Кожен хімічний елемент можна розглянути з погляду трьох наук: фізики, хімії та біології. І в цій статті ми постараємося якнайточніше дати характеристику алюмінію. Це хімічний елемент, що знаходиться в третій групі та третьому періоді, згідно з таблицею Менделєєва. Алюміній - метал, який має середню хімічну активність. Також у його сполуках можна спостерігати амфотерні властивості. Атомна маса алюмінію становить двадцять шість грамів на моль.

Фізична характеристика алюмінію

За нормальних умов він є твердою речовиною. Формула алюмінію дуже проста. Він складається з атомів (не об'єднаються в молекули), які вибудовані за допомогою кристалічних ґрат у суцільну речовину. Колір алюмінію – сріблясто-білий. Крім того, він має металевий блиск, як і всі інші речовини цієї групи. Колір алюмінію, що використовується в промисловості, може бути різним у зв'язку із присутністю у сплаві домішок. Це досить легкий метал.

Його щільність дорівнює 2,7 г/см3, тобто приблизно втричі легше, ніж залізо. У цьому він може поступитися хіба що магнію, який ще легше за аналізований метал. Твердість алюмінію є досить низькою. У ній він поступається більшості металів. Тому для її посилення в сплави на основі даного металу додають твердіші.

Плавлення алюмінію відбувається при температурі всього 660 градусів за шкалою Цельсія. А закипає він при нагріванні до температури дві тисячі чотириста п'ятдесят два градуси за Цельсієм. Це дуже пластичний та легкоплавкий метал. На цьому фізична характеристикаалюмінію не закінчується. Ще хотілося б відзначити, що даний метал має найкращу після міді та срібла електропровідність.

Поширеність у природі

Алюміній, технічні характеристики якого ми щойно розглянули, досить часто зустрічається у навколишньому середовищі. Його можна спостерігати у складі багатьох мінералів. Елемент алюміній – четвертий серед усіх за поширеністю у природі. Його в земної користановить майже дев'ять відсотків. Основні мінерали, у складі яких присутні його атоми, це боксит, корунд, кріоліт. Перший - це гірська порода, що складається з оксидів заліза, кремнію і металу, що розглядається, також у структурі присутні молекули води. Він має неоднорідне забарвлення: фрагменти сірого, червонувато-коричневого та інших кольорів, які залежать від різних домішок. Від тридцяти до шістдесяти відсотків цієї породи – алюміній, фото якого можна побачити вище. Крім того, дуже поширеним у природі мінералом є корунд.

Це оксид алюмінію. Його хімічна формула – Al2O3. Він може мати червоний, жовтий, блакитний або коричневий колір. Його твердість за шкалою Моос становить дев'ять одиниць. До різновидів корунду належать усім відомі сапфіри та рубіни, лейкосапфіри, а також падпараджу (жовтий сапфір).

Кріоліт - це мінерал, що має складнішу хімічну формулу. Він складається з фторидів алюмінію та натрію - AlF3.3NaF. Виглядає як безбарвний або сірий камінь, що має низьку твердість - всього три за шкалою Мооса. У світі його синтезують штучно в лабораторних умовах. Він застосовується у металургії.

Також алюміній можна зустріти в природі у складі глин, основним компонентом яких є оксиди кремнію і металу, що розглядається, пов'язані з молекулами води. Крім того, хімічний елемент можна спостерігати у складі нефелінів, хімічна формула яких виглядає наступним чином: KNa34.

Отримання

Характеристика алюмінію передбачає розгляд способів його синтезу. Існує кілька способів. Виробництво алюмінію першим способом відбувається у три етапи. Останнім з них є процедура електролізу на катоді та вугільному аноді. Для проведення подібного процесу необхідний оксид алюмінію, а також такі допоміжні речовини, як кріоліт (формула Na3AlF6) і фторид кальцію (CaF2). Для того щоб відбувся процес розкладання розчиненого у воді оксиду алюмінію, потрібно його разом з розплавленим кріолітом і кальцію фторидом нагріти до температури мінімум дев'ятсот п'ятдесят градусів за шкалою Цельсія, а потім пропустити крізь ці речовини струм силою вісімдесят тисяч ампер і напругою п'ять- вісім вольт. Таким чином, внаслідок даного процесу на катоді осяде алюміній, а на аноді збиратимуться молекули кисню, які в свою чергу окислюють анод і перетворюють його на вуглекислий газ. Перед проведенням даної процедури боксит, як видобувається алюмінію оксид, попередньо очищається від домішок, і навіть проходить процес його зневоднення.

Виробництво алюмінію способом, описаним вище, є дуже поширеним у металургії. Також існує метод, винайдений у 1827 Ф. Велером. Він полягає в тому, що алюміній можна видобути за допомогою хімічної реакції між хлоридом і калієм. Здійснити подібний процес можна лише створивши спеціальні умови у вигляді дуже високої температури і вакууму. Так, з одного моль хлориду і того ж обсягу калію можна отримати один моль алюмінію і три моль як побічного продукту. Цю реакцію можна записати у вигляді такого рівняння: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КСІ. Зазначений метод не набув великої популярності у металургії.

Характеристика алюмінію з погляду хімії

Як було зазначено вище, це просте речовина, що складається з атомів, не об'єднаних у молекули. Подібні структури формують майже всі метали. Алюміній має досить високу хімічну активність і сильні відновлювальні властивості. Хімічна характеристика алюмінію почнеться з опису його реакцій з іншими простими речовинами, а далі буде описано взаємодії зі складними неорганічними сполуками.

Алюміній та прості речовини

До таких належить, насамперед, кисень - найпоширеніша сполука планети. З нього двадцять один відсоток складається атмосфера Землі. Реакції даної речовини з будь-якими іншими називаються окисленням або горінням. Воно зазвичай відбувається за високих температур. Але у випадку з алюмінієм можливе окиснення в нормальних умовах – так утворюється плівка оксиду. Якщо ж цей метал подрібнити, він горітиме, виділяючи при цьому велику кількість енергії у вигляді тепла. Для проведення реакції між алюмінієм та киснем потрібні ці компоненти у молярному співвідношенні 4:3, внаслідок чого отримаємо дві частини оксиду.

Дана хімічна взаємодія виражається у вигляді наступного рівняння: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Також можливі реакції алюмінію з галогенами, до яких відносяться фтор, йод, бром та хлор. Назви цих процесів походять від назв відповідних галогенів: фторування, йодування, бромування та хлорування. Це типові реакції приєднання.

Наприклад наведемо взаємодію алюмінію з хлором. Такого роду процес може статися лише на холоді.

Так, взявши два молі алюмінію і три молі хлору, отримаємо в результаті два молі хлориду аналізованого металу. Рівняння цієї реакції виглядає так: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Таким же способом можна отримати фторид алюмінію, його бромід та йодид.

З сірою речовина реагує тільки при нагріванні. Для проведення взаємодії між цими двома сполуками потрібно взяти їх у молярних пропорціях два до трьох, і утворюється одна частина сульфіду алюмінію. Рівняння реакції має такий вигляд: 2Al + 3S = Al2S3.

Крім того, при високих температурах алюміній взаємодіє і з карбоном, утворюючи карбід, і азотом, утворюючи нітрид. Можна навести приклад такі рівняння хімічних реакцій: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Взаємодія зі складними речовинами

До них відносяться вода, солі, кислоти, основи, оксиди. З усіма цими хімічними сполуками алюміній реагує по-різному. Давайте розберемо докладніше кожен випадок.

Реакція із водою

З найпоширенішим Землі складним речовиною алюміній взаємодіє при нагріванні. Відбувається це лише у разі попереднього зняття плівки із оксиду. В результаті взаємодії утворюється амфотерний гідроксид, а також у повітря виділяється водень. Взявши дві частини алюмінію та шість частин води, отримаємо гідроксид та водень у молярних пропорціях два до трьох. Записується рівняння цієї реакції так: 2АІ + 6Н2О = 2АІ(ОН)3 + 3Н2.

Взаємодія з кислотами, основами та оксидами

Як і інші активні метали, алюміній здатний вступати у реакцію заміщення. У цьому може витіснити водень з кислоти чи катіон більш пасивного металу з його солі. Внаслідок таких взаємодій утворюється сіль алюмінію, а також виділяється водень (у випадку з кислотою) або випадає в осад чистий метал (той, який менш активний, ніж аналізований). У другий випадок і виявляються відновлювальні властивості, які згадувалися вище. У приклад можна навести взаємодію алюмінію з яким утворюється хлорид алюмінію і виділяється у повітря водень. Подібного роду реакція виражається у вигляді наступного рівняння: 2АІ + 6НСІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

Прикладом взаємодії алюмінію з сіллю може бути його реакція з Взявши ці два компоненти, у результаті отримаємо і чисту мідь, яка випаде як осаду. З такими кислотами, як сірчана та азотна, алюміній реагує своєрідно. Наприклад, при додаванні алюмінію в розведений розчин нітратної кислоти в молярному співвідношенні вісім частин до тридцяти утворюється вісім частин нітрату аналізованого металу, три частини оксиду азоту та п'ятнадцять - води. Рівняння даної реакції записують так: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Вказаний процес відбувається лише за наявності високої температури.

