как часто бывает, вспомните ксероксы и джипы, товарная марка новинки дюралюминия стала устоявшимся названием целой группы алюминиевых сплавов.

Алюминий Д16

В настоящее время в подавляющем большинстве случаев под дюралюминием понимается самая распространенная его марка — алюминий Д16. Химический состав сплава д16 состоит из базовой основы алюминия Al, основными легирующими компонентами сплава Д16 являются медь Cu в пределах от 3 до 4% и магний Mg в пределах от 1 до 2%. В промышленности используется прокат из сплава Д16 различных формах. Причем проката из сплава д16 используется как в обычном, так и в закаленном состоянии, которое обозначается индексом Д16т в марке проката, который вы можете купить в Невской Алюминиевой Компании со склада в Петербурге:

алюминий – это… Что такое алюминий?

АЛЮМИ́НИЙ -я; м. [от лат. alumen (aluminis) – квасцы]. Химический элемент (Al), серебристо-белый лёгкий ковкий металл с высокой электропроводностью (применяемый в авиации, электротехнике, строительстве, быту и т.п.). Сульфат алюминия. Сплавы алюминия.

АЛЮМИ́НИЙ (лат. Aluminium), Al (читается «алюминий»), химический элемент с атомным номером 13, атомная масса 26,98154. Природный алюминий состоит из одного нуклида ²⁷Al. Расположен в третьем периоде в группе IIIA периодической системы элементов Менделеева. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s²p¹. Практически во всех соединениях степень окисления алюминия +3 (валентность III).
Радиус нейтрального атома алюминия 0,143 нм, радиус иона Al³⁺ 0,057 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома алюминия равны, соответственно, 5,984, 18,828, 28,44 и 120 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность алюминия 1,5.
Простое вещество алюминий — мягкий легкий серебристо-белый металл.
История открытия
Латинское aluminium происходит от латинского же alumen, означающего квасцы (см. КВАСЦЫ) (сульфат алюминия и калия KAl(SO₄)₂·12H₂O), которые издавна использовались при выделке кож и как вяжущее средство. Из-за высокой химической активности открытие и выделение чистого алюминия растянулось почти на 100 лет. Вывод о том, что из квасцов может быть получена «земля» (тугоплавкое вещество, по-современному — оксид алюминия (см. АЛЮМИНИЯ ОКСИД)) сделал еще в 1754 немецкий химик А. Маргграф (см. МАРГГРАФ Андреас Сигизмунд). Позднее оказалось, что такая же «земля» может быть выделена из глины, и ее стали называть глиноземом. Получить металлический алюминий смог только в 1825 датский физик Х. К. Эрстед (см. ЭРСТЕД Ханс Кристиан). Он обработал амальгамой калия (сплавом калия со ртутью) хлорид алюминия AlCl₃, который можно было получить из глинозема, и после отгонки ртути выделил серый порошок алюминия.
Только через четверть века этот способ удалось немного модернизировать. Французский химик А. Э. Сент-Клер Девиль (см. СЕНТ-КЛЕР ДЕВИЛЬ Анри Этьен) в 1854 предложил использовать для получения алюминия металлический натрий (см. НАТРИЙ), и получил первые слитки нового металла. Стоимость алюминия была тогда очень высока, и из него изготовляли ювелирные украшения.
Промышленный способ производства алюминия путем электролиза расплава сложных смесей, включающих оксид, фторид алюминия и другие вещества, независимо друг от друга разработали в 1886 году П. Эру (см. ЭРУ Поль Луи Туссен) (Франция) и Ч. Холл (США). Производство алюминия связано с высоким расходом электроэнергии, поэтому в больших масштабах оно было реализовано только в 20 веке. В Советском Союзе первый промышленный алюминий был получен 14 мая 1932 года на Волховском алюминиевом комбинате, построенном рядом с Волховской гидроэлектростанцией.
Нахождение в природе
По распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье место среди всех элементов (после кислорода и кремния), на его долю приходится около 8,8% массы земной коры. Алюминий входит в состав огромного числа минералов, главным образом, алюмосиликатов (см. АЛЮМОСИЛИКАТЫ), и горных пород. Соединения алюминия содержат граниты (см. ГРАНИТ), базальты (см. БАЗАЛЬТ), глины (см. ГЛИНА), полевые шпаты (см. ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ) и др. Но вот парадокс: при огромном числе минералов и пород, содержащих алюминий, месторождения бокситов (см. БОКСИТЫ) — главного сырья при промышленном получении алюминия, довольно редки. В России месторождения бокситов имеются в Сибири и на Урале. Промышленное значение имеют также алуниты (см. АЛУНИТ) и нефелины (см. НЕФЕЛИН).
В качестве микроэлемента алюминий присутствует в тканях растений и животных. Существуют организмы-концентраторы, накапливающие алюминий в своих органах, — некоторые плауны, моллюски.
Промышленное получение
При промышленном производстве бокситы сначала подвергают химической переработке, удаляя из них примеси оксидов кремния и железа и других элементов. В результате такой переработки получают чистый оксид алюминия Al₂O₃ — основное сырье при производстве металла электролизом. Однако из-за того, что температура плавления Al₂O₃ очень высока (более 2000 °C), использовать его расплав для электролиза не удается.
Выход ученые и инженеры нашли в следующем. В электролизной ванне сначала расплавляют криолит (см. КРИОЛИТ) Na₃AlF₆ (температура расплава немного ниже 1000 °C). Криолит можно получить, например, при переработке нефелинов Кольского полуострова. Далее в этот расплав добавляют немного Al₂О₃ (до 10 % по массе) и некоторые другие вещества, улучающие условия проведения последующего процесса. При электролизе этого расплава происходит разложение оксида алюминия, криолит остается в расплаве, а на катоде образуется расплавленный алюминий:
2Al₂О₃ = 4Al + 3О₂.
Так как анодом при электролизе служит графит, то выделяющийся на аноде кислород реагирует с графитом и образуется углекислый газ СО₂.
При электролизе получают металл с содержанием алюминия около 99,7%. В технике применяют и значительно более чистый алюминий, в котором содержание этого элемента достигает 99,999% и более.
Физические и химические свойства
Алюминий — типичный металл, кристаллическая решетка кубическая гранецентрированная, параметр а = 0,40403 нм. Температура плавления чистого металла 660 °C, температура кипения около 2450 °C, плотность 2,6989 г/см³. Температурный коэффициент линейного расширения алюминия около 2,5·10^-5 К^-1. Стандартный электродный потенциал Al³⁺/Al –1,663В.
Химически алюминий — довольно активный металл. На воздухе его поверхность мгновенно покрывается плотной пленкой оксида Al₂О₃, которая препятствует дальнейшему доступу кислорода к металлу и приводит к прекращению реакции, что обусловливает высокие антикоррозионные свойства алюминия. Защитная поверхностная пленка на алюминии образуется также, если его поместить в концентрированную азотную кислоту.
С остальными кислотами алюминий активно реагирует:
6НСl + 2Al = 2AlCl₃ + 3H₂,
3Н₂SO₄ + 2Al = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂.
Алюминий реагирует с растворами щелочей. Сначала растворяется защитная оксидная пленка:
Al₂О₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄].
Затем протекают реакции:
2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂,
NaOH + Al(OH)₃ = Na[Al(OH)₄],
или суммарно:
2Al + 6H₂O + 2NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3Н₂,
и в результате образуются алюминаты (см. АЛЮМИНАТЫ): Na[Al(OH)₄] — алюминат натрия (тетрагидроксоалюминат натрия), К[Al(OH)₄] — алюминат калия (терагидроксоалюминат калия) или др. Так как для атома алюминия в этих соединениях характерно координационное число (см. КООРДИНАЦИОННОЕ ЧИСЛО) 6, а не 4, то действительные формулы указанных тетрагидроксосоединений следующие: Na[Al(OH)₄(Н₂О)₂] и К[Al(OH)₄(Н₂О)₂].
При нагревании алюминий реагирует с галогенами:
2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃,
2Al + 3 Br₂ = 2AlBr₃.
Интересно, что реакция между порошками алюминия и иода (см. ИОД) начинается при комнатной температуре, если в исходную смесь добавить несколько капель воды, которая в данном случае играет роль катализатора:
2Al + 3I₂ = 2AlI₃.
Взаимодействие алюминия с серой при нагревании приводит к образованию сульфида алюминия:
2Al + 3S = Al₂S₃,
который легко разлагается водой:
Al₂S₃ + 6Н₂О = 2Al(ОН)₃ + 3Н₂S.
С водородом алюминий непосредственно не взаимодействует, однако косвенными путями, например, с использованием алюминийорганических соединений (см. АЛЮМИНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ), можно синтезировать твердый полимерный гидрид алюминия (AlН₃)_х — сильнейший восстановитель.
В виде порошка алюминий можно сжечь на воздухе, причем образуется белый тугоплавкий порошок оксида алюминия Al₂О₃.
Высокая прочность связи в Al₂О₃ обусловливает большую теплоту его образования из простых веществ и способность алюминия восстанавливать многие металлы из их оксидов, например:
3Fe₃O₄ + 8Al = 4Al₂O₃ + 9Fe и даже
3СаО + 2Al = Al₂О₃ + 3Са.
Такой способ получения металлов называют алюминотермией (см. АЛЮМИНОТЕРМИЯ).
Амфотерному оксиду Al₂О₃ соответствует амфотерный гидроксид — аморфное полимерное соединение, не имеющее постоянного состава. Состав гидроксида алюминия может быть передан формулой xAl₂O₃·yH₂O, при изучении химии в школе формулу гидроксида алюминия чаще всего указывают как Аl(OH)₃.
В лаборатории гидроксид алюминия можно получить в виде студенистого осадка обменными реакциями:
Al₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Al(OH)₃ + 3Na₂SO₄,
или за счет добавления соды к раствору соли алюминия:
2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O = 2Al(OH)₃Ї + 6NaCl + 3CO₂­,
а также добавлением раствора аммиака к раствору соли алюминия:
AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃Ї + 3H₂O + 3NH₄Cl.
Применение
По масштабам применения алюминий и его сплавы занимают второе место после железа и его сплавов. Широкое применение алюминия в различных областях техники и быта связано с совокупностью его физических, механических и химических свойств: малой плотностью, коррозионной стойкостью в атмосферном воздухе, высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью и сравнительно высокой прочностью. Алюминий легко обрабатывается различными способами — ковкой, штамповкой, прокаткой и др. Чистый алюминий применяют для изготовления проволоки (электропроводность алюминия составляет 65,5% от электропроводности меди, но алюминий более чем в три раза легче меди, поэтому алюминий часто заменяет медь в электротехнике) и фольги, используемой как упаковочный материал. Основная же часть выплавляемого алюминия расходуется на получение различных сплавов. Сплавы алюминия отличаются малой плотностью, повышенной (по сравнению с чистым алюминием) коррозионной стойкостью и высокими технологическими свойствами: высокой тепло- и электропроводностью, жаропрочностью, прочностью и пластичностью. На поверхности сплавов алюминия легко наносятся защитные и декоративные покрытия.
Разнообразие свойств алюминиевых сплавов обусловлено введением в алюминий различных добавок, образующих с ним твердые растворы или интерметаллические соединения. Основную массу алюминия используют для получения легких сплавов — дуралюмина (см. ДУРАЛЮМИН) (94% Al, 4% Cu, по 0,5% Mg, Mn, Fe и Si), силумина (85—90% Al, 10—14% Si, 0,1% Na) и др. В металлургии алюминий используется не только как основа для сплавов, но и как одна из широко применяемых легирующих добавок в сплавах на основе меди, магния, железа, никеля и др.
Сплавы алюминия находят широкое применение в быту, в строительстве и архитектуре, в автомобилестроении, в судостроении, авиационной и космической технике. В частности, из алюминиевого сплава был изготовлен первый искусственный спутник Земли. Сплав алюминия и циркония — циркалой — широко применяют в ядерном реакторостроении. Алюминий применяют в производстве взрывчатых веществ.
Особо следует отметить окрашенные пленки из оксида алюминия на поверхности металлического алюминия, получаемые электрохимическим путем. Покрытый такими пленками металлический алюминий называют анодированным алюминием. Из анодированного алюминия, по внешнему виду напоминающему золото, изготовляют различную бижутерию.
При обращении с алюминием в быту нужно иметь в виду, что нагревать и хранить в алюминиевой посуде можно только нейтральные (по кислотности) жидкости (например, кипятить воду). Если, например, в алюминиевой посуде варить кислые щи, то алюминий переходит в пищу и она приобретает неприятный «металлический» привкус. Поскольку в быту оксидную пленку очень легко повредить, то использование алюминиевой посуды все-таки нежелательно.
Алюминий в организме
В организм человека алюминий ежедневно поступает с пищей (около 2—3 мг), но его биологическая роль не установлена. В среднем в организме человека (70 кг) в костях, мышцах содержится около 60 мг алюминия.

Свойства алюминиевых бронз напрямую зависят от содержания в сплаве легирующих добавок

Алюминиевые бронзы представляют собой сплавы на основе меди, в которых главным легирующим металлом является алюминий. Материал обладает повышенными прочностными свойствами, не поддается коррозии и имеет небольшой коэффициент трения. Содержание алюминия в таких сплавах достигает 11%-12%.

Механические свойства алюминиевых бронз

В зависимости от содержания алюминия, готовые материалы имеют различные механические свойства:

• При увеличении доли алюминия в сплаве до 10-11% механическая прочность материала заметно возрастает вплоть до 600 МПа.
• Если доля легирующей добавки продолжает увеличиваться, прочностные свойства алюминиевых бронз заметно снижаются.
• Однофазные бронзы имеют высокий показатель пластичности, а двухфазные – твердости.

Наиболее качественной бронзой с добавкой алюминия, физические свойства и прочностные характеристики которой обеспечивают ей широкое применение в промышленности, является высоколегированный сплав БрА7.

Физические свойства алюминиевых бронз

Физические свойства алюминия, входящего в состав сплава, обеспечивают готовому материалу следующие характеристики:

• Чем больше в сплаве алюминия, тем меньше его плотность и, соответственно, масса. Данное свойство алюминиевого сплава существенно расширяет сферу его применения, особенно в авиастроении и космической технике.
• При полировке поверхность алюминиевой бронзы имеет высокую светоотражающую способность.
• Увеличение процентного содержания алюминия в сплаве снижает теплопроводность материала. Если к составу добавляются дополнительные легирующие добавки – никель, железо или марганец, то теплопроводность снижается еще больше.
• При повышенном содержании алюминия изменяется такое свойство, как электропроводимость металла. Это достигается за счет снижения процентного содержания меди, которая лучше пропускает электрический ток. При введении же в состав материала марганца сплав будет обладать самым высоким электрическим сопротивлением.

Антикоррозионные свойства алюминия позволяют получить двухкомпонентную деформируемую бронзу с маркировкой БрА5, которая нашла широкое применение при изготовлении деталей для морских судов из-за стойкости металла к воздействию агрессивной водной среды.

Изменение свойств алюминиевых бронз при введении дополнительных легирующих добавок

Чтобы улучшить свойства алюминия и его сплавов, в состав готового материала вводятся дополнительные легирующие добавки:

• При введении железа наблюдается резкое повышение прочности в ущерб пластичности материала и снижения его ударной вязкости.