Якщо ж змішати алюміній і слабкий розчин сульфатної кислоти в молярних пропорціях два до трьох, то отримаємо сульфат металу, що розглядається, і водень у співвідношенні один до трьох. Тобто відбудеться звичайна реакція заміщення, як і у випадку з іншими кислотами. Для наочності наведемо рівняння: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Проте з концентрованим розчином цієї кислоти все складніше. Тут так само, як і у випадку з нітратною, утворюється побічний продукт, але вже не у вигляді оксиду, а у вигляді сірки та вода. Якщо ми візьмемо два необхідні нам компоненти в молярному співвідношенні два до чотирьох, то в результаті отримаємо по одній частині солі металу і сірки, що розглядається, а також чотири - води. Дана хімічна взаємодія можна виразити за допомогою наступного рівняння: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

Крім того, алюміній здатний реагувати із розчинами лугів. Для проведення подібної хімічної взаємодії потрібно взяти два молі аналізованого металу, стільки ж або калію, а також шість моль води. В результаті утворюються такі речовини, як тетрагідроксоалюмінат натрію або калію, а також водень, який виділяється у вигляді газу з різким запахом у молярних пропорціях два до трьох. Дану хімічну реакцію можна подати у вигляді наступного рівняння: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

І останнє, що слід розглянути, це закономірності взаємодії алюмінію з деякими оксидами. Найпоширеніший і найвикористаніший випадок - реакція Бекетова. Вона, як і багато інших з розглянутих вище, відбувається лише за високих температурах. Отже, для її здійснення необхідно взяти два молі алюмінію і один моль оксиду феруму. В результаті взаємодії цих двох речовин отримаємо оксид алюмінію та вільне залізо в кількості один і два моль відповідно.

Використання аналізованого металу у промисловості

Зазначимо, що застосування алюмінію – дуже часто явище. Насамперед, його потребує авіаційна галузь. Поряд з цим використовуються і сплави на основі аналізованого металу. Можна сказати, що середньостатистичний літак на 50% складається із сплавів алюмінію, яке двигун - на 25%. Також застосування алюмінію здійснюється в процесі виготовлення дротів та кабелів завдяки його відмінній електропровідності. Крім того, цей метал та його сплави широко застосовуються в автомобілебудуванні. З цих матеріалів складаються корпуси автомобілів, автобусів, тролейбусів, деяких трамваїв, а також вагонів звичайних та електропоїздів.

Також його використовують і менш масштабних цілях, наприклад, для виробництва упаковок для харчових та інших продуктів, посуду. Для того щоб виготовити сріблясту фарбу, необхідний порошок металу, що розглядається. Така фарба потрібна для того, щоб захистити залізо від корозії. Можна сказати, що алюміній - другий за частотою використання у промисловості метал після феруму. Його сполуки і він часто застосовуються в хімічній промисловості. Це особливими хімічними якостями алюмінію, зокрема його відновлювальними властивостями і амфотерністю його сполук. Гідроксид хімічного елемента, що розглядається, необхідний для очищення води. Крім того, він використовується в медицині у процесі виробництва вакцин. Також його можна знайти у складі деяких видів пластику та інших матеріалів.

Роль у природі

Як було написано вище, алюміній у великій кількості міститься у земній корі. Він особливо важливий для живих організмів. Алюміній бере участь у регуляції процесів росту, формує сполучні тканини, такі як кісткова, зв'язувальна та інші. Завдяки цьому мікроелементу швидше здійснюються процеси регенерації тканин організму. Його нестача характеризується такими симптомами: порушення розвитку та зростання у дітей, у дорослих – хронічна втома, знижена працездатність, порушення координації рухів, зниження темпів регенерації тканин, послаблення м'язів, особливо у кінцівках. Таке явище може виникнути, якщо ви вживаєте дуже мало продуктів із вмістом цього мікроелемента.

Однак найчастішою проблемою є надлишок алюмінію в організмі. При цьому нерідко спостерігаються такі симптоми: нервозність, депресія, порушення сну, зниження пам'яті, стресостійкість, розм'якшення опорно-рухового апарату, що може призвести до частих переломів та розтягувань. При тривалому надлишку алюмінію в організмі часто виникають проблеми роботи практично кожної системи органів.

До такого явища може призвести низка причин. В першу чергу це Вченими вже давно доведено, що посуд, виготовлений з металу, що розглядається, непридатний для приготування в ній їжі, так як при високій температурі частина алюмінію потрапляє в їжу, і внаслідок цього ви вживаєте набагато більше цього мікроелемента, ніж потрібно організму.

Друга причина - регулярне застосування косметичних засобів з вмістом металу, що розглядається, або його солей. Перед застосуванням будь-якого продукту слід уважно читати його склад. Не винятком є ​​косметичні засоби.

Третя причина – прийом препаратів, у яких міститься багато алюмінію, протягом тривалого часу. А також неправильне вживання вітамінів та харчових добавок, до складу яких входить цей мікроелемент.

Тепер давайте розберемося, в яких продуктах міститься алюміній, щоб регулювати свій раціон та організовувати меню правильно. Насамперед це морква, плавлені сири, пшениця, галун, картопля. З фруктів рекомендуються авокадо та персики. Крім того, багаті алюмінієм білокачанна капуста, рис, багато лікувальні трави. Також катіони аналізованого металу можуть утримуватися у питній воді. Щоб уникнути підвищеного або зниженого вмісту алюмінію в організмі (втім, так само, як і будь-якого іншого мікроелемента), потрібно ретельно стежити за своїм харчуванням і намагатися зробити його якомога збалансованішим.

Цей легкий метал із сріблясто-білим відтінком у сучасному житті зустрічається майже повсюдно. Фізичні та хімічні властивості алюмінію дозволяють широко використовувати його у промисловості. Найвідоміші родовища - в Африці, Південній Америці, Карибському регіоні. У Росії її місця видобутку бокситів є на Уралі. Світовими лідерами із виробництва алюмінію є Китай, РФ, Канада, США.

Видобуток Al

У природі цей сріблястий метал через свою високу хімічну активність зустрічається лише у вигляді сполук. Найбільш відомі геологічні породи, що містять алюміній, – це боксити, глиноземи, корунди, польові шпати. Промислове значення мають боксити та глиноземи, саме родовища цих руд дозволяють видобувати алюміній у чистому вигляді.

Властивості

Фізичні властивостіалюмінію дозволяють легко витягувати заготовки цього металу в дріт і прокочувати тонкі листи. Цей метал не є міцним, підвищення даного показника при виплавці його легують різними добавками: міддю, кремнієм, магнієм, марганцем, цинком. Для промислового призначення важлива ще одна фізична властивість речовини алюмінію – це його здатність швидко окислюватись на повітрі. Поверхня виробу з алюмінію природних умовзазвичай покрита тонкою оксидною плівкою, яка ефективно захищає метал та перешкоджає його корозії. При знищенні цієї плівки сріблястий метал швидко окислюється, його температура помітно підвищується.

Внутрішня будова алюмінію

Фізичні та хімічні властивості алюмінію багато в чому залежать від його внутрішньої будови. Кристалічні грати цього елемента є різновидом гранецентрованого куба.

Даний тип решітки притаманний багатьом металам, таким як мідь, бром, срібло, золото, кобальт та інші. Висока теплопровідність і здатність проводити електрику зробили цей метал одним із найбільш затребуваних у світі. Інші фізичні властивості алюмінію, таблиця яких представлена ​​нижче, повністю розкривають його властивості і показують сфери їх застосування.

Легування алюмінію

Фізичні властивості міді та алюмінію такі, що при додаванні до алюмінієвого сплаву деякої кількості міді його кристалічні грати викривляються, і міцність самого сплаву підвищується. На цій властивості Al засноване легування легких сплавів для підвищення їх міцності та стійкості до дії агресивного середовища.

Пояснення процесу зміцнення лежить у поведінці атомів міді у кристалічній решітці алюмінію. Частинки Cu прагнуть випасти з кристалічних ґрат Al, групуються на її спеціальних ділянках.

Там, де атоми міді утворюють скупчення, утворюється кристалічна решітка змішаного типу CuAl 2 , в якій частинки сріблястого металу одночасно входять до складу загальної кристалічної решітки алюмінію, і до складу решітки змішаного типу CuAl 2. Сили внутрішніх зв'язків у спотворених гратах набагато більше, ніж у звичайній. А значить, і міцність новоствореної речовини набагато вища.

Хімічні властивості

Відома взаємодія алюмінію з розведеними сірчаною та соляною кислотою. При нагріванні цей метал легко розчиняється. Холодна концентрована чи сильно розведена азотна кислота не розчиняє цей елемент. Водні розчини лугів активно впливають на речовину, у процесі реакції утворюючи алюмінати - солі, у складі яких є іони алюмінію. Наприклад:

Al 2 O 3 +3H2O+2NaOH=2Na

З'єднання, що вийшло в результаті реакції, носить назву тетрагідроксоалюмінат натрію.

Тонка плівка на поверхні алюмінієвих виробів захищає цей метал не лише від повітря, а й від води. Якщо цю тонку перешкоду прибрати, елемент бурхливо взаємодіятиме з водою, виділяючи з неї водень.

2AL+6H 2 O= 2 AL (OH) 3 +3Н 2

Речовина, що утворилася, називається гідроксидом алюмінію.

AL (OH) 3 реагує з лугом, утворюючи кристали гідроксоалюмінату:

Al(OH) 2 +NaOH=2Na

Якщо це хімічне рівнянняскласти з попереднім, отримаємо формулу розчинення елемента у лужному розчині.