• При введении марганца в количестве от 3% до 4% значительно повышаются основные антикоррозионные свойства алюминия. Кроме того, возрастают прочностные характеристики и пластичность сплава.
• Оптимальной легирующей добавкой считается никель, который улучшает все качественные характеристики сплава. При добавлении этого элемента повышается жаропрочность материала, снижается коэффициент трения, возрастает пластичность. При экстремально низких температурах кристаллическая решетка не становится хрупкой.

В последние годы ученые начали производить многокомпонентные алюминиевые бронзы. В стандартный сплав подмешиваются одновременно никель и железо в определенных пропорциях, что повышает все качественные характеристики готового изделия.

Алюминий и его сплавы химический состав

    Химический состав и механические свойства сплавов алюминия с магнием и кремнием после закалки и старения приведены в табл. 160. [c.169]

    Химический состав (%) исследуемых сплавов на основе алюминия [c.249]

    Сплавы меди с оловом (алюминием, кремнием и некоторыми другими металлами) называются бронзами. Их температура плавления значительно ниже, чем у меди. Оловянистые бронзы часто имеют сложный химический состав, особенно в археологических предметах. Бронза -один из важнейших материалов, открытых человеком в древнейшие времена. [c.132]

    В аппаратостроении все большее применение находят алюминиевые сплавы, которые превосходят алюминий и другие цветные металлы по многим свойствам, и прежде всего по показателям прочности. Алюминиево-марганцовистый сплав марки АМц с содержанием 1,6% марганца характеризуется временным сопротивлением разрыву до 200 МН/м , а сплавы алюминия с марганцем марки АМг с содержанием 6—7% марганца — до 320 МН/м . Химический состав, технология плавки и последующая обработка могут обеспечить многие наперед заданные свойства алюминиевого сплава. [c.32]

    Латуни бывают простые, т. е. состоящие из меди и цинка (до 45 %), и специальные, которые наряду с медью и цинком содержат другие элементы. Поэтому коррозионная стойкость латуней определяется их химическим составом. Простые латуни менее стойки, чем медь, тогда как специальные латуни, содержащие 51, А1, N1, Сг, Мп и другие, по коррозионной стойкости не уступают меди. Так, введение в простую латунь алюминия повышает коррозионную стойкость сплава к атмосферной коррозии, а кремния — в морской воде. Введение марганца и никеля делает латунь более стойкой к атмосферной коррозии, морской воде, воздействию хлоридов, чем простые латуни. Механические свойства, химический состав и области применения некоторых латуней приведены в табл. 7. [c.61]

    Химический состав в % и температура плавления припоев для пайки алюминия и его сплавов [c.61]

    Силумины — сплавы алюминия с кремнием, добавляемым в количествах от 4 до 13%. Для повышения прочности в некоторые силумины вводят Си, M.g и другие элементы. В начале марки литейного алюминиевого сплава пишут буквы АЛ, что означает алюминиевый литейный сплав . За буквами следует цифра, определяющая химический состав сплава, например АЛ2, АЛ4 и т. д [c.116]

    Для напыления применяют цинк чистотой не менее 99,5 %, алюминий чистотой 99,5 % и их сплавы, химический состав которых должен соответствовать стандартам на материал покрытия. [c.39]

    К первой группе относятся сплавы марок АДО, АД1 (химический состав по ГОСТ 4784—74, п. 1). АД1 содержит несколько большее количество примесей и по прочности превосходит АДО, но поскольку прочность алюминиевых сплавов сильно зависит от вида полуфабриката ГОСТы на сортамент определяют механические свойства обеих марок технического алюминия, как правило, одинаковыми (табл. 6.1). [c.225]

    Титан и его сплавы широко применяются в качестве конструкционных материалов для изготовления аппаратов химических производств ” Отечественной промышленностью выпускаются титановые сплавы в широком ассортименте для химического машиностроения предназначаются в первую очередь коррозионностойкий технически чистый титан ВТ1, а также сплавы титана с алюминием и добавками других легирующих элементов, например сплав ОТВ табл. 24 представлены химический состав, физические и механические свойства сплавов титана и сортамент полуфабрикатов из них . [c.62]

    Химический состав и механические свойства некоторых деформированных алюминиевых сплавов приведены в табл. 39 и 40, химический состав первичного алюминия регламентирован ГОСТом 3549—55. [c.150]

    По химическому составу стекло можно рассматривать как сплав силикатов. Состав обыкновенного оконного стекла близко подходит к формуле ЫагО СаО 6Si02, хотя и может колебаться в широких пределах. Натрий может быть частично или полностью заменен калием, кальций — цинком, свинцом, магнием, барием в состав бутылочного стекла в значительных количествах входит алюминий. [c.226]

    Химический состав сплава № 2 установлен на основании данных диаграммы состояния системы железо — хром — алю- миний [1, 2] и диаграмм состав — свойство сплавов этой 1. Микроструктура сплава №32, системы. Сплав № 2 представляет собой тройной твердый раствор хрома и алюминия в а-железе и имеет однородное полиэдрическое строение (рис. 1) по своей природе являет[c.169]

    Межкристаллитная коррозия распространяется по границам кристаллитов (зерен) металла. Этому виду коррозии подвержены некоторые сплавы (хромистые и хромоникелевые стали, сплавы на основе алюминия, никеля), у которых при определенных режимах термообработки, при старении или под напряжением изменяется химический состав на границе зерна по сравнению с составом в объеме зерна. Под действием коррозионной среды одна из структур, расположенная по границе зерна в виде непрерывной цепочки, растворяется при потенциалах активного состояния в этом случае анодная реакция локализуется на границе зерна, а само зерно металла (объем) находится в пассивном состоянии и разрушается мало. [c.40]

    Химический состав алюминиевых сплавов (в % дополнительно к основе — алюминию) [c.55]

    В этой группе сплавов наибольшее распространение получили сплавы алюминия с марганцем в количестве 1—1,6% Мп (сплавы марки АМц) и сплавы алюминия с магнием в количестве 0,5—7% Mg (сплавы марки АМг— так называемые магналии). Примеси железа и кремния ухудушают свойства сплавов, поэтому содержание их допускается не более 0,5—0,7%. Магналии склонны к образованию крупного зерна, что устраняют модифицированием сплава титаном, ванадием, цирконием. Химический состав и механические свойства алюминие-вомарганцевистых и алюминиевомагниевых сплавов приведен в табл. 11.2. [c.48]

    Значительно превосходят алюминий (и приближаются к сталям) по механической прочности его сплавы — дюралюмины, содержащие 4—5% Си, 0,5—1,8% Mg и 0,3—0,9% Мп. Благодаря легкости и прочности они широко применяются для замены сталей в различных средствах транспорта — самолетах, автомашинах, железнодорожных вагонах и др., для аппаратов в химической промышленности, в строительстве (оконные рамы, двери, каркасы зданий, крыши из гофрированных листов и др.) и в быту (посуда, кровати и др.). Силумины, содержащие 10—13% 51 и иногда до 0,3% Mg и 0,5% Мп, являются литейными сплавами для отливки блоков цилиндров автомашин они хорошо свариваются. По числу различных областей применения сплавы алюминия занимают второе место в народном хозяйстве после стали и чугуна. Алюминий вводят в состав сплавов черных и цветных металлов, что придает им высокую устойчивость к коррозии и жаростойкость. [c.157]

    Сплавы алюминия с медью и магнием (типа дуралюминий) принадлежат к тройной системе А1—Си—М . Упрочняющими фазами в них являются соединения СиА1г и АЬСиМе. Обычным видом термической обработки дуралю-минов является закалка и старение. В табл. 161 приводится химический состав н механические свойства некоторых марок дюралюминия после термической обработки. [c.169]

    Чистый алюминий имеет, однако, недостаточную прочность и твердость, что ограничивает его использование в оптико-механическом производстве. Весьма широкое применение для холодной штамповки в оптико-механическом производстве имеют алюминиевые сплавы следующих марок термически не упрочняемые — АМц и АМг, термически упрочняемые — Д1, Д16, В95. Химический состав этих сплавов приведен в табл. 2. 13, а содержание прим-есей в табл. 2. 14. [c.34]

    В некоторых случаях для изготовления эмалированных изделий употребляют листовой алюминий марок АВ1 и АОО, который содержит 99,9—99,7% чистого алюминия. Чаще пользуются более дешевыми и менее дефицитными сортами, содержащими 99,5—98,0% алюминия. Химический состав алюминия этих марок приведен в табл. 65. Применяют также сплав алюминия с марганцем АМц, который имеет большую твердость, чем чистый алюминий. [c.425]

    С целью выявления влияния на кинетику собирательной рекристаллизации отдельных легирующих элементов была изучена собирательная рекристаллизация чистого никеля, бинарной системы нихро ма, нихрома, легированного алюминием и титаном. Химический состав исследованных металлов и сплавов приведен в табл. 26. [c.124]

    Данные о влиянии низких температур на механические свойства технически чистых поликристаллических металлов приведены в табл. 244. В табл. 245 и на рис. 301, 303, 304 представлены химический состав и механические свойства цветных металлов и сплавов при низких температурах на рис. 302 показаны механические свойства различных материалов при низких температурах. Механические свойства мягких и серебряных припоев при низких температурах помещены в табл. 246 и 247 средние значения ударной вязкости цветных металлов и сплавов (при низких температурах), а также алюминия, подвергавшегося различной термической обработке, приведены в табл. 248 и 249. [c.443]

    Детали из алюминия и его сплавов сваривают в газовом пламени без избытка кислорода или же ручной электродуговой сваркой постоянным током обратной полярности. Химический состав электродов должен соответствовать составу основного металла. При сварке применяют флюс АФ-44 (28% хлорида натрия, 50% хлорида калия, 14% хлорида лития и 8% фторида натрия). ГОСТ 78711—75 предусматривает сварочную проволоку из алюминия н алюминиевых сплавов. ГОСТ 14806—80 указывает основные типы и конструктивные элементы соединений при электродуговой сварке алюминия и алюм иниевых сплавов. [c.266]

    Гегнером и Вильсоном [55] непосредственно в производственных условиях было проведено исследование коррозионной стойкости титана и некоторых других металлов в химических средах, часто встречающихся в технологических процессах заводов хлорнощелочной группы. Химический состав исследованных сплавов приведен в табл. 17 титан, цирконий, тантал и алюминий были технической чистоты. Испытания проводились непосредственно в химических аппаратах, сосудах, трубах и на другом оборудовании. Результаты испытаний приведены в табл. 18 и 19 (ввиду того, что они взяты из одной работы, номера испытаний идут на этих таблицах последовательно). [c.32]

    Применяемые в США сплавы алюминия одного и того же состава имеют различные обозначения по стандартам ASA и ASTM. Их химический состав приведен в приложении 21, а механические свойства при повышенных температурах — в приложении 22. [c.7]

    В отечественной практике применяется коррозионностойкий сплав марки ХН40МДТЮ (ЭП543) аустенитного класса на железохромоникелевой основе с дополнительным легированием молибденом и медью для повышения коррозионной стойкости, а также титаном и алюминием, вызывающими упрочнение за счет процессов дисперсионного твердения [2.35]. Сплав имеет следующий химический состав, % (мае.) С [c.162]

    ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ТЕХНИЧЕСКОГО АЛЮМИНИЯ ГОСТ 4784—74) И ОПЫТНЫХ СПЛАВОВ АЛ311 (ТУ 92-1-72 — 83), [c.233]

    Химический состав ФСА целесообразно выбирать исходя из соотношения количеств алюминия и кремния, необходимых для раскисления спокойной стали массового сортамента. Одним из критериев выбора состава сплава является также необходимость получения сплава с большой плотностью и устойчивого (нерассыпающегося) при хранении. Соотношение кремния и алюминия в сплаве наиболее целесообразно поддерживать в пределах (4-ь6) (1,5- -1,0) при 8— [c.232]

    Стуктурные изменения могут возникнуть в материале в результате длительного воздействия температуры и напряжения. При этом возможно изменение механических свойств металла, особенно в ди-сперсионно-твердеющих сплавах и некоторых легированных сталях. Указанные структурные изменения включают рост зерна, явления рекристаллизации и возврата, выделение легированных карбидных, нитридных и интерметаллидных соединений, сфероиди-зацию и выделение вторичных фаз и в конечном итоге графитизацию стали вследствие распада карбидов (рис. П.8). Все эти изменения в структуре влияют на характеристики ползучести металла и приводят к повышению вероятности разрушений от ползучести. На электростанциях известно несколько случаев разрушений элементов, работающих под давлением, которые произошли вследствие образования свободного графита в виде чешуйчатых прослоек вблизи сварных швов (рис. 11.9) в сталях, содержащих высокие добавки алюминия [13]. Поскольку при температурах выше рабочих графит и железо термодинамически более стабильны, чем цементит, рассматриваемая проблема может быть решена правильным выбором химического состава сталей. В свое время было показано [14], что разрушения, связанные с графитизацией, характерны для сталей, содержащих 0,5% Мо (рис. 11.10). Поэтому химический состав стали должен выбираться только по результатам испытаний на ползучесть достаточной длительности. [c.434]

    Представителем высокопрочных сплавов алюминия с медью, магнием и цинком является сплав марки В95. Он имеет следующий химический состав 6% Zn 2,3% Mg 1,7% u 0,4% Мп, 0,2% Сг. После закалки с температуры 460—480° С и искусственного старения при 120—150° С в течение 10—12 ч сплав приобретает следующие механические свойства СТв = 60 кПмм , От = 55 кПмм , б = 12%, HBibQ. [c.206]

    В магниевые сплавы для протекторов вводят добавки алюминия, цинка и марганца. Алюминий увеличивает эффективность сплава, улучшает его литейные свойства и повышает механические характеристики, хотя при этом потенциал немного снижается. Цинк облагораживает сплав и повышает эффективность, уменьшает вредное влияние таких примесей, как медь и никель, позволяя повышать их критическое содержание в сплаве. Марганец вводят при плавке сплава для осаждения примесей железа. Кроме того, он позволяет повысить токоотдачу и сделать более отрицательным потенциал протектора. Основными загрязняюш.ими сплав примесями обычно являются железо, медь, никель, кремний, которые увеличивают собственную коррозию протекторов и тем самым снижают срок их службы, Наиболее вредной примесью является никель, Повышение его содержания резко влияет на токоотдачу, Химический состав магниевых и цинковых сплавов, используемых в СССР для изготовления проекторов, приведен в табл. 8.1. [c.278]

    Химический состав и некоторые свойства сплава алюминия АМц, который можно использовать для эмалирования, приве-деньгв та л7 . [c.423]

    Химический анализ индийской стали проводили многие иностранные ученые. Так, английские химики и физики Фарадей и Стодарт, занявшись этим вопросом в 1820 г., поставили себе задачу получить металлические сплавы большой твердости и упругости на основе изучения свойств и состава индийской стали. Ими было замечено, что небольшие примеси посторонних веществ в стали изменяют ее свойства. Прибавление хрома, например, сообщает стали хрупкость. Они отмечали, что лучшие сорта стали получаются от соединения ее с серебром, платиной, родием, иридием, палладием и другими металлами. Исследуя химический состав булата, они объясняли узоры на нем присутствием в сплаве алюминия. [c.35]