Al(OH) 3 +2NaOH+6H 2 O=2Na +3H 2

Горіння алюмінію

Фізичні властивості алюмінію дозволяють йому вступати у реакцію із киснем. Якщо порошок цього металу або алюмінієву фольгу нагріти, вона спалахує і горить білим полум'ям. Наприкінці реакції утворюється оксид алюмінію Al2O3.

Глинозем

Отриманий оксид алюмінію має геологічну назву глинозему. У природних умовах він зустрічається у вигляді корунду – твердих прозорих кристалів. Корунд відрізняється високою твердістю, у шкалі твердих речовин його показник становить 9. Сам корунд безбарвний, але різні домішки можуть забарвити його в червоний та синій колір, так виходять дорогоцінне каміння, які у ювелірній справі називаються рубінами та сапфірами.

Фізичні властивості оксиду алюмінію дозволяють вирощувати це дорогоцінне каміння в штучних умовах. Технічні дорогоцінні камені використовуються не тільки для ювелірних прикрас, Вони використовуються в точному приладобудуванні, для виготовлення годинників та іншого. Широко використовуються штучні кристали рубіну та в лазерних пристроях.

Дрібнозернистий різновид корунду з великою кількістюдомішок, нанесена на спеціальну поверхню, відома всім як наждак. Фізичні властивості оксиду алюмінію пояснюють високі абразивні властивості корунду, а також його твердість та стійкість до тертя.

Гідроксид алюмінію

Al 2 (OH) 3 є типовим амфотерним гідроксидом. У поєднанні з кислотою ця речовина утворює сіль, що містить позитивно заряджені іони алюмінію, у лугах утворює алюмінати. Амфотерність речовини в тому, що може поводитися як кислота, і як луг. Це з'єднання може існувати і в желеподібному, і твердому вигляді.

У воді практично не розчиняється, але вступає в реакцію з більшістю активних кислот та лугів. Фізичні властивості гідроксиду алюмінію використовуються в медицині, це популярний та безпечний засіб зниження кислотності в організмі, його застосовують при гастритах, дуоденітах, виразках. У промисловості Al 2 (OH) 3 використовується як адсорбент, він чудово очищає воду і осаджує розчинені в ній шкідливі елементи.

Промислове використання

Алюміній було відкрито 1825 року. Спочатку цей метал цінувався вище за золото і срібло. Це пояснювалося складністю його вилучення з руди. Фізичні властивості алюмінію та його здатність швидко утворювати захисну плівку на своїй поверхні ускладнювали дослідження цього елемента. Лише наприкінці 19 століття було відкрито зручний спосібплавки чистого елемента, придатний для використання у промислових масштабах.

Легкість і здатність чинити опір корозії - унікальні фізичні властивості алюмінію. Сплави цього сріблястого металу застосовуються в ракетній техніці, в авто-, судно-, авіа- та приладобудуванні, у виробництві столових приладів та посуду.

Як чистий метал Al використовується при виготовленні деталей для хімічної апаратури, електропроводів та конденсаторів. Фізичні властивості алюмінію такі, що його електропровідність не така висока, як у міді, але цей недолік компенсується легкістю аналізованого металу, що дозволяє робити дроти з алюмінію товстішими. Так, при однаковій електропровідності алюмінієвий провід важить вдвічі менше за мідний.

Не менш важливим є застосування Al у процесі алітування. Так називається реакція насичення поверхні чавунного або сталевого виробу алюмінієм для захисту основного металу від корозії при нагріванні.

Нині звідані запаси алюмінієвих руд цілком можна порівняти з потребами людей цьому сріблястому металі. Фізичні властивості алюмінію можуть зробити ще чимало сюрпризів його дослідникам, а сфери застосування цього металу набагато ширші, ніж можна уявити.

Природний алюміній складається із одного нукліду 27Al. Конфігурація зовнішнього електронного шару 3S2P1. Майже у всіх сполуках ступінь окислення алюмінію +3 (валентність III).

Радіус нейтрального атома алюмінію 0,143 нм, радіус іона Al3+ 0,057 нм. Енергії послідовної іонізації нейтрального атома алюмінію рівні, відповідно, 5,984, 18,828, 28,44 та 120 еВ. За шкалою Полінга електронегативність алюмінію 1,5.

Проста речовина алюмінію - м'який легкий сріблясто-білий метал.

Властивості

Алюміній - типовий метал, кристалічні грати кубічні гранецентровані, параметр а = 0,40403 нм. Температура плавлення чистого металу 660 ° C, температура кипіння близько 2450 ° C, щільність 2,6989 г/см3. Температурний коефіцієнт лінійного розширення алюмінію близько 2,5 · 10-5 К-1 Стандартний електродний потенціал Al 3 + / Al - 1,663В.

Хімічно алюміній – досить активний метал. На повітрі його поверхня миттєво покривається щільною плівкою оксиду Al 2 Про 3 яка перешкоджає подальшому доступу кисню (O) до металу і призводить до припинення реакції, що обумовлює високі антикорозійні властивості алюмінію. Захисна поверхнева плівка на алюмінії утворюється також, якщо його помістити у концентровану азотну кислоту.

З іншими кислотами алюміній активно реагує:

6НСl + 2Al = 2AlCl 3 + 3H 2 ,

3Н 2 SO 4 + 2Al = Al 2 (SO 4) 3 + 3H2.

Алюміній реагує із розчинами лугів. Спочатку розчиняється захисна оксидна плівка:

Al 2 Про 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na.

Потім протікають реакції:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 ,

NaOH + Al(OH) 3 = Na,

або сумарно:

2Al + 6H 2 O + 2NaOH = Na + 3Н 2 ,

і в результаті утворюються алюмінати: Na - алюмінат натрію (Na) (тетрагідроксоалюмінат натрію), К - алюмінат калію (K) (терагідроксоалюмінат калію) або ін. Так як для атома алюмінію в цих сполуках характерне координаційне число 6, а не 4 , то дійсні формули зазначених тетрагідрокосполук наступні:

Na та К.

При нагріванні алюміній реагує з галогенами:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 ,

2Al + 3 Br 2 = 2AlBr 3 .

Цікаво, що реакція між порошками алюмінію та йоду (I) починається при кімнатній температурі, якщо до вихідної суміш додати кілька крапель води, яка в даному випадку грає роль каталізатора:

2Al + 3I 2 = 2AlI 3 .

Взаємодія алюмінію із сіркою (S) при нагріванні призводить до утворення сульфіду алюмінію:

2Al + 3S = Al 2 S 3 ,

який легко розкладається водою:

Al 2 S 3 + 6Н 2 О = 2Al(ОН) 3 + 3Н 2 S.

З воднем (H) алюміній безпосередньо не взаємодіє, проте непрямими шляхами, наприклад, з використанням алюмінійорганічних сполук, можна синтезувати твердий полімерний гідрид алюмінію (AlН 3) х - найсильніший відновник.

У вигляді порошку алюміній можна спалити на повітрі, причому утворюється білий порошок тугоплавкий оксиду алюмінію Al 2 Про 3 .

Висока міцність зв'язку в Al 2 Про 3 обумовлює велику теплоту його утворення простих речовині здатність алюмінію відновлювати багато металів з їх оксидів, наприклад:

3Fe 3 O 4 + 8Al = 4Al 2 O 3 + 9Fe і навіть

3СаО + 2Al = Al 2 Про 3 + 3Са.

Такий спосіб одержання металів називають алюмінотермією.

Амфотерному оксиду Al 2 Про 3 відповідає амфотерний гідроксид - аморфна полімерна сполука, що не має постійного складу. Склад гідроксиду алюмінію може бути переданий формулою xAl 2 O 3 ·yH 2 O, щодо хімії в школі формулу гідроксиду алюмінію найчастіше вказують як Аl(OH) 3 .

В лабораторії гідроксид алюмінію можна отримати у вигляді драглистого осаду обмінними реакціями:

Al 2 (SO 4) 3 + 6NaOH = 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4 ,

або за рахунок додавання соди до розчину солі алюмінію:

2AlCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 + 6NaCl + 3CO 2 ,

а також додаванням розчину аміаку до розчину солі алюмінію:

AlCl 3 + 3NH 3 ·H2O = Al(OH) 3 + 3H 2 O + 3NH 4 Cl.

Назва та історія відкриття: латинське aluminium походить від латинського ж alumen, що означає галун (сульфат алюмінію та калію (K) KAl(SO 4) 2 ·12H 2 O), які здавна використовувалися при виробленні шкір і як в'яжучий засіб. Через високу хімічну активність відкриття та виділення чистого алюмінію розтяглося майже на 100 років. Висновок у тому, що з галунів може бути отримана «земля» (тугоплавке речовина, по-сучасному - оксид алюмінію) зробив ще 1754 німецький хімік А. Маргграф. Пізніше виявилося, що така сама "земля" може бути виділена з глини, і її стали називати глиноземом. Отримати металевий алюміній зміг лише у 1825 році датський фізик Х. К. Ерстед. Він обробив амальгамою калію (сплавом калію (K) з ртуттю (Hg)) хлорид алюмінію AlCl 3 який можна було отримати з глинозему, і після відгону ртуті (Hg) виділив сірий порошок алюмінію.

Тільки за чверть століття цей спосіб вдалося трохи модернізувати. Французький хімік А. Е. Сент-Клер Девіль в 1854 запропонував використовувати для отримання алюмінію металевий натрій (Na), і отримав перші зливки нового металу. Вартість алюмінію була дуже висока, і з нього виготовляли ювелірні прикраси.

Промисловий спосіб виробництва алюмінію шляхом електролізу розплаву складних сумішей, що включають оксид, фторид алюмінію та інші речовини, незалежно один від одного розробили в 1886 П. Еру (Франція) і Ч. Холл (США). Виробництво алюмінію пов'язане з високою витратоюелектроенергії, тому у великих масштабах воно було реалізовано лише у 20 столітті. У Радянському Союзі перший промисловий алюміній було отримано 14 травня 1932 року на Волховському алюмінієвому комбінаті, побудованому поруч із Волховською гідроелектростанцією.

Розділ 1. Назва та історія відкриття алюмінію.

Розділ 2. Загальна характеристика алюмінію, фізичні та хімічні властивості.

Розділ 3. Одержання виливків із алюмінієвих сплавів.

Розділ 4. Застосування алюмінію.

Алюміній- Це елемент головної підгрупи третьої групи, третього періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 13. Позначається символом Al. Належить до групи легких металів. Найбільш розповсюджений металі третій за поширеністю хімічний елемент у земній корі (після кисню та кремнію).

Проста речовина алюмінію (CAS-номер: 7429-90-5) – легкий, парамагнітний металсріблясто-білого кольору, що легко піддається формуванню, литтю, механічній обробці. Алюміній має високу тепло- та електропровідність, стійкість до корозії за рахунок швидкого утворення міцних оксидних плівок, що захищають поверхню від подальшої взаємодії.

Досягнення промисловості у будь-якому розвиненому суспільстві незмінно пов'язані з досягненнями технології конструкційних матеріалів та сплавів. Якість обробки та продуктивність виготовлення предметів торгівлі є найважливішими показниками рівня розвитку держави.

Матеріали, що застосовуються в сучасних конструкціях, крім високих характеристик міцності повинні володіти комплексом таких властивостей, як підвищена корозійна стійкість, жароміцність, теплопровідність і електропровідність, тугоплавкість, а так само здатність зберігати ці властивості в умовах тривалої роботипід навантаженням.

Наукові розробки та виробничі процеси в галузі ливарного виробництва кольорових металів у нашій країні відповідають передовим досягненням науково-технічного прогресу. Їх результатом, зокрема, стало створення сучасних цехів кокільного лиття та лиття під тиском на Волзькому автомобільному заводі та низці інших підприємств. На Заволзькому моторному заводі успішно працюють великі машини лиття під тиском та зусиллям замикання прес-форми 35 МН, на яких отримують блоки циліндрів із алюмінієвих сплавів для автомашини «Волга».

На Алтайському моторному заводі освоєно автоматизовану лінію з отримання виливків литтям під тиском. У Союзі Радянських Соціалістичних Республік () вперше у світі розроблено та освоєно процесбезперервного лиття зливків з алюмінієвих сплавів електромагнітний кристалізатор. Цей спосіб істотно підвищує якість зливків і дозволяє знизити кількість відходів у вигляді стружки при їх обточуванні.

Назва та історія відкриття алюмінію

Латинське aluminium походить від латинського ж alumen, що означає галун (сульфат алюмінію і калію (K) KAl(SO4)2·12H2O), які здавна використовувалися при виробленні шкір і як в'яжучий засіб. Al, хімічний елемент III групи періодичної системи, атомний номер 13, атомна маса 26, 98154. Через високу хімічну активність відкриття та виділення чистого алюмінію розтяглося майже на 100 років. Висновок у тому, що з галунів може бути отримана « » (тугоплавке речовина, по-сучасному — оксид алюмінію) зробив ще 1754г. німецький хімік А. Маркграф. Пізніше виявилося, що така сама "земля" може бути виділена з глини, і її стали називати глиноземом. Отримати металевий алюміній зміг лише 1825г. датський фізик Х. К. Ерстед. Він обробив амальгамою калію (сплавом калію (K) з ртуттю (Hg)) хлорид алюмінію AlCl3, який можна було отримати з глинозему, і після відгону ртуті (Hg) виділив сірий порошок алюмінію.

Тільки за чверть століття цей спосіб вдалося трохи модернізувати. Французький хімік А. Е. Сент-Клер Девіль в 1854 запропонував використовувати для отримання алюмінію металевий натрій (Na), і отримав перші зливки нового металу. Вартість алюмінію була дуже висока, і з нього виготовляли ювелірні прикраси.

Промисловий спосіб виробництва алюмінію шляхом електролізу розплаву складних сумішей, що включають оксид, фторид алюмінію та інші речовини, незалежно один від одного розробили в 1886 П. Еру () і Ч. Холл (США). Виробництво алюмінію пов'язане з високим витратою електрики, тому у великих масштабах воно було реалізовано лише у 20 столітті. В Союзі Радянських Соціалістичних Республік (CCCP)перший промисловий алюміній було отримано 14 травня 1932 року на Волховському алюмінієвому комбінаті, побудованому поруч Волховской гідроелектростанцією.

Алюміній чистотою понад 99, 99% вперше було отримано електролізом в 1920р. У 1925 р. роботіЕдвардса опубліковано деякі відомості про фізичні та механічні властивості такого алюмінію. У 1938р. Тейлор, Уіллер, Сміт та Едвардс опублікували статтю, в якій наведено деякі властивості алюмінію чистотою 99, 996%, отриманого у Франції також електролізом. Перше видання монографії про властивості алюмінію побачило світ 1967г.

У наступні роки завдяки порівняльній простоті отримання та привабливим властивостям опубліковано багато робітпро властивості алюмінію. Чистий алюміній знайшов широке застосування переважно в електроніці – від електролітичних конденсаторів до вершини електронної інженерії – мікропроцесорів; у кріоелектроніці, кріомагнетиці.

Новішими способами отримання чистого алюмінію є метод зонного очищення, кристалізація з амальгам (сплавів алюмінію з ртуттю) та виділення з лужних розчинів. Ступінь чистоти алюмінію контролюється величиною електроопору за низьких температур.

Загальна характеристика алюмінію

Природний алюміній складається із одного нукліду 27Al. Конфігурація зовнішнього електронного шару 3S2P1. Майже у всіх сполуках ступінь окислення алюмінію +3 (валентність III). Радіус нейтрального атома алюмінію 0,143 нм, радіус іона Al3+ 0,057 нм. Енергії послідовної іонізації нейтрального атома алюмінію рівні, відповідно, 5, 984, 18, 828, 28, 44 та 120 еВ. За шкалою Полінг електронегативність алюмінію 1, 5.

Алюміній - м'який, легкий, сріблясто-білий, кристалічні грати якого кубічні гранецентровані, параметр а = 0, 40403 нм. Температура плавлення чистого металу 660°C, температура кипіння близько 2450°C, щільність 26989 г/см3. Температурний коефіцієнт лінійного розширення алюмінію близько 2, 5 · 10-5 К-1.

Хімічний алюміній – досить активний метал. На повітрі його поверхня миттєво покривається щільною плівкою оксиду Al2О3, яка перешкоджає подальшому доступу кисню (O) до металу і призводить до припинення реакції, що зумовлює високі антикорозійні властивості алюмінію. Захисна поверхнева плівка на алюмінії утворюється також, якщо його помістити у концентровану азотну кислоту.

З іншими кислотами алюміній активно реагує:

6НСl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,

3Н2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3H2.

Цікаво, що реакція між порошками алюмінію та йоду (I) починається при кімнатній температурі, якщо до вихідної суміш додати кілька крапель води, яка в даному випадку грає роль каталізатора:

2Al + 3I2 = 2AlI3.

Взаємодія алюмінію із сіркою (S) при нагріванні призводить до утворення сульфіду алюмінію:

2Al + 3S = Al2S3,

який легко розкладається водою:

Al2S3 + 6Н2О = 2Al(ОН)3 + 3Н2S.

З воднем (H) алюміній безпосередньо не взаємодіє, проте непрямими шляхами, наприклад, з використанням алюмінійорганічних сполук, можна синтезувати твердий полімерний гідрид алюмінію (AlН3)х - найсильніший відновник.

У вигляді порошку алюміній можна спалити на повітрі, причому утворюється білий порошок тугоплавкий оксиду алюмінію Al2О3.

Висока міцність зв'язку в Al2О3 обумовлює велику теплоту його утворення з простих речовин та здатність алюмінію відновлювати багато металів з їх оксидів, наприклад:

3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe і навіть

3СаО + 2Al = Al2О3 + 3Са.

Такий спосіб одержання металів називають алюмінотермією.

Знаходження у природі

За поширеністю в земній корі алюміній займає перше місце серед металів і третє місце серед усіх елементів (після кисню (O) та кремнію (Si)), на його частку припадає близько 8,8% маси земної кори. Алюміній входить до великої кількості мінералів, головним чином, алюмосилікатів, і гірських порід. З'єднання алюмінію містять граніти, базальти, глини, польові шпати та ін. Але парадокс: при величезному числі мінераліві порід, що містять алюміній, родовища бокситів - головної сировини при промисловому одержанні алюмінію, досить рідкісні. В Російської ФедераціїРодовища бокситів є у Сибіру і Уралі. Промислове значення мають також алуніти та нефеліни. Як мікроелемент алюміній присутній у тканинах рослин та тварин. Існують організми – концентратори, що накопичують алюміній у своїх органах, – деякі плауни, молюски.