    В значительной степени рост адгезии и особенно устойчивость адгезионных связей оксидированного алюминия к длительному действию воды объясняют тем, что при травлении, анодировании и других подобных процессах снижается содержание магния в поверхностных слоях алюминиевых сплавов [178]. Магний присутствует на поверхности алюминия в виде MgAl204 и при содержании магния 8—10% адгезия полиэтилена к этому металлу снижается. Вообще химический состав поверхности металлов при травлении, коронном разряде и т. п. меняется, что влияет на адгезионное взаимодействие. Известно, что существенно повышает прочность и долговечность клеевых соединений анодирование алюминиевых сплавов в растворах фосфорной кислоты при этом на поверхности образуется слой фосфата алюминия. При обработке соединениями хрома пограничный слой содержит хром, причем зафиксировано образование связей А1—О—Сг [179]. По данным ИКС состав оксидных слоев независимо от способа оксидирования соответствует А12О3. В то же время структура оксидного слоя существенно меняется (табл. 4.1), что и определяет повышение адгезии [180]. [c.107]

    На количество и природу интерметаллид-ного слоя могут оказывать сильное влияние добавки определенных веществ в ванну с расплавленным металлом покрытия. К ним относятся кремний, добавляемый в ванну алюминирования, пли алюминий, добавляемый в ванну цинкования. Заметное влияние может оказать и химический состав подложки. Например, малоуглеродистая сталь, содержащая небольшие количества кремния, взаимодействует (сплавляется) с цинком с гораздо большей скоростью, чем эта же сталь без кремния. Хотя такой слой сплава, как правило, считают однородным, он обычно состоит из двух пли более слоев различных интерме-таллидных фаз, свойственных данному сплаву. [c.359]

    Ниже приведены результаты наших исследований, которые даны как в виде изотерм вязкости, так и в виде кривых, показываюпд,их вязкость ири температурах одинакового перегрева над линией ликвидуса. Иаиболее характерные кривые вязкости были получены для сплавов системы А1 — Си (рис. 3). Здесь определенно мож- го гово])ить о том, что кинематическая вязкость сплавов, лежащих вб.лизи эвтектическо1[ точки, имеет лшнимальпое значение, бо,лее чем вдвое меньшее, чем у алюминия и химического соединения АЬСн (54,1% Си). Подобные диаграммы состав-вязкость с минимумом вязкости вблизи эвтектической точки были найдены нами также для сплавов А1 — 81, А] — р е, А1 – Мн и гп – 8п [2]. [c.350]

---

Алюминиевые сплавы: маркировка, свойства, классификация

Алюминиевые сплавы популярны в различных сферах. Металл и смеси на его основе входят в топ-5 самых распространённых на земле. При изготовлении деталей, проводов или корпусов из этого материала важно понимать, какие виды сплавов алюминия существуют и как они классифицируются.

Алюминиевые сплавы

Характеристика алюминия

Чтобы понимать, какие свойства имеют сплавы алюминия, нужно знать характеристики основного материала. Он представляет собой лёгкий и блестящий металл. Алюминий хорошо проводит тепло и электричество благодаря чему из него изготавливают провода и различные радиодетали. Из-за низкой температуры плавления его не используют в сильно нагревающихся конструкциях.

Сверху алюминий защищён оксидной плёнкой, которая защищает материал от разрушительного воздействия факторов окружающей среды. В природе этот металл содержится в составе горных пород. Чтобы улучшить характеристики алюминия, к нему добавляют другие материалы и получаются более качественные смеси.

Состав алюминия и его сплавов обуславливает характеристики готовых изделий. Чаще всего, к этому металлу добавляют медь, марганец и магний.

Температура плавления алюминия — 660 градусов по Цельсию. По сравнению с другими металлами это низкий показатель, который ограничивает область применения металла. Чтобы повысить его жаростойкость, к нему добавляют железо. Дополнительно в состав сплава добавляется марганец и магний. Эти компоненты повышают прочность готового состава. В итоге получается сплав известный под названием «дюралюминий».

Отдельно нужно поговорить о том, как магний влияет на характеристики сплава:

1. Алюминиевый сплав с большим количеством магния будет обладать высоким показателем прочности. Однако его коррозийная устойчивость значительно снизится.
2. Оптимальное количество магния в составе — 6%. Таким образом можно избежать покрытия поверхностей ржавчиной и появления трещин при активной эксплуатации.

Смесь марганца с алюминием позволяет получить материал, который невозможно обрабатывать термическим методом. Закалка не будет изменять структуру металла и его характеристики.

Чтобы добиться максимальных показателей прочности не в убыток коррозийной устойчивости, изготавливаются смеси из алюминия, цинка и магния. Особенности сплава:

1. Повысить показатель прочности можно с помощью термической обработки.
2. Нельзя пропускать через заготовки из этой смеси электричество. Связано это с тем, что после пропускания тока ухудшится устойчивость к коррозийным процессам.
3. Чтобы повысить устойчивость к образованию и развитию коррозии, в алюминиевый сплав добавляется медь.

Также к основному материалу может добавляться железо, титан или кремний. От новых компонентов изменяется температура плавления, показатель прочности, текучесть, пластичность, электропроводность и коррозийная устойчивость.

Плавление алюминия

Производство алюминия

В природе алюминий можно найти в составе горных пород. Самой насыщенной считается боксит. Производство этого металла можно разделить на несколько этапов:

1. В первую очередь руда дробится и сушится.
2. Получившаяся масса нагревается над паром.
3. Обработанная смесь пересыпается в щелочь. Во время этого процесса из неё выделяются оксиды алюминия.
4. Состав тщательно перемешивается.
5. Далее получившийся глинозем подвергается действию электрического тока. Его сила доходит до 400 кА.

Последним этапом является отливка алюминия в формы. В этот момент в состав могут добавляться различные компоненты, которые изменяют его характеристики.

Особенности классификации сплавов

Сплавы на основе алюминия позволяют эффективнее использовать основной материал и расширить сферу его применения. Для изменения характеристик используются различные виды металлов. Редко добавляется железо или титан.

Сплавы алюминия разделяются на две большие группы:

1. Литейные. Текучесть улучшается с помощью добавления в состав кремния. Расплавленный металл заливается в заранее подготовленные формы.
2. Деформируемые. Из этих смесей изначально изготавливают слитки, после этого с помощью специального оборудования им придаётся требуемая форма.

В отдельную группу выделяется технический алюминий. Он представляет собой материал, в котором сдержится менее 1% посторонних примесей и компонентов. Из-за этого на поверхности металла образуется оксидная плёнка, которая защищает его от воздействия факторов окружающей среды. Однако показатель прочности у технического металла низкий.

Обрабатывают слитки разными методами. Это зависит от того, какую форму необходимо получить после обработки. Технологические процессы:

1. Прокатка. Метод применяется при изготовлении фольги и цельных листов.
2. Ковка. Технологический процесс, с помощью которого изготавливаются детали сложной формы.
3. Формовка. Также применяется для изготовления заготовок сложной формы.
4. Прессование. Таким образом изготавливаются трубы, профиля и прутья.

Дополнительно, чтобы улучшились характеристики, металл подвергается термической обработке.

Спрессованные профиля из алюминиевого сплава

Марки алюминия и алюминиевых сплавов

Сплавы алюминия обозначаются по ГОСТ 4784-97. В государственном документе указывается маркировка алюминиевых сплавов, состоящая из букв и цифр. Расшифровка:

1. Д — этой буквой обозначается дюралюминий.
2. АК — маркировка алюминиевых сплавов, обработанных в процессе ковки.
3. А — обозначается технический материал.
4. АВ — авиаль.
5. АЛ — обозначение литейного металла.
6. АМц — марки алюминия с добавлением марганца.
7. В — сплав с высоким показателем прочности.
8. САП — порошки, спеченные в подготовленных формах.
9. АМг — смеси с добавлением магния.
10. САС — сплавы спеченные.

После буквенного обозначения указывается номер, который указывает на марку алюминия. После цифр указывается буква. Почитать детальную расшифровку цифр можно в ГОСТе.

Виды и свойства алюминиевых сплавов

Работая с этим металлом и смесями на его основе, важно знать свойства алюминиевых сплавов. От этого будет зависеть область применения материала и его характеристики. Классификация алюминиевых сплавов приведена выше. Ниже будут описаны самые популярные виды сплавов и их свойства.

Алюминиево-магниевые сплавы

Сплавы алюминия с магнием обладают высоким показателем прочности и хорошо поддаются сварке. Дополнительного компонента в состав не добавляют более 6%. В противном случае ухудшается устойчивость материала к коррозийным процессам. Чтобы дополнительно увеличить показатель прочности без ущерба защите от коррозии, алюминиевые сплавы разбавляются марганцем, ванадием, хромом или кремнием. От каждого процента магния, добавленного в состав, показатель прочности изменяется на 30 Мпа.

Алюминиево-марганцевые сплавы

Чтобы увеличить показатель коррозийной устойчивости, алюминиевый сплав разбавляется марганцем. Этот компонент дополнительно увеличивает прочность изделия и показатель свариваемости. Компоненты, которые могут добавляться в такие составы — железо и кремний.

Сплавы с алюминием, медью и кремнием

Второе название этого материала — алькусин. Марки алюминия с добавлением меди и кремния идут на производство деталей для промышленного оборудования. Благодаря высоким техническим характеристикам они выдерживают постоянные нагрузки.

Алюминиево-медные сплавы

Смеси меди с алюминием по техническим характеристикам можно сравнить с низкоуглеродистыми сталями. Главный минус этого материала — подверженность к развитию коррозийных процессов. На детали наносится защитное покрытие, которое сохраняет их от воздействия факторов окружающей среды. Состав алюминия и меди улучшают с помощью легирующий добавок. Ими является марганец, железо, магний и кремний.

Алюминиево-медные сплавы

Алюминиево-кремниевые сплавы

Называются такие смеси силумином. Дополнительно эти сплавы улучшаются с помощью натрия и лития. Чаще всего, силумин используется для изготовления декоративных изделий.

Сплавы с алюминием, цинком и магнием

Сплавы на основе алюминия, в которые добавляется магний и цинк, легко обрабатываются и имеют высокий показатель прочности. Увеличить характеристики материала можно проведя термическую обработку. Недостаток смеси трёх металлов — низкая коррозийная устойчивость. Исправить этот недостаток можно с помощью легирующей медной примеси.

Авиаль

В состав этих сплавов входит алюминий, магний и кремний. Отличительные особенности — высокий показатель пластичности, хорошая устойчивость к коррозийным процессам.

Сферы применения алюминиевых сплавов

Сферы применения алюминия и его сплавов:

1. Столовые приборы. Посуда из алюминия, вилки, ложки и емкости для хранения жидкостей популярны до сих пор.
2. Пищевая промышленность. Этот металл используется в качестве добавки к пище. Его обозначение в составе продуктов — E Он является пищевой добавкой с помощью которой красят кондитерские изделия или защищают продукты от плесени.
3. Ракетостроение. Алюминий используется при изготовлении топлива для запуска ракет.
4. Военная промышленность. Приемлемая цена и малая удельная масса сделала этот металл популярным при производстве деталей для стрелкового оружия.
5. Стекловарение. Этот материал используется при изготовлении зеркал. Связано это с его высоким коэффициентом отражения.
6. Ювелирные изделия. Раньше украшения из алюминия были очень популярны. Однако постепенно его вытеснило серебро и золото.

Благодаря высокому показателю электропроводности этот металл используется для изготовления проводов и радиодеталей. В плане проводимости электрического тока, алюминий уступает только меди и серебру.

Нельзя забывать про небольшую удельную массу материала. Алюминий считается одним из самых лёгких видов металла. Благодаря этому он используется для изготовления корпусов для самолётов и машин. Углубляясь в эту тему, можно сказать о том, что весь самолёт состоит минимум на 50% из этого металла.

Также этот металл содержится в организме человека. Если этого компонента не хватает, замедляются процессы роста и регенерации тканей. Человек чувствует усталость, могут появляться мышечные боли и повышенная сонливость. Однако чаще возникают ситуации, когда этого компонента больше нормы в организме. Из-за этого человек становится раздражительным и нервным. В случае переизбытка требуется отказаться от косметики с добавлением алюминия и медицинских препаратов с его содержанием в составе.

Смеси с алюминием распространены в разных сферах промышленности. Связано это с тем, что этот металл входит в топ-5 самых распространённых в мире. В природе он содержится в различных рудах. На производстве слабые показатели этого металла увеличиваются с помощью добавления других компонентов. Так можно поднять устойчивость к коррозийным процессам, прочность, температуру плавления.

Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы подразделяются на две группы:

1. литейные, применяемые для изготовления деталей путем отливки в землю, в металлические формы или под давлением,

2. деформируемые, применяемые для изготовления листов, ленты, проволоки, гофра, фасонного профиля и деталей с помощью штамповки, ковки или прессовки.

Алюминиевые сплавы характеризуются небольшим удельным весом (до 3 г/см3), хорошей обрабатываемостью, коррозионной стойкостью, высокими механическими свойствами после термической обработки и хорошими литейными свойствами.

Литейные алюминиевые сплавы

Наибольшее распространение имеют сплавы алюминия с кремнием (силумин), содержащие также и другие элементы (медь, магний).

Эти сплавы подвергают модифицированию (добавка натрия или его фтористой соли), вследствие чего они приобретают мелкокристаллическую структуру и более высокие механические свойства.

Согласно ГОСТ 2685—53 алюминиевые литейные сплавы маркируются: АЛ1, АЛ2 и т.д. до АЛ18В (алюминиевый — литейный сплав).

Наиболее широкое применение для изготовления отливок в моторостроении имеют сплавы АЛ4 и АЛ5, подвергаемые упрочняющей термической обработке (закалке до температуры 520—530° в воде и искусственному старению при температуре 170—180°).

Марки и химический состав некоторых литейных алюминиевых сплавов приведены в табл. 22.

Таблица 22

Деформируемые алюминиевые сплавы

Эти сплавы в виде листа, ленты, гофра, фасонного профиля и поковок особенно широко применяют в самолетостроении для обшивки самолета и изготовления ответственных деталей (пропеллеров и др.).

Сочетая небольшой удельный вес (около 3 г/см3) с высокой прочностью (δв до 70 кг/мм2), они являются наилучшим современным конструкционным материалом для самолетостроения.

Представителем этой группы сплавов является дюралюминий.

Сплавы, обозначаемые марками Д1, Д16, ДЗП и др., содержат различные количества меди, марганца, магния и кремния. Буква Д обозначает название сплава — дюралюминий, цифра — порядковый номер.

Средний химический состав дюралюминия следующий:

• медь 3—5%,

• магний 0,5—1,8%,

• марганец 0,3—0,8%,

• кремний 0,5— 1.2%,

• железо меньше 0,1%,

• алюминий — остальное.

Максимальные механические свойства эти сплавы приобретают после закалки до температуры 500 ±5° в воде и естественного старения (выдерживания при комнатной температуре) в течение четырех суток (сплав Д1, Д6, Д16).