Промислове отримання: при індексі пром виробництва боксити спочатку піддають хімічній переробці, видаляючи з них домішки оксидів кремнію (Si), заліза (Fe) та інших елементів. В результаті такої переробки одержують чистий оксид алюмінію Al2O3 - основне при виробництві металу електролізом. Однак через те, що температура плавлення Al2O3 дуже висока (більше 2000 ° C), використовувати його розплав для електролізу не вдається.

Вихід вчені та інженери знайшли наступного. В електролізній ванні спочатку розплавляють кріоліт Na3AlF6 (температура розплаву трохи нижче 1000 ° C). Кріоліт можна отримати, наприклад, під час переробки нефелінів Кольського півострова. Далі в цей розплав додають трохи Al2О3 (до 10% за масою) та деякі інші речовини, що вмикають умови проведення наступного процесу. При електролізі цього розплаву відбувається розкладання оксиду алюмінію, кріоліт залишається в розплаві, а на катоді утворюється розплавлений алюміній:

2Al2О3 = 4Al + 3О2.

Алюмінієві сплави

Більшість металевих елементів сплавляються з алюмінієм, але деякі з них грають роль основних легуючих компонентів у промислових алюмінієвих сплавах. Тим не менш, значне число елементів використовують як добавки для поліпшення властивостей сплавів. Найбільш широко застосовуються:

Берилій додається зменшення окислення при підвищених температурах. Невеликі добавки берилію (0, 01 - 0, 05%) застосовують у алюмінієвих ливарних сплавах для поліпшення плинності у виробництві деталей двигунів внутрішнього згоряння (поршнів та головок циліндрів).

Бор вводять підвищення електропровідності і як рафинирующую добавку. Бор вводиться в алюмінієві сплави, які у атомної енергетиці (крім деталей реакторів), т.к. він поглинає нейтрони, перешкоджаючи поширенню радіації. Бор вводиться в середньому в кількості 0,095 – 0,1%.

Вісмут. Метали з низькою температурою плавлення, такі як вісмут, кадмій вводять в алюмінієві сплави для покращення оброблюваності різанням. Ці елементи утворюють м'які легкоплавкі фази, які сприяють ламкості стружки та змащування різця.

Галій додається в кількості 0, 01 - 0, 1% в метали, з яких далі виготовляються аноди, що витрачаються.

Залізо. У малих кількостях (»0,04%) вводиться при виробництві дротів для збільшення міцності та покращує характеристики повзучості. Так само залізозменшує прилипання до стінок форм при литті в кокіль.

Індій. Добавка 0,05 – 0,2% зміцнюють сплави алюмінію при старінні, особливо при низькому вмісті купруму. Індійові добавки використовуються в алюмінієво-кадмієвих сплавах підшипникових.

Приблизно 0,3% кадмію вводять підвищення міцності і поліпшення корозійних властивостей сплавів.

Кальцій надає пластичності. При вмісті кальцію 5% сплав має ефект надпластичності.

Кремній є найбільш використовуваною добавкою у ливарних сплавах. У кількості 0,5 - 4% зменшує схильність до тріщиноутворення. Поєднання кремнію з магнієм уможливлює термоущільнення сплаву.

Магній. Добавка магнію значно підвищує міцність без зниження пластичності, підвищує зварюваність та збільшує корозійну стійкість сплаву.

Мідьзміцнює сплави, максимальне зміцнення досягається при утриманні купрума 4 – 6%. Сплави з купрумом використовуються у виробництві поршнів двигунів внутрішнього згоряння, високоякісних литих деталей літальних апаратів.

Оловопокращує обробку різанням.

Титан. Основне завдання титану в сплавах - подрібнення зерна у виливках та зливках, що дуже підвищує міцність та рівномірність властивостей у всьому обсязі.

Хоча алюміній вважається одним із найменш благородних промислових металів, він досить стійкий у багатьох окисних середовищах. Причиною такої поведінки є безперервна окисна плівка на поверхні алюмінію, яка негайно утворюється знову на зачищених ділянках при впливі кисню, води та інших окислювачів.

Найчастіше плавку ведуть повітря. Якщо взаємодія з повітрям обмежується утворенням на поверхні нерозчинних у розплаві з'єднань і плівка цих сполук істотно уповільнює подальшу взаємодію, то зазвичай не вживають будь-яких заходів для придушення такої взаємодії. Плавку у разі ведуть при прямому контакті розплаву з атмосферою. Так чинять при приготуванні більшості алюмінієвих, цинкових, олов'яно-свинцевих сплавів.

Простір, в якому протікає плавки сплавів, обмежується вогнетривким футеруванням, здатним витримувати температури 1500 - 1800 ˚С. У всіх процесах плавки бере участь газова фаза, яка формується в процесі згоряння палива, взаємодіючи з навколишнім середовищем та футеруванням плавильного агрегату тощо.

Більшість алюмінієвих сплавів мають високу корозійну стійкість у природній атмосфері, морській воді, розчинах багатьох солей та хімікатів та у більшості харчових продуктів. Конструкції з алюмінієвих сплавів часто використовують у морській воді. Морські бакени, рятувальні шлюпки, судна, баржі будуються зі сплавів алюмінію з 1930 р. В даний час довжина корпусів кораблів зі сплавів алюмінію досягає 61 м. Існує досвід алюмінієвих підземних трубопроводів, сплави алюмінію мають високу стійкість до ґрунтової корозії. У 1951 році на Алясці був побудований трубопровід довжиною 2,9 км. Після 30 років роботи не було виявлено жодної течі чи серйозного ушкодження через корозію.

Алюміній у великому обсязі використовується в будівництві у вигляді облицювальних панелей, дверей, віконних рам, електричні кабелі. Алюмінієві сплави не схильні до сильної корозії протягом тривалого часу при контакті з бетоном, будівельним розчином, штукатуркою, особливо якщо конструкції не піддаються частому намоканню. При частому намоканні, якщо поверхня алюмінієвих предметів торгівліне була додатково оброблена, він може темніти, аж до почорніння у промислових містах з великим вмістом окислювачів у повітрі. Для уникнення цього випускаються спеціальні сплави для отримання блискучих поверхонь шляхом блискучого анодування нанесення на поверхню металу оксидної плівки. При цьому поверхні можна надавати безліч кольорів та відтінків. Наприклад, метали алюмінію з кремнієм дозволяють отримати гаму відтінків, від сірого до чорного. Золотий колір мають алюмінієві сплави з хромом.

Промисловий алюміній випускається у вигляді двох видів сплавів - ливарних, деталі з яких виготовляються литтям, і деформаційні - сплави, що випускаються у вигляді напівфабрикатів, що деформуються, - листів, фольги, плит, профілів, дроту. Виливки із алюмінієвих сплавів отримують усіма можливими способами лиття. Найбільш поширене під тиском, кокіль і в піщано-глинисті форми. При виготовленні невеликих політичних партій застосовується литтяу гіпсові комбіновані форми та литтяза моделями, що виплавляються. З ливарних сплавів виготовляють литі ротори електромоторів, литі деталі літальних апаратів та ін Деформовані сплави використовуються в автомобільному виробництві внутрішньої обробки, бамперів, панелей кузовів та деталей інтер'єру; у будівництві як оздоблювальний матеріал; у літальних апаратах та ін.

В промисловостівикористовуються також алюмінієві порошки. Застосовуються у металургійній промисловості: в алюмінотермії, як легуючі добавки, для виготовлення напівфабрикатів шляхом пресування та спікання. Цим методом отримують дуже міцні деталі (шестірні, втулки та ін.). Також порошки використовуються в хімії для отримання сполук алюмінію та як каталізатора(наприклад, при виробництві етилену та ацетону). Враховуючи високу реакційну здатність алюмінію, особливо у вигляді порошку, його використовують у вибухових речовинах і твердому паливі для ракет, використовуючи його властивість швидко спалахувати.

Враховуючи високу стійкість алюмінію до окислення, порошок використовуються як пігмент у покриттях для фарбування обладнання, дахів, паперу в поліграфії, блискучих поверхонь панелей автомобілів. Також шаром алюмінію покривають сталеві та чавунні. предмета торгівліщоб уникнути їх корозії.

За масштабами застосування алюміній та його сплави посідають друге місце після заліза (Fe) та його сплавів. Широке застосування алюмінію в різних галузях техніки та побуту пов'язане із сукупністю його фізичних, механічних та хімічних властивостей: малою щільністю, корозійною стійкістю в атмосферному повітрі, високою тепло- та електропровідністю, пластичністю та порівняно високою міцністю. Алюміній легко обробляється різними способами - куванням, штампуванням, прокаткою та ін. фольги, що використовується як пакувальний матеріал. Основна ж частина алюмінію, що виплавляється, витрачається на отримання різних сплавів. На поверхні сплавів алюмінію легко наносяться захисні та декоративні покриття.

Різноманітність властивостей алюмінієвих сплавів обумовлено введенням в алюміній різних добавок, що утворюють із ним тверді розчини або інтерметалічні сполуки. Основну масу алюмінію використовують для отримання легких сплавів - дуралюміну (94% - алюміній, 4% мідь (Cu), по 0, 5% магній (Mg), марганець (Mn), (Fe) та кремній (Si)), силуміну ( 85-90% - алюміній, 10-14% кремній (Si), 0, 1% натрій (Na)) та ін. на основі купруму (Cu), магнію (Mg), заліза (Fe), нікелю (Ni) та ін.

Сплави алюмінію знаходять широке застосування у побуті, у будівництві та архітектурі, в автомобілебудуванні, у суднобудуванні, авіаційній та космічній техніці. Зокрема, з алюмінієвого сплаву було виготовлено перший штучний супутникЗемлі. Сплав алюмінію та цирконію (Zr) - широко застосовують у ядерному реакторобудуванні. Алюміній застосовують у виробництві вибухових речовин.

При поводженні з алюмінієм у побуті потрібно мати на увазі, що нагрівати та зберігати в алюмінієвому посуді можна лише нейтральні (за кислотністю) рідини (наприклад, кип'ятити воду). Якщо, наприклад, в алюмінієвому посуді варити кислі щі, то алюміній переходить в їжу, і вона набуває неприємного «металевого» присмаку. Оскільки в побуті оксидну плівку дуже легко пошкодити, то використання алюмінієвого посудувсе-таки небажано.

Метал сріблясто-білого кольору, легкий

щільність - 2,7 г/смі

температура плавлення у технічного алюмінію - 658 ° C, у алюмінію високої чистоти - 660 ° C

питома теплота плавлення - 390 кДж/кг

температура кипіння - 2500 ° C

питома теплота випаровування - 10,53 МДж/кг

тимчасовий опір литого алюмінію - 10-12 кг/ммІ, деформованого - 18-25 кг/ммІ, сплавів - 38-42 кг/ммІ

Твердість по Брінеллю - 24...32 кгс/ммІ

висока пластичність: у технічного - 35%, у чистого - 50%, прокочується в тонкий лист і навіть фольгу

Модуль Юнга - 70 ДПа

Алюміній має високу електропровідність (0,0265 мкОм·м) і теплопровідність (203,5 Вт/(м·К)), 65 % від електропровідності купруму, має високу світловідбивну здатність.

Слабкий парамагнетик.

Температурний коефіцієнт лінійного розширення 24,58 · 10-6 К-1 (20 ... 200 ° C).

Температурний коефіцієнт електричного опору 2,7 · 10-8K-1.

Алюміній утворює метали майже з усіма металами. Найбільш відомі сплави з купрумом та магнієм (дюралюміній) та кремнієм (силумін).

Природний алюміній складається практично повністю з єдиного стабільного ізотопу 27Al зі слідами 26Al, радіоактивного ізотопу з періодомнапіврозпаду 720 тис. років, що утворюється в атмосфері під час бомбардування ядер аргону протонами космічних променів.

По поширеності в земній корі Землі посідає 1-е серед металів і 3-е місце серед елементів, поступаючись лише кисню та кремнію. вмісту алюмінію в земній корі за данимирізних дослідників становить від 7,45 до 8,14% маси земної кори.

У природі алюміній у зв'язку з високою хімічною активністю зустрічається виключно у вигляді сполук. Деякі з них:

Боксити - Al2O3 · H2O (з домішками SiO2, Fe2O3, CaCO3)

Алуніти - (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3

Гліноземи (суміші каолінів з піском SiO2, вапняком CaCO3, магнезитом MgCO3)

Корунд (сапфір, рубін, наждак) - Al2O3

Каолініт - Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O

Берил (смарагд, аквамарин) - 3ВеО · Al2О3 · 6SiO2

Хризоберил (олександрит) - BeAl2O4.

Проте, у деяких специфічних відновлювальних умовах можливе утворення самородного алюмінію.

У природних водах алюміній міститься у вигляді малотоксичних хімічних сполук, наприклад фториду алюмінію. Вид катіону чи аніону залежить, насамперед, від кислотності водного середовища. Концентрації алюмінію у поверхневих водних об'єктах Російської Федераціїколиваються від 0,001 до 10 мг/л, у морській воді 0,01 мг/л.

Алюміній (Aluminum) – це

Одержання виливків із алюмінієвих сплавів

Основне завдання, яке стоїть перед ливарним виробництвом у нашій країні, полягає у суттєвому загальному підвищенні якості виливків, яке має знайти вираз у зменшенні товщини стінок, зниженні припусків на механічну обробку та на литниково - живильні системи при збереженні належних експлуатаційних властивостей предметів торгівлі. Кінцевим результатом цієї роботи має бути забезпечення збільшених потреб машинобудування необхідною кількістю литих заготовок без істотного зростання загальної грошової емісії виливків за масою.

Лиття в піщані форми

З перерахованих вище способів лиття разові форми найбільш широке застосування при виготовленні виливків з алюмінієвих сплавів отримало лиття в сирі піщані форми. Це зумовлено невисокою щільністю сплавів, невеликим силовим впливом металу на форму та низькими температурами лиття (680-800С).

Для виготовлення піщаних форм використовують формувальні та стрижневі суміші, приготовані з кварцових та глинистих пісків (ГОСТ 2138-74), формувальних глин (ГОСТ 3226-76), сполучних та допоміжних матеріалів.

Тип літникової системи вибирають з урахуванням габаритів виливки, складності її конфігурації та розташування у формі. Заливку форм для виливків складної конфігурації невеликої висоти здійснюють, як правило, за допомогою нижніх литникових систем. При великій висотівиливків і тонких стінках переважно застосування вертикально-щілинних або комбінованих литникових систем. Форми для виливків малих розмірів можна заливати через верхні литникові системи. При цьому висота падіння струпів металу в порожнину форми не повинна перевищувати 80 мм.

Для зменшення швидкості руху розплаву при вході в порожнину ливарної форми та кращого відділення зважених у ньому оксидних полон і шлакових включень у літнікові системи вводять додаткові гідравлічні опори - встановлюють сітки (металеві або зі склотканини) або заливають через зернисті фільтри.

Літники (живильники), як правило, підводять до тонких перерізів (стінок) виливків розосереджено по периметру з урахуванням зручностей, їх подальшого відділення при обробці. Підведення металу в масивні вузли неприпустимо, так як викликає утворення в них усадкових раковин, підвищеної шорсткості і усадочних «провалів» на поверхні виливків. У перерізі літникові канали найчастіше мають прямокутну форму з розміром широкого боку 15-20 мм, а вузької 5-7 мм.

Сплави з вузьким інтервалом кристалізації (АЛ2, АЛ4, АЛ), АЛ34, АК9, АЛ25, АЛЗО) схильні до утворення концентрованих усадкових раковин у теплових вузлах виливків. Для виведення цих раковин за межі виливків широко використовують установку потужних прибутків. Для тонкостінних (4-5 мм) і дрібних виливків маса прибутку в 2-3 рази перевищує масу виливків, для товстостінних - до 1,5 разів. Висоту прибуткувибирають залежно від висоти виливки. При висоті менше 150 мм заввишки прибутку H-приб. приймають рівною висоті виливки Нотл. Для високих виливків відношення Нприб/Нотл приймають рівним 0, 3 0, 5.

Найбільше застосування при лиття алюмінієвих сплавів знаходять верхні відкриті прибуткикруглого чи овального перерізу; бічні прибутку здебільшого роблять закритими. Для підвищення ефективності роботи прибутківїх утеплюють, заповнюють гарячим металом, доливають. Утеплення зазвичай здійснюють наклейкою на поверхню форми листового азбесту з наступним підсушуванням газовим полум'ям. Сплави з широким інтервалом кристалізації (АЛ1, АЛ7, АЛ8, АЛ19, АЛЗЗ) схильні до утворення розсіяної усадкової пористості. Просочення усадочних пір за допомогою прибутківмалоефективна. Тому при виготовленні виливків із перерахованих сплавів не рекомендується застосовувати установку масивних прибутків. Для отримання високоякісних виливків здійснюють спрямовану кристалізацію, широко використовуючи для цієї мети встановлення холодильників із чавуну та алюмінієвих сплавів. Оптимальні умови для спрямованої кристалізації створює вертикально-щілинна літникова система. Для запобігання газовиділенню при кристалізації та попередження утворення газо-збіжної пористості в товстостінних виливках широко використовують кристалізацію під тиском 0, 4-0, 5 МПа. Для цього ливарні форми перед заливкою поміщають у автоклави, заливають їх металом та кристалізують виливки під тиском повітря. Для виготовлення великогабаритних (заввишки до 2-3 м) тонкостінних виливків використовують метод лиття із послідовно спрямованим затвердінням. Сутність методу полягає у послідовній кристалізації виливки знизу вгору. Для цього ливарну форму встановлюють на стіл гідравлічного підйомника і всередину опускають нагріті до 500-700 ° С металеві трубки діаметром 12-20 мм, що виконують функцію стояків. Трубки нерухомо закріплюють у литниковій чаші та закривають отвори в них стопорами. Після заповнення литникової чаші розплавом стопори піднімають, і сплав трубками надходить у литникові колодязі, з'єднані з порожниною ливарної форми щілинними литниками (живильниками). Після того як рівень розплаву в колодязях піднімається на 20-30 мм вище за нижній кінець трубок, включають механізм опускання гідравлічного столу. Швидкість опускання приймають такою, щоб заповнення форми здійснювалося під затоплений рівень та гарячий метал безперервно надходив у верхні частини форми. Це забезпечує спрямоване затвердіння і дозволяє отримувати складні виливки без усадкових дефектів.

Заливку піщаних форм металом ведуть з ковшів, футерованих вогнетривким матеріалом. Перед заповненням металом ковші зі свіжим футеруванням сушать і прожарюють при 780-800 ° С для видалення вологи. Температуру розплаву перед заливкою підтримую лише на рівні 720—780 °С. Форми для тонкостінних виливків заповнюють розплавами, нагрітими до 730-750 ° С, а для товстостінні до 700-720 ° С.