В качестве деформируемых (для поковок) применяют также сплавы марок АК2. АК4 и др. Буквы показывают назначение сплава: алюминиевый — для поковок, цифры — порядковый номер.

В состав этих сплавов, кроме меди, марганца и магния, входит небольшое количество никеля. Такие сплавы применяют, в частности, для изготовления поршней авиационных моторов.

Марки и химический состав некоторых сплавов типа дюралюминий приведены в табл. 23.

Таблица 23

Листовой дюралюминий часто подвергают плакировке —покрытию тонким слоем чистого алюминия с целью улучшения антикоррозионных свойств.

Плакировка осуществляется совместной горячей прокаткой дюралюминиевой заготовки и покрывающих ее листов чистого алюминия. Такой сплав называется плакированным дюралюминием.

§

алюминиевых сплавов | Encyclopedia.com

Примечание: эта статья, первоначально опубликованная в 1998 году, была обновлена ​​в 2006 году для электронной книги.

Обзор

Алюминий находится в строке 2, группе 13 периодической таблицы. Таблица Менделеева – это диаграмма, которая показывает, как химические элементы связаны друг с другом. Элементы в одном столбце обычно имеют схожие химические свойства. Первым элементом этой группы является бор . Однако бор сильно отличается от всех других членов семейства.Поэтому группа 13 известна как семейство алюминия.

Алюминий является третьим по распространенности элементом в земной коре, уступая кислороду и кремнию. Это самый распространенный металл. Поэтому несколько удивительно, что алюминий был открыт только относительно поздно в истории человечества. Алюминий в природе встречается только в соединениях, а не в чистом виде. Удалить алюминий из его соединений довольно сложно. Недорогой метод производства чистого алюминия не был разработан до 1886 года.

СИМВОЛ
Al

АТОМНОЕ ЧИСЛО
13

АТОМНАЯ МАССА
26.98154

СЕМЕЙСТВО
Группа 13 (IIIA)

0

UMINC
Алюминий

UNC

Сегодня алюминий является наиболее широко используемым металлом в мире после железа . Он используется в производстве автомобилей, упаковочных материалов, электрооборудования, машин и строительства.Алюминий также идеально подходит для пивных банок и банок для безалкогольных напитков и фольги, потому что его можно плавить и повторно использовать или перерабатывать.

Открытие и название

Алюминий был назван в честь одного из его наиболее важных соединений – квасцов. Квасцы представляют собой соединение калия, алюминия, серы, и кислорода. Химическое название – сульфат алюминия и калия, KAl (SO ₄ ) ₂ .

Никто не уверен, когда квасцы впервые были использованы человеком. Древние греки и римляне знали сложные квасцы.Он был добыт в ранней Греции, где был продан туркам. Турки использовали это соединение, чтобы сделать красивый краситель, известный как красный индейка. Записи указывают на то, что римляне использовали квасцы еще в первом веке до нашей эры.

Эти первые люди использовали квасцы как вяжущее средство и протраву. Вяжущее вещество – это химическое вещество, которое заставляет кожу стягиваться. При попадании квасцов на порез кожа закрывается и начинает заживать. При крашении ткани используется протрава. Немногие натуральные красители прилипают непосредственно к ткани.Протравы связываются с тканью, а краситель – с протравой.

Со временем химики постепенно начали понимать, что квасцы могут содержать новый элемент. В середине 1700-х годов немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф (1709-82) утверждал, что открыл новую «землю» под названием глинозем в квасцах. Но он не смог удалить чистый металл из квасцов.

Первым, кто выполнил эту задачу, был датский химик и физик Ганс Кристиан Эрстед (1777–1851). Эрстед нагревает смесь глинозема и амальгамы калия.Амальгама – это сплав металла и ртути. В этой реакции Эрстед произвел алюминиевую амальгаму – металлический алюминий в сочетании с ртутью. Однако он не смог отделить алюминий от ртути.

Сегодня алюминий является наиболее широко используемым металлом в мире после железа.

Чистый металлический алюминий был наконец произведен в 1827 году немецким химиком Фридрихом Вёлером (1800-82). Велер использовал метод, усовершенствованный английским химиком сэром Хэмфри Дэви (1778-1829), которому удалось выделить несколько элементов в течение его жизни.(См. Врезку о Дэви в записи Calc .) Велер нагрел смесь хлорида алюминия и металлического калия. Будучи более активным, калий заменяет алюминий, как показано ниже:

Чистый алюминий затем можно собрать в виде серого порошка, который необходимо расплавить, чтобы получить блестящий алюминий, наиболее знакомый потребителям.

После работы Велера было возможно, но очень дорого, производить чистый алюминий. Он стоил так дорого, что его практически не было коммерческого использования.

Ряд химиков осознали важность поиска менее дорогостоящего способа получения алюминия. В 1883 году русский химик В. А. Тюрин нашел менее затратный способ получения чистого алюминия. Он пропустил электрический ток через расплавленную (расплавленную) смесь криолита и хлорида натрия (обычная поваренная соль). Криолит представляет собой фторид натрия и алюминия (Na ₃ AlF ₆ ). В течение следующих нескольких лет аналогичные методы выделения алюминия были разработаны другими европейскими химиками.

Самый значительный прорыв в исследованиях алюминия был сделан студентом колледжа в Соединенных Штатах. Чарльз Мартин Холл (1863-1914) был студентом Оберлин-колледжа в Оберлине, штат Огайо, когда он заинтересовался проблемой производства алюминия. Используя самодельное оборудование в сарае за своим домом, он добился успеха, пропустив электрический ток через расплавленную смесь криолита и оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ).

Метод Холла был намного дешевле, чем любой предыдущий метод.После его открытия цена на алюминий упала примерно с 20 долларов за кг (10 долларов за фунт) до менее чем 1 доллар за кг (примерно 0,4 доллара за фунт). Исследования Холла превратили алюминий из полудрагоценного металла в металл, который можно использовать для производства многих повседневных товаров.

Что в имени?

В Северной Америке алюминий пишется с одним i и произносится как uh-LOO-min-um. В других странах мира добавляется второй i, что делает его алюминиевым, и произносится это слово al-yoo-MIN-ee-um.

Физические свойства

Алюминий – это металл серебристого цвета со слегка голубоватым оттенком.Он имеет температуру плавления 660 ° C (1220 ° F) и температуру кипения 2327–2450 ° C (4221–4442 ° F). Плотность составляет 2,708 грамма на кубический сантиметр. Алюминий пластичен и податлив. Пластичный означает, что его можно натянуть на тонкую проволоку. Податливый означает, что его можно расколоть на тонкие листы.

Алюминий – отличный проводник электричества. Серебро и , медь – лучшие проводники, чем алюминий, но намного дороже. Инженеры ищут способы чаще использовать алюминий в электрооборудовании из-за его более низкой стоимости.

Химические свойства

Алюминий обладает одним интересным и очень полезным свойством. Во влажном воздухе он медленно соединяется с кислородом с образованием оксида алюминия:

Оксид алюминия образует очень тонкий беловатый налет на металлическом алюминии. Покрытие предотвращает дальнейшую реакцию металла с кислородом и защищает металл от дальнейшей коррозии (ржавления). Оксид алюминия легко увидеть на алюминиевой садовой мебели и неокрашенной обшивке дома.

Алюминий – довольно активный металл.Реагирует со многими горячими кислотами. Также реагирует со щелочами. Щелочь – это химическое вещество, обладающее свойствами, противоположными кислотам. Гидроксид натрия (обыкновенный щелок) и известковая вода являются примерами щелочей. Элемент не может реагировать как с , так и с кислотами и щелочами. Такие элементы называются амфотерными.

Алюминий также быстро реагирует с горячей водой. В порошкообразной форме он быстро загорается при воздействии пламени.

Алюминий: драгоценный металл?

B До того, как химики разработали недорогие способы производства чистого алюминия, он считался в некоторой степени драгоценным металлом.Фактически, в 1855 году слиток из чистого металлического алюминия был выставлен на Парижской выставке. Его поместили рядом с драгоценностями французской короны!

Алюминий – отличный проводник электричества.

Встречаемость в природе

Содержание алюминия в земной коре оценивается примерно в 8,8 процента. Он встречается во многих различных минералах.

Боксит, сложная смесь соединений, состоящих из алюминия, кислорода и других элементов, является основным коммерческим источником алюминия.

Большие запасы бокситов находятся в Австралии, Бразилии, Гвинее, Ямайке, России и США. Крупнейший производитель металлического алюминия – США; штаты, производящие больше всего алюминия, – это Монтана, Орегон, Вашингтон, Кентукки, Северная Каролина, Южная Каролина и Теннесси.

Изотопы

Существует только один естественный изотоп алюминия, алюминий-27. Изотопы – это две или более формы элемента. Изотопы отличаются друг от друга по своему массовому числу.Число, написанное справа от названия элемента, является массовым числом. Массовое число представляет собой количество протонов плюс нейтронов в ядре атома элемента. Количество протонов определяет элемент, но количество нейтронов в атоме любого одного элемента может варьироваться. Каждая вариация – изотоп.

Алюминий содержит шесть радиоактивных изотопов. Радиоактивный изотоп испускает либо энергию, либо субатомные частицы, чтобы уменьшить атомную массу и стать стабильным. Когда излучение вызывает изменение количества протонов, атом уже не тот элемент.Частицы и энергия, испускаемые ядром, называются излучением. Процесс распада одного элемента на другой известен как радиоактивный распад.

Радиоактивный изотоп алюминия не используется в коммерческих целях.

Добыча

Производство алюминия – это двухэтапный процесс. Во-первых, оксид алюминия отделяется от боксита с помощью процесса Байера. В этом процессе боксит смешивается с гидроксидом натрия (NaOH), который растворяет оксид алюминия. Остальные соединения в боксите остались позади.

Затем оксид алюминия обрабатывают способом, аналогичным методу Холла. Природного криолита не хватает для производства всего необходимого алюминия, поэтому для этой цели производят синтетический (искусственный) криолит. Химическая реакция с синтетическим криолитом такая же, как и с природным криолитом. Около 21 миллионов метрических тонн алюминия было произведено в 1996 году с помощью этого двухэтапного процесса.

Области применения

Алюминий используется как чистый металл, в сплавах и в различных соединениях.Сплав получают путем плавления и последующего смешивания двух или более металлов. Смесь имеет свойства, отличные от свойств отдельных металлов. Алюминиевые сплавы классифицируются по пронумерованным рядам в соответствии с другими элементами, которые они содержат.

Класс 1000 зарезервирован для сплавов почти чистого металлического алюминия. Однако они, как правило, менее прочные, чем другие сплавы алюминия. Эти металлы используются в конструктивных элементах зданий, в качестве декоративной отделки, в химическом оборудовании и в качестве отражателей тепла.

Серия 2000 – это сплавы меди и алюминия. Они очень прочные, устойчивы к коррозии (ржавчине) и могут обрабатывать или обрабатывать очень легко. Некоторые применения алюминиевых сплавов серии 2000 – это обшивка грузовиков и конструктивные элементы самолетов.

Серия 3000 состоит из сплавов алюминия и марганца . Эти сплавы не так прочны, как серия 2000, но также обладают хорошей обрабатываемостью. Сплавы этой серии используются для кухонной утвари, резервуаров для хранения, алюминиевой мебели, дорожных знаков и кровли.

Сплавы серии 4000 содержат кремний. Они имеют низкие температуры плавления и используются для изготовления припоев и для придания металлу серой окраски. Припои – это легкоплавкие сплавы, используемые для соединения двух металлов друг с другом. Серии 5000, 6000 и 7000 включают сплавы, состоящие из магния, магния и кремния и цинка, соответственно. Они используются в производстве кораблей и лодок, деталей для кранов и артиллерийских установок, мостов, конструктивных элементов зданий, автомобильных деталей и компонентов самолетов.

Наибольшее разовое использование алюминия используется в транспортной отрасли (28 процентов). Производители автомобилей и грузовиков любят алюминий и алюминиевые сплавы, потому что они очень прочные, но при этом легкие. Компании все больше используют алюминиевую продукцию в электромобилях. Эти автомобили должны быть легкими для экономии заряда аккумулятора. General Motors, Ford и Chrysler объявили о новых передовых конструкциях автомобилей, в которых алюминиевые изделия будут использоваться более широко. Производители алюминия также планируют выпускать более широкий ассортимент колес как для легковых, так и для грузовых автомобилей.

Двадцать три процента всего производимого алюминия идет на упаковку. Алюминиевая фольга, банки для пива и безалкогольных напитков, тюбики с краской и контейнеры для домашних продуктов, таких как аэрозольные баллончики, – все это сделано из алюминия.

Четырнадцать процентов всего алюминия идет на строительство. Окна и дверные коробки, экраны, кровля и сайдинг, а также при строительстве мобильных домов и конструктивных элементов зданий используются алюминий.

Остальные 35 процентов алюминия идут на производство разнообразной продукции, включая электрические провода и приборы, автомобильные двигатели, системы отопления и охлаждения, мосты, пылесосы, кухонную утварь, садовую мебель, тяжелую технику и специализированное химическое оборудование.

Соединения

Относительно небольшое количество алюминия используется для изготовления большого количества различных соединений алюминия. К ним относятся:

сульфат алюминия-аммония (Al (NH ₄ ) (SO ₄ ) ₂ ): протравы, очистка воды и очистка сточных вод, производство бумаги, пищевая добавка, дубление кожи

борат алюминия (Al ₂ O ₃ B ₂ O ₃ ): производство стекла и керамики

боргидрид алюминия (Al (BH ₄ ) ₃ : добавка в топливо для реактивных двигателей

хлорид алюминия (AlCl ₃ ): производство красок, антиперспирантов, нефтепереработка, производство синтетического каучука

фторосиликат алюминия (Al ₂ (SiF ₆ ) ₃ ): производство синтетических драгоценных камней, стекла и керамики

гидроксид алюминия (Al (OH) ₃ ): антациды, протравы, очистка воды, производство стекла и керамики, гидроизоляция тканей

фосфат алюминия (AlPO ₄ ): производство стекла, керамики, целлюлозно-бумажных изделий, косметика, лакокрасочные материалы, а также при производстве стоматологического цемента

сульфат алюминия или квасцы (Al ₂ (SO ₄ ) ₃ ): производство бумаги, протравы, систем пожаротушения, очистки воды и очистки сточных вод, пищевая добавка, огнестойкий и антипирен, дубление кожи

Воздействие на здоровье

Функции алюминия в организме человека неизвестны.Однако есть некоторые споры о его возможном воздействии на здоровье. В 1980-х годах некоторые ученые-медики забеспокоились, что алюминий может быть связан с болезнью Альцгеймера. Это состояние, которое чаще всего поражает пожилых людей, приводя к забывчивости и потере умственных способностей. До сих пор не ясно, играет ли алюминий какую-либо роль в болезни Альцгеймера.

Некоторые специалисты считают, что вдыхание алюминиевой пыли также может вызвать проблемы со здоровьем. Это может вызвать заболевание, подобное пневмонии, которое в настоящее время называется алюмозом.Опять же, доказательств в поддержку этой точки зрения недостаточно.