Лиття в гіпсові форми

Лиття в гіпсові форми застосовують у тих випадках, коли до виливків пред'являються підвищені вимоги щодо точності, чистоти поверхні та відтворення найдрібніших деталей рельєфу. У порівнянні з піщаними, гіпсові форми мають більш високу міцність, точність розмірів, краще протистоять впливу високих температур, дозволяють отримувати виливки складної конфігурації з товщиною стінок 1, 5 мм по 5-6-му класу точності. Форми виготовляють за восковими або металевими (латунь,) хромованими моделями. Модельні плити виконують із алюмінієвих сплавів. Для полегшення видалення моделей із форм поверхню їх покривають тонким шаромгасово-стеаринового мастила.

Дрібні та середні форми для складних тонкостінних виливків виготовляють із суміші, що складається з 80% гіпсу, 20% кварцового. піскуабо азбесту та 60-70% води (від маси сухої суміші). Склад суміші для середніх та великих форм: 30% гіпсу, 60% піску, 10% азбесту, 40-50% води. Для уповільнення схоплювання в суміш вводять 1-2% гашеного вапна. Необхідна міцність форм досягається за рахунок гідратації безводного чи напівводного гіпсу. Для зниження міцності та збільшення газопроникності сирі гіпсові форми піддають гідротермічній обробці - витримують в автоклаві протягом 6-10 год під тиском водяної пари 0, 13-0, 14 МПа, а потім протягом доби на повітрі. Після цього форми піддають ступінчастому сушінню при 350-500 °С.

Особливістю гіпсових форм є їхня низька теплопровідність. Ця обставина ускладнює отримання щільних виливків із алюмінієвих сплавів з широким інтервалом кристалізації. Тому основним завданням при розробці літниково-прибуткової системи для гіпсових форм є запобігання усадковим раковинам, рихліть, оксидних полон, гарячих тріщин і недоливів тонких стінок. Це досягається застосуванням літникових систем, що розширюються, що забезпечують низьку швидкість руху розплавів у порожнині форми, спрямованим затвердінням теплових вузлів у бік прибутків за допомогою холодильників, збільшенням податливості форм за рахунок підвищення вмісту кварцового піску в суміші. Заливку тонкостінних виливків ведуть у нагріті до 100-200 ° С форми методом вакуумного всмоктування, що дозволяє заповнювати порожнини товщиною до 0,2 мм. Товстостінні (більше 10 мм) виливки одержують заливкою форм в автоклавах. Кристалізація металу у разі ведеться під тиском 0, 4—0, 5 МПа.

Лиття в оболонкові форми

Лиття в оболонкові форми доцільно застосовувати при серійному та великосерійному виробництві виливків обмежених розмірів з підвищеною чистотою поверхні, більшою розмірною точністю та меншим об'ємом механічної обробки, ніж при лиття у піщані форми.

Оболонкові форми виготовляють по гарячій (250-300 ° С) металевій (сталь,) оснастці бункерним способом. Модельне оснащення виконують по 4-5-му класам точності з формувальними ухилами від 0, 5 до 1, 5%. Оболонки роблять двошаровими: перший шар із суміші з 6-10% термореактивної смоли, другий із суміші з 2% смоли. Для кращого знімання оболонки модельну плиту перед засипанням формувальної суміші покривають тонким шаром емульсії розділювальної (5 % силіконової рідини № 5; 3 % господарського мила; 92% води).

Для виготовлення оболонкових форм застосовують дрібнозернисті кварцові піски, що містять щонайменше 96 % кремнезему. Сполуку напівформ здійснюють склеюванням на спеціальних штирьових пресах. Склад клею: 40% смоли МФ17; 60% маршаліту та 1,5% хлористого алюмінію (твердіння). Заливку зібраних форм виготовляють у контейнерах. При лиття в оболонкові форми застосовують такі ж літнікові системи та температурні режими, як і при лиття в піщані форми.

Мала швидкість кристалізації металу в оболонкових формах і менші можливості створення спрямованої кристалізації зумовлюють отримання виливків з нижчими властивостями, ніж при лиття в сирі піщані форми.

Лиття за виплавлюваними моделями

Литво по моделях, що виплавляються застосовують для виготовлення виливків підвищеної точності (3-5-ий клас) і чистоти поверхні (4-6-й клас шорсткості), для яких цей спосіб є єдино можливим або оптимальним.

Моделі здебільшого виготовляють з пастоподібних парафіностеаринових (1:1) складів запресуванням у металеві прес-форми (литі та збірні) на стаціонарних або карусельних установках. При виготовленні складних виливків розмірами більше 200 мм, щоб уникнути деформації моделей, до складу модельної маси вводять речовини, що підвищують температуру їх розм'якшення (оплавлення).

Як вогнетривке покриття при виготовленні керамічних форм використовують суспензію з гідролізованого етилсилікату (30-40%) і пилоподібного кварцу (70-60%). Обсипання модельних блоків ведуть прожареним піском 1КО16А або 1К025А. Кожен шар покриття сушать на повітрі протягом 10-12 год або в атмосфері, що містить пари аміаку. Необхідна міцність керамічної форми досягається при товщині оболонки 4-6 мм (4-6 шарів вогнетривкого покриття). Для забезпечення спокійного заповнення форми застосовують літникові системи, що розширюються, з підведенням металу до товстих перерізів і масивних вузлів. Живлення виливків здійснюють зазвичай від масивного стояка через потовщені литники (живильники). Для складних виливків допускається застосування масивних прибутків для живлення верхніх масивних вузлів із обов'язковим заповненням їх із стояка.

Алюміній (Aluminum) – це

Виплавлення моделей з форм здійснюють у гарячій (85-90 ° С) воді, підкисленою соляною кислотою (0, 5-1 см3 на літр води) для запобігання омилення стеарину. Після виплавлення моделей керамічні форми просушують при 150-170 ° С протягом 1-2 год, встановлюють контейнери, засипають сухим наповнювачем і прожарюють при 600-700 ° С протягом 5-8ч. Заливку ведуть у холодні та нагріті форми. Температура нагрівання (50-300 ° С) форм визначається товщиною стінок виливки. Заповнення форм металом здійснюють звичайним способом, а також з використанням вакууму або відцентрової сили. Більшість алюмінієвих сплавів перед заливкою нагрівають до 720-750 °С.

Лиття в кокіль

Лиття в кокіль - основний спосіб серійного та масового виробництва виливків з алюмінієвих сплавів, що дозволяє отримувати виливки 4-6 класів точності з шорсткістю поверхні Rz = 50-20 і мінімальною товщиною стінок 3-4 мм. При лиття в кокіль поряд з дефектами, зумовленими високими швидкостями руху розплаву в порожнині ливарної форми та недотриманням вимог спрямованого затвердіння (газова пористість, оксидні полони, садибна рихлота), основними видами шлюбу, виливків є недоливи та тріщини. Поява тріщин викликається утрудненою усадкою. Особливо часто тріщини виникають у виливках зі сплавів з широким інтервалом кристалізації, що мають велику лінійну усадку (1, 25-1, 35%). Запобігання утворенню зазначених дефектів досягається різними технологічними прийомами.

У разі підведення металу до товстих перерізів має бути передбачене підживлення місця підведення установкою живильної бобишки (прибутку). Всі елементи літникових систем розташовують по роз'єму кокіля. Рекомендуються наступні співвідношення площ перерізу літникових каналів: для дрібних виливків EFст: EFшл: EFпіт = 1: 2: 3; для великих виливків EFст: EFшл: EFпіт = 1: 3: 6.

Для зниження швидкості надходження розплаву в порожнину форми застосовують вигнуті стояки, сітки зі склотканини або металу, зернисті фільтри. Якість виливків із алюмінієвих сплавів залежить від швидкості підйому розплаву в порожнині ливарної форми. Ця швидкість повинна бути достатньою для гарантованого заповнення тонких перерізів виливків в умовах підвищеного тепловідведення і в той же час не викликати недоливів, обумовлених неповним виходом повітря і газів через вентиляційні канали та прибутки, завихрень і фонтанування розплаву при переході з вузьких перерізів у широкі. Швидкість підйому металу в порожнині форми при литті в кокіль приймають дещо більшою, ніж при литті піщані форми. Мінімально допустиму швидкість підйому розраховують за формулами А. А. Лебедєва та Н. М. Галдіна (див. розділ 5.1, «Лиття в піщані форми»).