Что такое алюминий? • Earth.com

Алюминий

(или алюминий) – мягкий, легкий серебристый металл. Это элемент группы бора периодической таблицы элементов с символом Al и атомным номером 13. В земной коре алюминий является самым распространенным металлом и третьим по распространенности из всех элементов в земной коре после кислород и кремний. На его долю приходится 8% массы твердой поверхности Земли.
Поскольку алюминий является высокореактивным металлом, он не встречается в природе в чистом виде. Алюминий образует высокоэнергетическую химическую связь с кислородом, поэтому чистый алюминий можно найти только в среде, где не хватает кислорода. В земной коре алюминий содержится в более чем 270 минералах, наиболее распространенным из которых является бокситовая руда. Поскольку алюминий обладает такой реакционной способностью, он полезен в качестве катализатора или добавки в химических смесях.

Одно из особых свойств алюминия – устойчивость к коррозии.Это связано с тем, что при контакте металла с воздухом образуется тонкий поверхностный слой оксида алюминия; этот слой предотвращает дополнительное окисление, которое в противном случае могло бы вызвать ржавчину.

–

Алюминий является хорошим проводником тепла и электричества. Это легкий металл, его плотность и жесткость примерно в три раза меньше стали. Он пластичный и податливый, что означает, что его легко обрабатывать, лить и прессовать. В нормальных условиях алюминий не растворяется в воде или спирте.Алюминий также имеет высокий коэффициент отражения, что делает его полезным для зеркал. Кроме того, поскольку алюминий сохраняет свое полное серебристое отражение в порошковой форме, его часто используют для изготовления серебряных красок.

Алюминий легко образует сплавы с такими элементами, как медь, цинк, магний, марганец и кремний. Сегодня многие металлические материалы, которые называют «алюминием», на самом деле являются сплавами. Например, алюминиевая фольга обычно представляет собой сплав с содержанием алюминия от 92% до 99%. Из-за высокого отношения прочности к весу алюминиевые сплавы важны для аэрокосмической промышленности и других областей транспорта и строительства.

Алюминий состоит из девяти изотопов, но только два из них встречаются в природе. Изотопы алюминия полезны при датировании морских отложений, конкреций марганца, ледникового льда, кварца в обнажениях горных пород и метеоритов.
В полевых шпатах, наиболее распространенной группе минералов в земной коре, алюминий является одним из важных компонентов. Алюминий также входит в состав минералов берилла, криолита, граната, шпинели и бирюзы. Кроме того, металл играет важную роль в образовании некоторых драгоценных камней.Примеси в Al2O3, такие как хром или кобальт, вызывают образование рубинов и сапфиров. Чистый Al2O3, известный как корунд, является одним из самых твердых материалов.

–

Практически весь металлический алюминий производится из бокситовой руды (AlOx (OH) 3-2x). Есть большие месторождения бокситов в Австралии, Бразилии, Гвинее и Ямайке, но большая часть добываемой сегодня руды поступает из Ганы, Индонезии, Ямайки, России и Суринама. Для извлечения алюминия необходим энергоемкий процесс, называемый плавкой.По сравнению с большинством других металлов, алюминий трудно извлечь из руды из-за высокой энергии, необходимой для восстановления оксида алюминия.

Раньше алюминий считался драгоценным металлом. На самом деле, по слухам, Наполеон III устроил банкет, на котором его самым почетным гостям подарили алюминиевую посуду. В девятнадцатом веке алюминий был дороже серебра. Монумент Вашингтона, освященный в 1884 году, имеет алюминиевый замковый камень весом 100 унций, который в то время был самым большим цельным куском алюминиевого литья.

Основные усилия по переработке алюминия начались в конце 1960-х годов, когда алюминиевые банки для напитков стали чрезвычайно популярными. Алюминий на 100% пригоден для вторичной переработки, и сегодня восстановление металла посредством вторичной переработки имеет важное значение в алюминиевой промышленности. Чтобы утилизировать алюминий, лом необходимо расплавить. Для этого требуется только 5% энергии, используемой для производства алюминия из руды, хотя до 15% входящего материала теряется в виде шлака (золообразного оксида).

–

Алюминий является наиболее широко используемым металлом после железа, его мировое производство составляет 31 год.9 миллионов тонн в 2005 году. Некоторые виды использования металлического алюминия включают транспортировку (велосипеды, автомобили, самолеты), упаковку (банки, фольгу и т. Д.), Строительство (окна, двери, сайдинг, строительную проволоку и т. Д.), Кухонную утварь. , столбы уличного освещения, мачты парусных судов, фотоаппаратура.

Металл был впервые произведен в 1825 году датским физиком и химиком Гансом Кристианом Орстедом. Он произвел нечистую форму металла в результате реакции безводного хлорида алюминия с калием. Однако Фридриху Вёллеру обычно приписывают изоляцию алюминия.Он провел аналогичный эксперимент в 1827 году, смешав безводный хлорид алюминия с калием, чтобы получить алюминий.

Алюминий – Энциклопедия Нового Света

2 CAS 9028 Избранные изотопы

Общие
Имя, символ, номер	алюминий, Al, 13
Химический ряд	бедные металлы
Группа, период, блок	13, 3, п
Внешний вид	серебристый
Стандартный атомный вес	26.9815386 (8) г · моль −1
Электронная конфигурация	[Ne] 3s 2 3p 1
Электронов на оболочку	2, 8, 3
Физические свойства
Фаза	твердое тело
Плотность (около комнатной)	2,70 г · см −3
Плотность жидкости при температуре плавления.	2,375 г · см −3
Температура плавления	933.47 K (660,32 ° C, 1220,58 ° F)
Температура кипения	2792 K (2519 ° C, 4566 ° F)
Теплота плавления	10,71 кДж · моль −1
Теплота испарения	294,0 кДж · моль −1
Теплоемкость	(25 ° C) 24.200 Дж · моль −1 · K −1
Давление пара P / Па 1 10 100 1 к 10 к 100 к при T / K 1482 1632 1817 2054 2364 2790
Атомные свойства
Кристаллическая структура	гранецентрированная кубическая 0.4032 нм
Состояния окисления	3 (амфотерный оксид)
Электроотрицательность	1,61 (шкала Полинга)
Энергии ионизации (подробнее)	1-й: 577,5 кДж · моль -1
	2-я: 1816,7 кДж · моль -1
	3-я: 2744,8 кДж · моль -1
Атомный радиус	125 пм
Атомный радиус (расч.)	118 pm
Ковалентный радиус	118 pm
Разное
Магнитный упорядочивающий	парамагнитный
Удельное электрическое сопротивление	(20 ° C) 26,50 нОм · м
Теплопроводность	(300 K) 237 Вт · м K −1 903 1
Температурное расширение	(25 ° C) 23,1 мкм · м -1 · K -1
Скорость звука (тонкий стержень)	(прав.т.) (прокат) 5000 м · с −1
Модуль Юнга	70 ГПа
Модуль сдвига	26 ГПа
Объемный модуль	76289 ГПа
0,35
Твердость по Моосу	2,75
Твердость по Виккерсу	167 МПа
Твердость по Бринеллю	245 МПа

“Алюминий” перенаправляется сюда.

Алюминий (или алюминий ) (химический символ Al , атомный номер 13) – мягкий, легкий металл серебристого цвета и способность противостоять коррозии. Это самый распространенный металлический элемент в земной коре (по оценкам, от 7,5 до 8,1 процента). Свободный элемент, редко встречающийся в природе, встречается в среде с дефицитом кислорода, такой как вулканическая грязь. Основная руда – бокситы. Независимо от количества или стоимости, использование алюминия в мире превышает использование любого другого металла, кроме железа, и он важен практически во всех сегментах мировой экономики.

Конструкционные элементы из алюминия и его сплавов жизненно важны для аэрокосмической промышленности и очень важны в других областях транспорта и строительства. Кроме того, алюминий и его сплавы используются в упаковке, кухонной посуде, линиях электропередач, процессах очистки воды, электронных устройствах и компакт-дисках, красках и пиротехнике. Соединения алюминия также служат для самых разных целей. Например, сульфат алюминия-аммония является протравой для окрашивания и используется при очистке воды и сточных вод; раствор ацетата алюминия – вяжущее средство; хлорид алюминия используется в красках и антиперспирантах; борат, фосфат и фторосиликат алюминия используются в производстве стекла и керамики.Тем не менее, алюминий – один из немногих распространенных элементов, которые, по-видимому, не играют полезной биологической роли; у небольшого процента людей на него аллергия.

История

Древние греки и римляне использовали соли алюминия в качестве протравы для окрашивания и вяжущих средств для перевязки ран. Квасцы (сульфат калия и алюминия или родственная ему соль) до сих пор используются в качестве кровоостанавливающего средства. В 1761 году Гайтон де Морво предложил назвать основные квасцы алюминием. В 1808 году Хамфри Дэви идентифицировал существование металлической основы из квасцов, которую он сначала назвал алюминий , а позже алюминий (см. Раздел Правописание ниже).

Фридриху Вёлеру обычно приписывают выделение алюминия (латинское alumen, alum) в 1827 году путем смешивания безводного хлорида алюминия с калием. Однако этот металл был впервые произведен (хотя и в нечистой форме) двумя годами ранее датским физиком и химиком Гансом Кристианом Орстедом. Таким образом, Эрстеда можно назвать первооткрывателем металла. ^[1] Кроме того, Пьер Бертье обнаружил алюминий в бокситовой руде и успешно его извлек. ^[2] Француз Анри Этьен Сент-Клер Девиль усовершенствовал метод Велера в 1846 году и описал свои улучшения в книге в 1859 году, главным из которых была замена значительно более дорогого калия на натрий. ^[3]

Статуя Эроса на площади Пикадилли в Лондоне, построенная в 1893 году, является одной из первых статуй, отлитых из алюминия.

До разработки методов очистки алюминия в больших количествах он считался драгоценным металлом более ценным, чем золото.Считается, что Наполеон III, император Франции, устроил банкет, на котором самым почетным гостям была вручена алюминиевая посуда, а остальным гостям пришлось довольствоваться золотой посудой. ^{[4] [5]}

Алюминий был выбран в качестве материала для вершины памятника Вашингтону в 1884 году, когда одна унция (30 граммов) вещества стоила дневной заработной платы человека. общий работник на проекте. ^[6] Он имел примерно такую ​​же ценность, как серебро.

В 1886 году американец Чарльз Мартин Холл из Оберлина, штат Огайо, подал заявку на патент (U.S. Patent 400664 (PDF)) на электролитический процесс для извлечения алюминия с использованием той же технологии, которая независимо разрабатывалась французом Полем Эру в Европе. Изобретение процесса Холла-Эру в 1886 году сделало извлечение алюминия из минералов дешевле, и теперь это основной метод, используемый во всем мире. Однако процесс Холла-Эру не позволяет напрямую производить сверхчистый алюминий. После утверждения его патента в 1889 году Холл при финансовой поддержке Альфреда Э.Хант из Питтсбурга, штат Пенсильвания, основал компанию Pittsburgh Reduction Company, которая в 1907 году была переименована в «Алюминиевая компания Америки», а затем была сокращена до Alcoa.

Германия стала мировым лидером в производстве алюминия вскоре после прихода к власти Адольфа Гитлера. Однако к 1942 году новые гидроэнергетические проекты, такие как плотина Гранд-Кули, дали Соединенным Штатам то, с чем нацистская Германия не могла конкурировать, предоставили им достаточные генерирующие мощности для производства алюминия, достаточного для производства шестидесяти тысяч боевых самолетов за четыре года.

Известные характеристики

Физические свойства

В периодической таблице алюминий расположен в группе 13 (бывшая группа 3A), между бором и галлием. Кроме того, он находится в периоде 3, между магнием и кремнием. Считается членом группы химических элементов «бедных металлов». ^[7] Нетоксичен, немагнитен и не искрящий. Атомы в металле расположены в гранецентрированной кубической структуре.

Алюминий – один из немногих металлов, которые сохраняют полное серебристое отражение в мелкодисперсной форме, что делает его важным компонентом серебряных красок.Чистый алюминий служит отличным отражателем (примерно 99%) видимого света и хорошим отражателем (примерно 95%) инфракрасного. Это хороший проводник тепла и электричества, по весу лучше, чем медь. Он может быть сверхпроводником со сверхпроводящей критической температурой 1,2 Кельвина.

Этот металл имеет примерно одну треть плотности и жесткости стали. Он пластичный, легко обрабатывается, отливается и прессуется. Предел текучести чистого алюминия составляет 7-11 МПа, а алюминиевые сплавы имеют предел текучести от 200 до 600 МПа. ^[8] Кроме того, чистый алюминий имеет низкую прочность на разрыв, но его сплавы демонстрируют заметное улучшение механических свойств, особенно при отпуске.

Химические свойства

Алюминий обладает высокой устойчивостью к коррозии благодаря тонкому поверхностному слою оксида алюминия, который образуется, когда металл подвергается воздействию воздуха, эффективно предотвращая дальнейшее окисление. Самые прочные алюминиевые сплавы менее устойчивы к коррозии из-за гальванических реакций с легированной медью. ^[9]

При сочетании с другими элементами алюминий может иметь разные степени окисления: +1, +2 и +3.Из них степень окисления +3 является наиболее распространенной.

Степень окисления 1: ^[10]

• AlH образуется при нагревании алюминия до 1500 ° C в атмосфере водорода.
• Al ₂ O получают нагреванием нормального оксида Al ₂ O ₃ с кремнием при 1800 ° C в вакууме.
• Al ₂ S можно получить путем нагревания Al ₂ S ₃ с алюминиевой стружкой при 1300 ° C в вакууме. Он быстро разрушается, чтобы восстановить исходные материалы.Селенид производится параллельно.
• AlF, AlCl и AlBr существуют в газовой фазе, когда соответствующий тригалогенид нагревается с алюминием.

Степень окисления два:

• Окись алюминия AlO присутствует при горении алюминиевого порошка в кислороде.

Степень окисления три:

Радиатор изготовлен из анодированного алюминия.

• Согласно правилам Фаянса, не ожидается, что простой трехвалентный катион Al ³⁺ будет найден в безводных солях или бинарных соединениях, таких как Al ₂ O ₃ .Гидроксид представляет собой слабое основание, и соли алюминия со слабыми кислотами, такими как карбонат, не могут быть получены. Соли сильных кислот, таких как нитрат, стабильны и растворимы в воде, образуя гидраты, по крайней мере, с шестью молекулами кристаллизационной воды.
• Гидрид алюминия, (AlH ₃ ) _n , может быть получен из триметилалюминия и избытка водорода. Взрывоопасно горит на воздухе. Его также можно получить действием хлорида алюминия на гидрид лития в эфирном растворе, но его нельзя выделить без растворителя.
• Карбид алюминия, Al ₄ C ₃ получают путем нагрева смеси элементов выше 1000 ° C. Бледно-желтые кристаллы имеют сложную решетчатую структуру и реагируют с водой или разбавленными кислотами с образованием метана. Ацетилид, Al ₂ (C ₂ ) ₃ , получают пропусканием ацетилена через нагретый алюминий.
• Нитрид алюминия AlN может быть получен из элементов при температуре 800 ° C. Гидролизуется водой с образованием аммиака и гидроксида алюминия.
• Фосфид алюминия, AlP, производится аналогичным образом и гидролизуется с образованием фосфина.
• Оксид алюминия, Al ₂ O ₃ , встречается в природе в виде корунда и может быть получен путем сжигания алюминия в кислороде или путем нагревания гидроксида, нитрата или сульфата. Как драгоценный камень, его твердость превосходит только алмаз, нитрид бора и карборунд. Практически не растворяется в воде.
• Гидроксид алюминия может быть приготовлен в виде гелеобразного осадка путем добавления аммиака к водному раствору соли алюминия.Он амфотерный, являясь одновременно очень слабой кислотой и образуя алюминаты со щелочами. Он существует в различных кристаллических формах.
• Сульфид алюминия, Al ₂ S ₃ , может быть получен пропусканием сероводорода над алюминиевым порошком. Он полиморфен.
• Иодид алюминия, (AlI ₃ ) ₂ , представляет собой димер, применяемый в органическом синтезе.
• Фторид алюминия, AlF ₃ , получают путем обработки гидроксида HF или могут быть получены из элементов.Он состоит из гигантской молекулы, которая сублимируется, не плавясь при 1291 ° C. Это очень инертно. Другие тригалогениды являются димерными и имеют мостиковую структуру.
• Комплексы фторид алюминия / вода: когда алюминий и фторид вместе в водном растворе, они легко образуют комплексные ионы, такие как AlF (H ₂ O) ₅ ⁺² , AlF ₃ (H ₂ O ) ₃ ⁰ , AlF ₆ ^-3 . Из них наиболее стабильным является AlF ₆ ^-3 .Это объясняется тем фактом, что алюминий и фторид, оба очень компактные ионы, подходят друг к другу как раз и образуют октаэдрический комплекс гексафторида алюминия. Когда алюминий и фторид находятся вместе в воде в молярном соотношении 1: 6, AlF ₆ ^-3 является наиболее распространенной формой, даже в довольно низких концентрациях.
• Металлоорганические соединения эмпирической формулы AlR ₃ существуют и, если не гигантские молекулы, то по крайней мере димеры или тримеры. У них есть некоторые применения в органическом синтезе, например, триметилалюминий.
• Известны алюмогидриды большинства электроположительных элементов, наиболее полезным из которых является алюмогидрид лития, Li [AlH ₄ ]. Он разлагается на гидрид лития, алюминий и водород при нагревании и гидролизуется водой. Он имеет множество применений в органической химии, особенно в качестве восстановителя. Аналогичную структуру имеют алюмогалогениды.

Кластеры

В журнале Science от 14 января 2005 г. сообщалось, что кластеры из 13 атомов алюминия (Al ₁₃ ) были заставлены вести себя как атом йода; и 14 атомов алюминия (Al ₁₄ ) вели себя как атом щелочноземельного металла.Исследователи также связали 12 атомов йода с кластером Al ₁₃ , чтобы сформировать новый класс полииодидов. Сообщается, что это открытие привело к возможности новой характеристики периодической таблицы Менделеева: суператомов. Группы исследователей возглавляли Шив Н. Кханна (Университет Содружества Вирджинии) и А. Велфорд Кастлман-младший (Университет штата Пенсильвания). ^[11]

Изотопы

Алюминий имеет много изотопов, из которых только ²⁷ Al (стабильный изотоп) и ²⁶ Al (радиоактивный изотоп, т _1/2 = 7.2 × 10 ⁵ y) встречаются в природе. Изотоп ²⁷ Al имеет естественное содержание 99,9+ процентов. ²⁶ Al образуется в атмосфере из аргона в результате расщепления, вызванного протонами космических лучей. Изотопы алюминия нашли практическое применение при датировании морских отложений, конкреций марганца, ледникового льда, кварца в обнажениях горных пород и метеоритов. Отношение ²⁶ Al к ¹⁰ Be было использовано для изучения роли переноса, осаждения, хранения отложений, времени захоронения и эрозии во временных масштабах от 10 ⁵ до 10 ⁶ лет.

Cosmogenic ²⁶ Al впервые был применен при исследовании Луны и метеоритов. Осколки метеорита после вылета из своих родительских тел подвергаются интенсивной бомбардировке космическими лучами во время своего путешествия в космосе, вызывая значительное образование ²⁶ Al. После падения на Землю атмосферная защита защищает фрагменты метеорита от дальнейшего образования ²⁶ Al, и его распад может затем использоваться для определения земного возраста метеорита. Исследования метеоритов также показали, что ²⁶ Al были относительно многочисленными во время формирования нашей планетной системы.Многие исследователи, изучающие метеориты, считают, что энергия, выделяемая при распаде ²⁶ Al, была ответственна за плавление и дифференциацию некоторых астероидов после их образования 4,55 миллиарда лет назад. ^[12]

Производство и обработка металлического алюминия

Алюминий – это химически активный металл, который трудно извлечь из руды, оксид алюминия (Al ₂ O ₃ ). Прямое восстановление – например, углеродом – экономически нецелесообразно, поскольку оксид алюминия имеет температуру плавления около 2000 ° C.Следовательно, его извлекают электролизом; то есть оксид алюминия растворяется в расплавленном криолите, а затем восстанавливается до чистого металла. Благодаря этому процессу рабочая температура восстановительных ячеек составляет от 950 до 980 ° C. Криолит встречается как минерал в Гренландии, но в промышленном использовании его заменили синтетическим веществом. Криолит представляет собой смесь фторидов алюминия, натрия и кальция: (Na ₃ AlF ₆ ). Оксид алюминия (белый порошок) получают путем рафинирования бокситов в процессе Байера.(Ранее процесс Deville был преобладающей технологией нефтепереработки.)

Электролитический процесс заменил процесс Велера, который включал восстановление безводного хлорида алюминия калием. Оба электрода, используемые при электролизе оксида алюминия, являются углеродными. Когда руда находится в расплавленном состоянии, ее ионы могут свободно перемещаться. В результате реакции на катоде (отрицательный вывод) образуется металлический алюминий:

Al ³⁺ + 3 e ^– → Al

Здесь ион алюминия восстанавливается (добавляются электроны).Затем алюминиевый металл опускается на дно и отрезается.

На положительном электроде (аноде) образуется кислород:

2 O ^2- → O ₂ + 4 e ^–

Этот угольный анод затем окисляется кислородом, выделяя диоксид углерода. Поэтому аноды в восстановительной ячейке необходимо регулярно заменять, поскольку они расходуются в процессе:

O ₂ + C → CO ₂

В отличие от анодов, катоды не окисляются, потому что на катоде нет кислорода.Угольный катод защищен жидким алюминием внутри ячеек. Тем не менее, катоды разрушаются, в основном из-за электрохимических процессов. Через пять-десять лет, в зависимости от тока, используемого при электролизе, ячейка должна быть восстановлена ​​из-за износа катода.

Тенденции мирового производства алюминия.

Электролиз алюминия по процессу Холла-Эру потребляет много энергии, но альтернативные процессы всегда оказывались менее жизнеспособными с экономической и / или экологической точек зрения. Среднее значение удельного энергопотребления в мире составляет примерно 15 ± 0.5 киловатт-часов на килограмм алюминия, произведенного из глинозема. (От 52 до 56 МДж / кг). Самые современные плавильные печи вырабатывают примерно 12,8 кВт · ч / кг (46,1 МДж / кг). Линейный ток редуцирования для более старых технологий обычно составляет от 100 до 200 кА. Современные плавильные заводы работают с мощностью около 350 кА. Сообщалось об испытаниях с ячейками 500 кА.

Восстановление металла путем вторичной переработки стало важным аспектом алюминиевой промышленности. Переработка включает плавление лома, процесс, при котором используется только пять процентов энергии, необходимой для производства алюминия из руды.Однако значительная часть (до 15% исходного материала) теряется в виде шлака (золообразного оксида). Вторичная переработка была малозаметной деятельностью до конца 1960-х годов, когда растущее использование алюминиевых банок для напитков привлекло к ней внимание общественности.

Электроэнергия составляет от 20 до 40 процентов затрат на производство алюминия, в зависимости от местоположения плавильного завода. Металлургические заводы, как правило, расположены там, где электроэнергия является обильной и недорогой, например, в Южной Африке, Южном острове Новой Зеландии, Австралии, Китайской Народной Республике, на Ближнем Востоке, в России, Квебеке и Британской Колумбии в Канаде и Исландии.

За последние 50 лет Австралия стала крупным производителем бокситовой руды и крупным производителем и экспортером глинозема. ^[13] Австралия произвела 62 миллиона метрических тонн бокситов в 2005 году. Австралийские месторождения имеют некоторые проблемы с переработкой, некоторые из которых содержат большое количество кремнезема, но имеют то преимущество, что они мелкие и относительно легко добываются. ^[14]

Приложения

Общее использование

Кусок алюминиевого металла длиной около 15 сантиметров.

Относительно чистый алюминий получают только тогда, когда коррозионная стойкость или обрабатываемость более важны, чем прочность или твердость.Этот металл легко образует сплавы со многими элементами, такими как медь, цинк, магний, марганец и кремний. Алюминиевые сплавы являются жизненно важными компонентами самолетов и ракет из-за их высокого отношения прочности к весу. Сегодня почти все объемные металлические материалы, которые условно называют «алюминием», на самом деле являются сплавами. Например, обычная алюминиевая фольга – это сплавы, содержащие 92-99% алюминия. ^[15]

Некоторые из многих применений металлического алюминия:

• Транспорт (особенно автомобили, самолеты, грузовики, железнодорожные вагоны, морские суда и велосипеды)
• Упаковка (например, банки и фольга)
• Оптические покрытия и зеркала, в которых тонкий слой алюминия нанесен на плоскую поверхность.
• Водоподготовка
• Лечение паразитов рыб, таких как Gyrodactylus salaris
• Конструкция (окна, двери, сайдинг, строительная проволока и т. Д.)
• Кухонная утварь
• Линии электропередачи для распределения электроэнергии
• Сталь MKM и магниты Alnico
• Алюминий особой чистоты (SPA, от 99,980 до 99,999 процентов Al), используемый в электронике и компакт-дисках.
• Радиаторы для электронных устройств, таких как транзисторы и процессоры.
• Порошок алюминия используется в красках и пиротехнике, например в твердом ракетном топливе и термитах.
• Лезвия опорных мечей и ножей, используемых в сценических боях.

Компаунды алюминия

• Сульфат алюминия и аммония ([Al (NH ₄ )] (SO ₄ ) ₂ ), квасцы аммония используются в качестве протравы, при очистке воды и очистке сточных вод, в производстве бумаги, как пищевая добавка, и при дублении кожи.

• Ацетат алюминия – это соль, используемая в растворе как вяжущее средство.

• Борат алюминия (Al ₂ O ₃ B ₂ O ₃ ) используется в производстве стекла и керамики.

• Боргидрид алюминия (Al (BH ₄ ) ₃ ) используется в качестве добавки к авиационному топливу.

• Хлорид алюминия (AlCl ₃ ) используется: в производстве красок, в антиперспирантах, в нефтепереработке и производстве синтетического каучука.

• Хлоргидрид алюминия используется в качестве антиперспиранта и при лечении гипергидроза.

• Фторосиликат алюминия (Al ₂ (SiF ₆ ) ₃ ) используется в производстве синтетических драгоценных камней, стекла и керамики.

• Гидроксид алюминия (Al (OH) ₃ ) используется: в качестве антацида, протравы, при очистке воды, в производстве стекла и керамики, а также в гидроизоляции тканей.

• Оксид алюминия (Al ₂ O ₃ ), оксид алюминия, встречается в природе в виде корунда (рубины и сапфиры), наждака и используется в производстве стекла.Синтетические рубин и сапфир используются в лазерах для получения когерентного света.

• Сульфат алюминия (Al ₂ (SO ₄ ) ₃ ) используется: в производстве бумаги, в качестве протравы, в огнетушителях, при очистке воды и очистке сточных вод, в качестве пищевой добавки. , в огнезащите и дублении кожи.

• Во многих вакцинах определенные соли алюминия служат в качестве иммунного адъюванта (усилителя иммунного ответа), позволяя белку вакцины достичь достаточной эффективности в качестве иммуностимулятора.

Алюминиевые сплавы в конструкциях

Алюминиевые сплавы с широким спектром свойств используются в инженерных сооружениях. Системы сплавов классифицируются по системе счисления (ANSI) или по названиям, указывающим на их основные легирующие компоненты (DIN и ISO).

Алюминий широко используется во многих местах благодаря высокому соотношению прочности и веса. Однако дизайнер, привыкший работать со сталью, обнаружит, что алюминий менее гибок. Проблемы часто могут быть решены путем изменения размеров деталей специально для решения проблем жесткости.

Прочность и долговечность алюминиевых сплавов сильно различаются не только в результате компонентов конкретного сплава, но также в результате термической обработки и производственных процессов. Незнание этих аспектов время от времени приводило к неправильно спроектированным конструкциям и ухудшало репутацию алюминия.

Одним из важных конструктивных ограничений алюминиевых сплавов является их усталостная прочность. В отличие от сталей, алюминиевые сплавы не имеют четко определенного предела выносливости, а это означает, что усталостное разрушение в конечном итоге произойдет даже при очень малых циклических нагрузках.Это означает, что инженеры должны оценивать эти нагрузки и рассчитывать на фиксированный срок службы, а не на бесконечный срок службы.

Еще одним важным свойством алюминиевых сплавов является их чувствительность к нагреванию. Рабочие процедуры, связанные с нагревом, усложняются тем фактом, что алюминий, в отличие от стали, плавится, не загораясь сначала красным светом. Поэтому операции по формовке с использованием паяльной лампы требуют определенных навыков, поскольку никакие визуальные признаки не показывают, насколько близок материал к плавлению. Алюминиевые сплавы, как и все конструкционные сплавы, также подвержены внутренним напряжениям после операций нагрева, таких как сварка и литье.Проблема с алюминиевыми сплавами в этом отношении заключается в их низкой температуре плавления, что делает их более восприимчивыми к деформациям из-за снятия напряжения, вызванного термическим воздействием. Контролируемое снятие напряжений может быть выполнено во время производства путем термообработки деталей в печи с последующим постепенным охлаждением – по сути, отжига напряжений.

Низкая температура плавления алюминиевых сплавов не препятствовала их использованию в ракетной технике; даже для использования при создании камер сгорания, где газы могут достигать 3500 К. В двигателе верхней ступени Agena использовалась алюминиевая конструкция с рекуперативным охлаждением для некоторых частей сопла, включая критичную с термической точки зрения горловину; Фактически, чрезвычайно высокая теплопроводность алюминия не позволяла горловине достигать точки плавления даже при сильном тепловом потоке, что привело к созданию надежного и легкого компонента.

Электропроводка бытовая

Алюминий имеет около 65 процентов проводимости меди, традиционного материала для бытовой электропроводки. В 1960-х годах алюминий был значительно дешевле, чем медь, и поэтому был введен в бытовую электропроводку в Соединенных Штатах, хотя многие приспособления не были рассчитаны на использование алюминиевой проволоки. Однако в некоторых случаях более высокий коэффициент теплового расширения алюминия заставляет провод расширяться и сжиматься относительно разнородного металлического винтового соединения, в конечном итоге ослабляя соединение.Кроме того, чистый алюминий имеет тенденцию «ползать» при постоянном постоянном давлении (в большей степени при повышении температуры), снова ослабляя соединение. Наконец, гальваническая коррозия из-за разнородных металлов увеличила электрическое сопротивление соединения.

Все это привело к перегреву и ослаблению соединений, что, в свою очередь, привело к некоторым пожарам. Затем строители стали опасаться использования проволоки, и многие юрисдикции запретили ее использование в очень маленьких размерах в новом строительстве.В конце концов, были введены более новые приспособления с соединениями, предназначенными для предотвращения ослабления и перегрева. Сначала они были помечены как «Al / Cu», но теперь они имеют кодировку «CO / ALR». В старых сборках рабочие предупреждают проблему нагрева, используя правильно выполненный обжим алюминиевого провода на коротком «косичке» из медного провода. Сегодня для алюминиевой проводки в сочетании с алюминиевыми выводами используются новые сплавы, конструкции и методы.

Меры предосторожности

Алюминий – нейротоксин, изменяющий функцию гематоэнцефалического барьера. ^[16] Это один из немногих распространенных элементов, который, по-видимому, не имеет полезной функции в живых клетках. У небольшого процента людей есть аллергия на него – они испытывают контактный дерматит от любой его формы: зудящая сыпь от использования кровоостанавливающих или антиперспирантных средств, расстройства пищеварения, неспособность усваивать питательные вещества из пищи, приготовленной в алюминиевых кастрюлях, а также рвота и другие симптомы отравления от приема внутрь таких продуктов, как Амфоджель и Маалокс (антациды). У других людей алюминий не считается таким токсичным, как тяжелые металлы, но есть свидетельства некоторой токсичности, если он потребляется в чрезмерных количествах.Использование алюминиевой посуды, популярной из-за ее коррозионной стойкости и хорошей теплопроводности, не привело к токсичности алюминия в целом. Чрезмерное употребление антацидов, содержащих соединения алюминия, и чрезмерное использование алюминийсодержащих антиперспирантов являются более вероятными причинами токсичности. В исследовании, опубликованном в журнале Journal of Applied Toxicology, доктор Филиппа Д. Дарби из Университета Рединга показала, что соли алюминия увеличивают экспрессию генов, связанных с эстрогеном, в клетках рака груди человека, выращенных в лаборатории.Эстрогеноподобные эффекты этих солей привели к их классификации как металлоэстрогены.

Было высказано предположение, что алюминий является причиной болезни Альцгеймера, поскольку было обнаружено, что некоторые бляшки головного мозга содержат этот металл. Исследования в этой области были безрезультатными; Накопление алюминия может быть следствием болезни Альцгеймера, а не причиной. В любом случае, если есть какая-либо токсичность алюминия, она должна быть связана с очень специфическим механизмом, поскольку общее воздействие этого элемента на человека в виде встречающейся в природе глины в почве и пыли чрезвычайно велико в течение всей жизни. ^{[17] [18]}

Ртуть, нанесенная на поверхность алюминиевого сплава, может повредить защитную оксидную поверхностную пленку, образуя амальгаму. Это может вызвать дальнейшую коррозию и ослабление конструкции. По этой причине ртутные термометры не разрешены на многих авиалайнерах, поскольку алюминий используется во многих конструкциях самолетов.

Порошковый алюминий может реагировать с Fe ₂ O ₃ с образованием Fe и Al ₂ O ₃ . Эта смесь известна как термит, который горит с высоким выходом энергии.Во время шлифовки может непреднамеренно образоваться термит, но высокая температура воспламенения делает инциденты маловероятными в большинстве мастерских.

Алюминий и растения

Алюминий является одним из основных факторов, способствующих снижению продуктивности растений на кислых почвах. Хотя в целом это безвредно для роста растений в почвах с нейтральным pH, концентрация в кислых почвах токсичных катионов Al ³⁺ увеличивается и нарушает рост и функцию корней.

Адаптация пшеницы к толерантности к алюминию такова, что алюминий вызывает высвобождение органических соединений, которые связываются с вредными катионами алюминия.Считается, что сорго обладает таким же механизмом толерантности. Первый ген толерантности к алюминию был идентифицирован у пшеницы. Группа из Министерства сельского хозяйства США показала, что устойчивость сорго к алюминию контролируется одним геном, как и у пшеницы. Так обстоит дело не со всеми растениями.

Орфография

Этимология / история номенклатуры

Самая ранняя ссылка, приведенная в Оксфордском словаре английского языка для любого слова, использованного в качестве названия для этого элемента, – это алюминий , , который Хэмфри Дэви использовал в 1808 году для металла, который он пытался изолировать электролитически от минерала – оксида алюминия. Цитата из его журнала Philosophical Transactions : «Если бы мне повезло, что я раздобыл металлические вещества, которые искал, я бы предложил им названия кремния, алюминия, циркония и глюция. . ” ^[19]

К 1812 году Дэви остановился на алюминии , , который (как отмечают другие источники) соответствует своему латинскому корню. Он написал в журнале Chemical Philosophy : «Алюминий еще не был получен в совершенно свободном состоянии.« ^[20] Но в том же году анонимный участник Quarterly Review, британского политико-литературного журнала, возразил против aluminium и предложил название aluminium, », так что мы позволим себе позволить писать это слово вместо алюминия, имеющего менее классический звук ». ^[21]

Суффикс -ium имел то преимущество, что соответствовал прецеденту, установленному в других недавно открытых элементах того времени: калий, натрий, магний, кальций и стронций (все из которых Дэви выделил сам).Тем не менее, варианты написания элементов -um были известны в то время, как, например, платина, известная европейцам с шестнадцатого века, молибден, открытый в 1778 году, и тантал, открытый в 1802 году.

Американцы использовали -ium на протяжении большей части девятнадцатого века, при этом алюминий фигурирует в словаре Вебстера 1828 года. Однако в 1892 году Чарльз Мартин Холл использовал написание -um в рекламной листовке для своего нового электролитического метода. производства металла, несмотря на то, что он постоянно использовал написание -ium во всех патентах, которые он подал между 1886 и 1903 годами. ^[22] Следовательно, было высказано предположение, что орфография отражает более легкое произнесение слова с одним меньшим количеством слогов или что написание на листовке было орфографической ошибкой. Доминирование Холла в производстве металла привело к тому, что написание « алюминий » стало стандартом в Северной Америке; Однако в несокращенном словаре Вебстера от 1913 года по-прежнему использовалась версия -ium .

В 1926 году Американское химическое общество официально решило использовать в своих публикациях алюминий ; Американские словари обычно обозначают написание aluminium как британский вариант.

Современное правописание

В Великобритании и других странах, использующих британское написание, используется только , алюминий, . В Соединенных Штатах написание алюминий в значительной степени неизвестно, а написание алюминий преобладает. ^{[23] [24]} Канадский Оксфордский словарь предпочитает алюминия, , тогда как Австралийский словарь Маккуори предпочитает алюминий .

В других англоязычных странах написание (и связанное с ним произношение) aluminium и aluminium широко используется в научном и ненаучном контекстах.Написание практически на всех других языках аналогично окончанию -ium .

Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) принял aluminium в качестве стандартного международного названия элемента в 1990 году, но три года спустя признал aluminium приемлемым вариантом. Следовательно, их таблица Менделеева включает оба, но ставит алюминия на первое место. ^[25] ИЮПАК официально предпочитает использовать алюминий в своих внутренних публикациях, хотя в нескольких публикациях ИЮПАК используется написание « алюминий».

См. Также

Банкноты

1. ↑ Йинон Бентор. Таблица Менделеева: Алюминий ChemicalElements.com. Проверено 13 августа 2007 года.
2. ↑ Пьер Бертье. Сегодня в истории науки . Проверено 13 августа 2007 года.
3. ↑ Название книги Девиля: De l’aluminium, ses propriétés, sa factory (Париж, 1859 г.). Вероятно, что Девиль также думал об электролизе оксида алюминия, растворенного в криолите. Однако Чарльз Мартин Холл и Пол Эру, возможно, разработали более практичный метод после Девиля.
4. ↑ С. Венецкий, 1969. «Серебро» из глины. Металлург 13 (7): 451-453.
5. ↑ Журнал ChemMatters . (1990): 14
6. ↑ Джордж Дж. Бинчевски, 1995. Острие памятника: история алюминиевого колпака памятника Вашингтону. Проверено 13 августа 2007 года.
7. ↑ Термин бедных металлов (или пост-переходных металлов ) относится к металлическим элементам в p-блоке периодической таблицы. Их точки плавления и кипения обычно ниже, чем у переходных металлов, а их электроотрицательность выше, а также они более мягкие.Помимо алюминия в группу входят галлий, индий, таллий, олово, свинец и висмут.
8. ↑ Polmear, I. J. 1995. Легкие сплавы . Лондон, Великобритания: Arnold Publishers. ISBN 0750663715
9. ↑ Там же.
10. ↑ Температуры в этом разделе кажутся предметом разногласий.
11. ↑ Кластеры атомов алюминия, обладающие свойствами других элементов, открывают новую форму химии. Эберли Колледж Науки. Проверено 13 августа 2007 года.
12. ↑ Роберт Т.Додд, 1986. Грозовые камни и падающие звезды. (Кембридж, Массачусетс: издательство Гарвардского университета), 89-90.
13. ↑ Австралийская промышленность. Австралийский алюминиевый совет. Проверено 13 августа 2007 года.
14. ↑ Австралийский боксит. Австралийский алюминиевый совет. Проверено 13 августа 2007 года.
15. ↑ Л. С. Миллберг, Алюминиевая фольга. Как производятся продукты. Проверено 13 августа 2007 года.
16. ↑ В.А.Бэнкс и А.Дж. Кастин. 1989. Алюминий-индуцированная нейротоксичность: изменения мембранной функции гематоэнцефалического барьера. Neurosci Biobehav Rev 13 (1): 47-53.
17. ↑ Болезнь Альцгеймера и Алюминий. Национальный институт наук об окружающей среде. Проверено 13 августа 2007 года.
18. ↑ Майкл Хопкин, 2006. Смерть жертвы болезни Альцгеймера связана с загрязнением алюминием. новости @ nature.com .
19. ↑ alumium, Oxford English Dictionary, 2-е изд. Под редакцией Я.А. Симпсон и E.S.C. Вайнер. (Оксфорд, Великобритания: Clarendon Press, 1989). OED Online Oxford University Press.По состоянию на 29 октября 2006 г. Цитата указана как «1808 SIR H. DAVY in Phil. Trans. XCVIII. 353.» Многоточие в цитате такое же, как в цитате OED .
20. ↑ «алюминий», Там же. Цитата указана как “1812 SIR H. DAVY Chem. Philos. I. 355″
21. ↑ «алюминий», Там же. Ссылка указана как «1812 Q. Rev. VIII. 72».
22. ↑ Питер Мейерс. Производство алюминия. История фтора, фторида и фторирования.Проверено 13 августа 2007 года.
23. ↑ Greenwood, N. N .; И Эрншоу, А. 1997. Химия элементов (2-е изд.) . Оксфорд, Великобритания: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4.
24. ↑ Джон Бремнер. 1980. Слова о словах: Словарь для писателей и других, кому небезразличны слова. (Нью-Йорк, Нью-Йорк: издательство Колумбийского университета), 22–23.
25. ↑ Периодическая таблица элементов ИЮПАК. Проверено 13 августа 2007 года.

Список литературы

• Бремнер, Джон.1980. Слова о словах: Словарь для писателей и других, кому небезразличны слова. Нью-Йорк, Нью-Йорк: издательство Колумбийского университета. ISBN 0231044933
• Чанг, Раймонд. 2006. Химия, 9 изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Science / Engineering / Math. ISBN 0073221031.
• Коттон, Ф. Альберт и Джеффри Уилкинсон. 1980. Продвинутая неорганическая химия, 4-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley. ISBN 0471027758.
• Додд, Роберт Т. 1986. Грозовые камни и падающие звезды. Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета. ISBN 06748

  .

• Гринвуд, Н.Н., и А. Эрншоу. 1998. Химия элементов, 2-е изд. Оксфорд, Великобритания; Берлингтон, Массачусетс: Баттерворт-Хайнеманн, Elsevier Science. ISBN 0750633654. Онлайн-версия доступна здесь. Проверено 11 августа, 2007.
• Los Alamos National Laboratory Periodic Table Aluminium. Химический отдел Лос-Аламосской национальной лаборатории . Проверено 11 августа, 2007.
• Полмеар, И.J. 1995. Легкие сплавы. Лондон, Великобритания: Arnold Publishers. ISBN 0750663715

Внешние ссылки

Все ссылки получены 17 мая 2021 г.

кредитов

New World Encyclopedia Писатели и редакторы переписали и дополнили статью Wikipedia в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства.Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia, , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедию Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Фактов об алюминии

Алюминий в изобилии

Алюминий – третий по содержанию элемент в земной коре после кислорода и кремния. Другими словами, алюминия в этом мире больше, чем железа, а наших ресурсов хватит на многие поколения при сегодняшнем потреблении алюминия.

Алюминий легкий

Кусок из алюминия весит всего одну треть от изделия из стали (2,7 г / см3). Небольшой вес алюминия не только упрощает обращение с ним на заводе или строительной площадке, но и снижает потребление энергии при транспортировке, что делает алюминий не только легким и универсальным материалом, но и экономически выгодным.

Алюминий сохраняет пищу свежей

Алюминиевая фольга отражает и тепло, и свет, и полностью непроницаема, что означает отсутствие ни вкуса, ни аромата, ни света. Эта особенность делает его идеальным для консервирования продуктов, и он уже широко используется как в пищевой промышленности, так и в частных домах. Эффективное консервирование продуктов питания также ведет к сокращению количества отходов.

Алюминий легко поддается формовке

Алюминий очень пластичен, и ему можно придать любую форму, от рамы велосипедов и корпусов лодок до корпусов компьютеров и кухонной утвари.Его легко обрабатывать как в холодном, так и в горячем состоянии, а также мы можем создавать различные сплавы. Алюминиевые сплавы обычно используются для улучшения свойств алюминия для конкретных инженерных конструкций и компонентов, где важен легкий вес или устойчивость к коррозии. Чаще всего в алюминиевых сплавах используются магний, кремний, марганец, цинк и медь. Таким образом, алюминий предлагает полную свободу дизайна и подходит для широкого спектра применений.

Алюминий – отличный отражатель

Алюминий отражает и тепло, и свет, улавливая тепло и холод под своим покровом, что делает его идеальным как для консервирования продуктов, так и для использования в качестве одеял на случай чрезвычайных ситуаций.И осветительные приборы, зеркала, обертки от шоколада, оконные рамы и многое другое. Кроме того, высокая энергоэффективность отражателей снижает потребление энергии, что усиливает превосходство алюминия над большинством металлов.

Алюминий неприхотливый

Алюминий реагирует с кислородом воздуха, образуя защитное оксидное покрытие, которое делает его устойчивым к коррозии. Это означает меньше обслуживания и замен по сравнению с металлами, такими как железо или сталь. Снижение затрат на обслуживание и меньшая потребность в замене – хорошие новости как для окружающей среды, так и для общего бюджета любого проекта.

Алюминий подлежит вторичной переработке без ограничений

Немногие материалы перерабатываются так же легко, как алюминий. Для переработки алюминия требуется всего 5% от первоначальной производственной энергии, и ни одно из свойств материала алюминия не теряется в процессе переработки. Это объясняет, почему почти 75% всего когда-либо произведенного алюминия все еще используется.

Обновлено: 20 октября 2020 г.

Разница между сплавом и алюминием

3 апреля 2011 г. Автор: Мадху

Ключевое различие между сплавом и алюминием заключается в том, что сплав представляет собой вещество, образованное в результате смешения двух или более различных химических элементов, тогда как алюминий – это химический элемент, который мы можем найти на Земле. корка как металл.

Алюминий – это металлический элемент серебристо-белого цвета, который в изобилии встречается в земной коре. Хотя он составляет почти 8% земной коры, он не встречается в природе в виде свободного металла, так как химически слишком активен. С другой стороны, сплав – это вещество, состоящее из нескольких химических элементов. Алюминий имеет широкий спектр применения при производстве сплавов, потому что, когда мы превращаем металл в сплав, он улучшает свойства металла.Следовательно, становится более полезным использовать сплав, а не отдельный металл.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое сплав
3. Что такое алюминий
4. Сравнение бок о бок – сплав и алюминий в табличной форме
5. Резюме

Что такое сплав?

Сплав – это вещество, в котором мы объединяем несколько химических элементов для улучшения свойств металла. Для производства сплава мы можем комбинировать два или более металлов или металл и другой химический элемент.В любом случае он образует нечистое вещество, потому что в сплаве есть несколько компонентов. Мы называем это «примесью». Он сохраняет и улучшает характеристики металла. Однако это не нечистый металл, потому что мы производим сплав, добавляя компоненты в контролируемых условиях и в определенных количествах, которые обеспечивают желаемые свойства. В частности, один или несколько компонентов сплава должны быть металлом.

Рисунок 01: Бронза – это сплав

Самый распространенный и самый старый метод производства сплава – это нагрев металла до температуры, превышающей его точку плавления, для растворения других компонентов в расплавленной жидкости.Это возможно, даже если температура плавления растворенных веществ намного выше этой температуры. Однако этот метод бесполезен для металлов и элементов, имеющих очень высокую температуру плавления; например. Железо и углерод. Там мы должны использовать технику твердотельной диффузии, чтобы сделать сплав. Или же мы можем использовать метод, в котором все компоненты, участвующие в процессе легирования, находятся в их газообразном состоянии.

Типы

Существует два основных типа сплавов, которые могут образовываться во время производства сплава, а именно сплавы замещения и сплавы внедрения.Эти две формы отличаются друг от друга по механизму образования сплава. Сплавы замещения образуются по механизму обмена атомами, в то время как сплавы внедрения образуются по механизму внедрения. Короче говоря, механизм обмена атомами возникает, когда атомы составляющих относительно похожи по размеру, тогда как межузельный механизм возникает, когда один тип атомов намного меньше, чем другой тип атомов.

Что такое алюминий?

Алюминий – это химический элемент, имеющий атомный номер 13 и химический символ Al.Он выглядит как серебристо-белый мягкий металл. Более того, он немагнитен и очень пластичен. На Земле его много (8% земной коры). Этот металл очень химически активен. Поэтому отечественные образцы алюминия найти сложно. Особенно этот металл имеет низкую плотность. Таким образом, он легкий и способен противостоять коррозии за счет образования оксидного слоя на его поверхности.

Некоторые химические факты об этом металле следующие:

• Химический знак – Al.
• Атомный номер 13.
• Электронная конфигурация [Ne] 3s ² 3p ¹
• Стандартный атомный вес 26,98.
• При комнатной температуре и давлении находится в твердом состоянии
• Температура плавления 660,32 ° C
• Температура кипения 2470 ° C
• Наиболее стабильная степень окисления +3.

Рисунок 02: Металлический алюминий

При рассмотрении сплавов алюминия типичными легирующими компонентами являются медь, магний, цинк, кремний и олово.Есть две формы алюминиевых сплавов: литейные сплавы и деформируемые сплавы. Мы можем разделить обе эти группы на две группы: термически обрабатываемые и нетермообрабатываемые алюминиевые сплавы. Однако около 85% полезных алюминиевых сплавов – это деформируемые формы.

В чем разница между сплавом и алюминием?

Алюминий – это химический элемент, а сплав – смесь нескольких химических элементов. Следовательно, ключевое различие между сплавом и алюминием состоит в том, что сплав – это вещество, образованное в результате смешения двух или более различных химических элементов, тогда как алюминий – это химический элемент, который мы можем найти в земной коре в виде металла.В чистом виде алюминий не используется из-за его низкой прочности на разрыв, но находит широкое применение, когда его сплавы изготавливаются с добавлением таких элементов, как цинк, марганец, медь и магний.

Резюме – сплав против алюминия

Алюминий – это металл, который в изобилии встречается в земной коре. С другой стороны, сплав – это вещество, которое образуется в результате смешения двух или более разных элементов. Ключевое различие между сплавом и алюминием состоит в том, что сплав – это вещество, образованное в результате смешения двух или более различных химических элементов, тогда как алюминий – это химический элемент, который мы можем найти в земной коре в виде металла.

Артикул:

1. «Алюминий». Википедия, Фонд Викимедиа, 18 октября 2018 г. Доступно здесь
2. «Сплав». Википедия, Фонд Викимедиа, 27 сентября 2018 г. Доступно здесь

Изображение предоставлено:

1. «Türzieher Bremen 1405» Автор: Альфред Лёр – Собственная работа (общественное достояние) через Commons Wikimedia
2. «Алюминий-4» Автор неизвестен (CC BY 3.0) через Commons Wikimedia

It’s Elemental – Элемент Aluminium

Что в названии? От латинского слова, обозначающего квасцы, alumen .

Сказать что? Алюминий произносится как ah-LOO-men-em .

Хотя алюминий является самым распространенным металлом в земной коре, он никогда не встречается в природе свободным. Весь земной алюминий соединился с другими элементами, образуя соединения. Двумя наиболее распространенными соединениями являются квасцы, такие как сульфат алюминия и калия (KAl (SO ₄ ) ₂ · 12H ₂ O) и оксид алюминия (Al ₂ O ₃ ). Около 8,2% земной коры состоит из алюминия.

Ученые подозревали, что неизвестный металл существует в квасцах еще в 1787 году, но у них не было способа извлечь его до 1825 года. Датский химик Ганс Кристиан Эрстед был первым, кто произвел небольшое количество алюминия. Два года спустя немецкий химик Фридрих Велер разработал другой способ получения алюминия. К 1845 году он смог произвести образцы достаточно большого размера, чтобы определить некоторые из основных свойств алюминия. Метод Веллера был усовершенствован в 1854 году французским химиком Анри Этьеном Сент-Клер Девиль.Процесс Девиля позволил коммерческое производство алюминия. В результате цена на алюминий упала с примерно 1200 долларов за килограмм в 1852 году до примерно 40 долларов за килограмм в 1859 году. К сожалению, алюминий оставался слишком дорогим для широкого использования.

Два важных события 1880-х годов значительно увеличили доступность алюминия. Первым было изобретение нового способа получения алюминия из оксида алюминия. Чарльз Мартин Холл, американский химик, и Поль Л. Т. Эру, французский химик, независимо изобрели этот процесс в 1886 году.Вторым было изобретение нового процесса, позволяющего дешево получать оксид алюминия из бокситов. Боксит – это руда, содержащая большое количество гидроксида алюминия (Al ₂ O ₃ · 3H ₂ O), а также другие соединения. Карл Йозеф Байер, австрийский химик, разработал этот процесс в 1888 году. Процессы Холла-Эру и Байера до сих пор используются для производства почти всего алюминия в мире.

С легкого способа извлечения алюминия из оксида алюминия и легкого способа извлечения больших количеств оксида алюминия из бокситов началась эра недорогого алюминия.В 1888 году Холл основал Pittsburgh Reduction Company, которая теперь известна как «Алюминиевая компания Америки» или Alcoa. Когда он открылся, его компания могла производить около 25 килограммов алюминия в день. К 1909 году его компания производила около 41 000 килограммов алюминия в день. В результате такого огромного увеличения предложения цена на алюминий быстро упала примерно до 0,60 доллара за килограмм.

Сегодня алюминий и алюминиевые сплавы используются в самых разных продуктах: консервных банках, пленке и кухонной утвари, а также в деталях самолетов, ракет и других изделиях, для которых требуется прочный и легкий материал.Хотя он не проводит электричество так же хорошо, как медь, он используется в линиях электропередачи из-за своего небольшого веса. Его можно наносить на поверхность стекла для изготовления зеркал, где быстро образуется тонкий слой оксида алюминия, который действует как защитное покрытие. Оксид алюминия также используется для изготовления синтетических рубинов и сапфиров для лазеров.

Что такое алюминиевые сплавы?

Алюминиевые сплавы невероятно универсальны, прочны и надежны. По этой причине они очень востребованы в машиностроении, строительстве и автомобилестроении, являясь одним из самых распространенных металлических материалов наряду со сталью.Продолжайте читать, чтобы узнать больше о качествах, применении и уникальных характеристиках алюминиевых сплавов. Хотя алюминий обладает удивительными свойствами как чистый элемент, он может быть недостаточно прочным для обеспечения высокой прочности. По этой причине его можно комбинировать с другими элементами, чтобы формировать сплавы, которые экспоненциально более долговечны и подходят для промышленного применения. Алюминиевые сплавы особенно желательны, когда инженеры стремятся уменьшить вес объекта (например, самолета) без ущерба для прочности.

Что такое алюминиевые сплавы?

• Перки и приложения

По сей день алюминий является одним из самых популярных цветных металлов, используемых в строительстве, машиностроении и промышленности, и это совсем не удивительно. Не так много материалов, которые были бы такими же прочными, работоспособными и универсальными, как алюминиевые сплавы. Хотя инженеры и производители широко ценят их за свои свойства, большинство людей могут не знать о свойствах алюминия.На что способен этот металл? Когда большинство людей думают об этом элементе, они определенно не имеют никакого отношения к ученым-ракетостроителям или передовой автомобильной инженерии! Первое, что приходит в голову большинству людей, это, несомненно, посуда или, возможно, другие предметы домашнего обихода.

Однако этот замечательный элемент невероятно универсален, и его нельзя использовать только для изготовления необычных кастрюль и сковородок! Алюминий – действительно замечательный металл, известный своей прочностью, гибкостью и универсальностью.Благодаря своим востребованным свойствам алюминий используется во многих отраслях промышленности и представляет собой фантастическую альтернативу для многих областей применения, начиная от изоляции и заканчивая кухонной утварью, строительством, прототипированием и т. Д. Особой популярностью пользуются и алюминиевые сплавы.

• Что такое алюминиевый сплав?

«Сплав» – это смесь различных металлических элементов, часто созданная для повышения прочности и долговечности материала. Алюминиевый сплав обычно состоит из последнего в качестве основного металла в смеси, часто в сочетании с другими элементами, такими как кремний, олово, марганец или даже медь, олово и магний, в зависимости от желаемого применения.При правильном сочетании элементов алюминий может стать намного прочнее, а в некоторых случаях даже превзойти сталь. Сплавы обладают теми же преимуществами, что и чистый алюминий, а также относительно рентабельны, поскольку имеют более низкую температуру плавления.

• Наиболее популярные области применения алюминиевого сплава

> Аэрокосмическая и автомобильная промышленность

Вы часто встретите алюминиевые сплавы в контексте инженерии, а также при создании легких компонентов и коррозионно-стойких металлических деталей.Одна из отраслей, которая в значительной степени полагается на алюминиевые сплавы в аэрокосмической, а также автомобильной промышленности. В этом конкретном контексте алюминиевый сплав становится все более важным материалом. Это потому, что он может снизить вес транспортного средства, тем самым максимизируя его эффективность и экономичность в долгосрочной перспективе. В дополнение к этому, долговечность алюминиевого сплава также делает его безопасным вариантом, поскольку он действительно хорошо проходит краш-тесты и превышает требования большинства норм безопасности во всем мире.Алюминий намного легче стали (около одной трети своего веса), и он позволяет производителям создавать прочные металлические детали, не добавляя лишнего веса, который снижает производительность их транспортных средств.

> Строительство

Высокопрочный алюминиевый сплав

также является очень популярным инструментом в строительстве. Сталь по-прежнему остается одним из основных материалов в строительстве, но на втором месте стоят алюминиевые сплавы. При возведении современных небоскребов и сооружений очень важно учитывать прочность и безопасность.Дополнительные преимущества высокой коррозионной стойкости и низкой воспламеняемости, а также естественные изоляционные свойства алюминия делают его идеальным выбором. В последние годы алюминий получил высокую оценку на международном уровне за использование в конструкциях, где существует вероятность возникновения пожара. Для повышения температуры алюминия на один градус требуется примерно в два раза больше тепла по сравнению с аналогичной массой стали. Кроме того, алюминий не горит на воздухе, не вызывает дыма и других токсичных паров.

> Электротехника и электроника

Алюминий часто используется в электротехнике и электронике, поскольку он не вызывает никаких магнитных помех. Алюминий, в отличие от других металлов, на самом деле неферромагнитен, что делает его очень ценным и важным для электронного производства, электрического экранирования и других приложений.

> и более того …

Помимо того, что он чрезвычайно прочен, алюминиевый сплав, особенно когда используется магний, менее воспламеняем по сравнению с другими сплавами и менее подвержен коррозии.Очень важно выбрать лучший алюминиевый сплав для каждого конкретного применения, учитывая, среди прочего, такие факторы, как ковкость, плотность, пластичность и прочность на разрыв.

Неудивительно, что крупные организации, такие как НАСА и несколько армий по всему миру, доверяют алюминиевым сплавам для многих важных приложений. Если это не было достаточно убедительным свидетельством огромной прочности алюминия, вот еще одно для вас: клетки для акул!

Акулы – одни из самых старых и самых смертоносных машин для убийства на планете Земля, и их укус достаточно силен, чтобы сломать китовые кости и разорвать человеческие конечности, как горячий клинок, проходящий через топленое масло.Однако они не могут пройти через клетки из алюминиевого сплава! Морская вода очень агрессивна по отношению к металлам из-за ее кислотности и солености. Однако, как упоминалось ранее, алюминий очень устойчив к коррозии. В дополнение к этому, он обладает действительно хорошей плавучестью, а это означает, что он имеет тенденцию чувствовать себя легче в воде.

Заключительные наблюдения

Итак, вот оно, взгляд на многогранность алюминиевых сплавов. Эти невероятно многогранные материалы обеспечивают большую универсальность производителям и производителям, и они также становятся все более популярными.

В заключение, это лишь некоторые из вещей, которые делают алюминий фантастическим. От крупных государственных учреждений до огромных корпораций и небольших независимых производителей – многие люди ценят преимущества и преимущества алюминия и многих связанных с ним сплавов, которые часто являются синонимом гибкости, прочности и надежности

---

Источники и дополнительная литература

http://www.alcotec.com/us/en/education/knowledge/techknowledge/understanding-the-alloys-of-aluminium.