Для отримання щільних виливків створюють, так само як і при лиття в піщані форми, спрямоване затвердіння шляхом належного розташування виливки у формі та регулювання тепловідведення. Як правило, масивні (товсті) вузли виливків розташовують у верхній частині кокіля. Це дозволяє компенсувати скорочення їх обсягу при затвердінні безпосередньо з прибутків, встановлених над ними. Регулювання інтенсивності тепловідведення з метою створення спрямованого затвердіння здійснюють охолодження або утеплення різних ділянок ливарної форми. Для місцевого збільшення тепловідведення широко використовують вставки з теплопровідного купруму, передбачають збільшення поверхні охолодження кокіля за рахунок ребра, здійснюють локальне охолодження кокілів стисненим повітрям або водою. Для зниження інтенсивності тепловідведення на робочу поверхню кокіля наносять шар фарби завтовшки 0,1-0,5 мм. На поверхню литникових каналів та прибутків для цієї мети наносять шар фарби завтовшки 1-1,5 мм. Уповільнення охолодження металу в прибутках може бути досягнуто також за рахунок місцевого потовщення стінок кокіля, застосування різних малотеплопровідних обмазок та утеплення прибутків наклейкою азбесту. Забарвлення робочої поверхні кокіля покращує зовнішній вигляд виливків, сприяє усуненню газових раковин на їх поверхні та підвищує стійкість кокілів. Перед фарбуванням кокілі підігрівають до 100-120 °С. Зайво висока температура нагріву небажана, тому що при цьому знижуються швидкість затвердіння виливків та тривалість термінуслужби кокіля. Нагрів зменшує перепад температур між виливком та формою та розширення форми за рахунок прогріву її металом виливки. В результаті цього у виливку зменшуються розтягувальні напруги, викликають появутріщин. Однак одного лише підігріву форми недостатньо, щоб усунути можливість виникнення тріщин. Необхідно своєчасне вилучення виливка з форми. Видаляти виливок з кокіля слід раніше того моменту, коли температура її зрівняється з температурою кокіля, а усадочні напруги досягнуть найбільшої величини. Зазвичай виливок витягують в той момент, коли він зміцніє настільки, що його можна переміщати без руйнування (450-500 ° С). До цього моменту літникова система ще не набуває достатньої міцності і руйнується при легких ударах. Тривалість витримки виливки у формі визначається швидкістю затвердіння та залежить від температури металу, температури форми та швидкості заливки.

Для усунення прилипання металу, підвищення терміну служби та полегшення вилучення металеві стрижні в процесі роботи змащують. Найбільш поширеним мастилом є водно-графітова суспензія (3-5% графіту).

Частини кокілів, що виконують зовнішні контури виливків, виготовляють із сірого. чавуну. Товщину стінок кокілів призначають залежно від товщини стінок виливків відповідно до рекомендацій ГОСТ 16237-70. Внутрішні порожнини у виливках виконують за допомогою металевих (сталевих) та піщаних стрижнів. Піщані стрижні використовують для оформлення складних порожнин, які неможливо виконати металевими стрижнями. Для полегшення вилучення виливків з кокілів зовнішні поверхні виливків повинні мати ливарний ухил від 30" до 3° у бік роз'єму. Внутрішні поверхні виливків, що виконуються металевими стрижнями, повинні мати ухил не менше 6°. Радіуси закруглень повинні бути не менше 3 мм Отвори діаметром більше 8 мм для дрібних виливків, 10 мм для середніх і 12 мм для великих виконують стрижнями.

Повітря та гази виводяться з порожнини кокіля за допомогою вентиляційних каналів, що розміщуються в площині роз'єму, та пробок, що розміщуються у стінках поблизу глибоких порожнин.

У сучасних ливарних цехах кокілі встановлюють на однопозиційні або багатопозиційні напівавтоматичні ливарні машини, в яких автоматизовані закриття та розкриття кокіля, встановлення та вилучення стрижнів, виштовхування та видалення виливки з форми. Передбачено також автоматичне регулювання температури нагрівання кокілю. Заливку кокілів на машинах здійснюють за допомогою дозаторів.

Для поліпшення заповнення тонких порожнин кокілів та видалення повітря і газів, що виділяються при деструкції сполучних, здійснюють вакуумування форм, заливання їх під низьким тиском або з використанням відцентрової сили.

Лиття вичавлюванням

Лиття вичавлюванням є різновидом лиття в кокіль, воно призначене для виготовлення великогабаритних виливків (2500х1400 мм) панельного типу з товщиною стінок 2-3 мм. Для цієї мети використовують металеві напівформи, які кріплять на спеціалізованих ливарно-вичавлювальних машинах з одностороннім або двостороннім зближенням напівформ. Відмінною особливістю цього способу лиття є примусове наповнення порожнини форми широким потоком розплаву при зближенні напівформ. У ливарній формі відсутні елементи звичайної літникової системи. Данимспособом виготовляють виливки із сплавів АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34, що мають вузький інтервал кристалізації.

Регулювання швидкості охолодження розплаву здійснюють нанесенням на робочу поверхню порожнини форм теплоізоляційного покриття різної товщини (0,05-1 мм). Перегрів сплавів перед заливкою не повинен перевищувати 15-20 ° С над температурою ліквідусу. Тривалість наближення напівформ 5-3 с.

Лиття під низьким тиском

Лиття під низьким тиском є ​​іншим різновидом лиття в кокіль. Воно отримало застосування при виготовленні великогабаритних тонкостінних виливків із алюмінієвих сплавів з вузьким інтервалом кристалізації (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34). Так само як і при лиття в кокіль, зовнішні поверхні виливків виконуються металевою формою, а внутрішні порожнини металевими або піщаними стрижнями.

Для виготовлення стрижнів використовують суміш, що складається з 55% кварцового піску 1К016А; 13,5% напівжирного піску П01; 27% пилоподібного кварцу; 0,8% пектинового клею; 3, 2% смоли М і 0, 5% гасу. Така суміш не утворює механічного пригару. Заповнення форм металом здійснюють тиском стисненого осушеного повітря (18-80 кПа), що подається на поверхню розплаву в тиглі, нагрітого до 720-750 °С. Під впливом цього тиску розплав витісняється з тигля в метал дріт, та якщо з нього в литниковой системи і далі — в порожнину ливарної форми. Перевагою лиття під низьким тиском є ​​можливість автоматичного регулювання швидкості підйому металу в порожнині форми, що дозволяє отримувати тонкостінні виливки якіснішими, ніж при литті під дією сили тяжіння.

Кристалізацію сплавів у формі проводять під тиском 10-30 кПа до утворення твердої кірки металу і 50-80 кПа після утворення кірки.

Більш щільні виливки із алюмінієвих сплавів отримують литтям під низьким тиском з протитиском. Заповнення порожнини форми при литті з протитиском здійснюють за рахунок різниці тисків у тиглі та у формі (10-60 кПа). Кристалізація металу у формі ведеться під тиском 0, 4-0, 5 МПа. При цьому запобігається виділення розчиненого в металі водню та утворення газових пор. Підвищений тисксприяє кращому живленню масивних вузлів виливків. В іншому технологія лиття з протитиском не відрізняється від технології лиття під низьким тиском.

При лиття з протитиском успішно поєднані переваги лиття під низьким тиском та кристалізації під тиском.

Лиття під тиском

Литтям під тиском з алюмінієвих сплавів АЛ2, АЛЗ, АЛ1, АЛО, АЛ11, АЛ13, АЛ22, АЛ28, АЛ32, АЛ34 виготовляють складні по конфігурації виливки 1-3-го класів точності з товщиною стінок від 1 мм і вище, 1, 2 мм, литої зовнішньої та внутрішнім різьбленнямз мінімальним кроком 1 мм та діаметром 6 мм. Чистота поверхні таких виливків відповідає 5 - 8-му класам шорсткості. Виготовлення таких виливків здійснюють на машинах з холодною або вертикальною вертикальною камерами пресування, з питомим тиском пресування 30 - 70 МПа. Перевага надається машинам з горизонтальною камерою пресування.

Розміри та маса виливків обмежуються можливостями Машин лиття під тиском: об'ємом камери пресування, питомим тиском пресування (р) та зусиллям замикання (0). Площа проекції (F) виливки, литникових каналів і камери пресування на рухому плиту прес-форма має перевищувати значень, визначених за формулою F = 0, 85 0/р.

Оптимальні значення ухилів для зовнішніх поверхонь становлять 45 °; для внутрішніх 1 °. Мінімальний радіус закруглень 0,5-1мм. Отвори більше 2,5 мм у діаметрі виконуються литтям. Виливки з алюмінієвих сплавів, як правило, піддають механічному обробленню тільки по посадкових поверхнях. Припуск на обробку призначається з урахуванням габаритів виливки та становить від 0,3 до 1 мм.

Для виготовлення пресс-форм застосовують різні матеріали. Частини прес-форм, що стикаються з рідким металом, виготовляють із сталей ЗХ2В8, 4Х8В2, 4ХВ2С, плити кріплення та обойми матриць сталей 35, 45, 50, штирі, втулки та напрямні колонки - зі сталі У8А.

Підведення металу до порожнини прес-форм здійснюють за допомогою зовнішніх та внутрішніх литникових систем. Живильники підводять до ділянок виливки, що піддаються механічній обробці. Товщину їх призначають залежно від товщини стінки виливки у місці підведення та заданого характеру заповнення прес-форми. Ця залежність визначається ставленням товщини Живителя до товщини стінки виливки. Плавне, без завихрень і захоплення повітря заповнення прес-форм має місце, якщо відношення близько до одиниці. Для виливків із товщиною стінок до 2 мм. живильники мають товщину 0,8 мм; при товщині стін 3мм. товщина живильників дорівнює 1,2 мм; при товщині стін 4-6 мм-2 мм.

Для прийому першої порції розплаву, збагаченого повітряними включеннями, поблизу порожнини прес-форми мають спеціальні резервуари-промивники, обсяг яких може досягати 20 - 40% від обсягу виливки. Промивники з'єднують із порожниною ливарної форми каналами, товщина яких дорівнює товщині живильників. Видалення повітря та газу з порожнини прес-форм здійснюють через спеціальні вентиляційні канали та зазори між стрижнями (виштовхувачами) та матрицею прес-форми. Вентиляційні канали виконують у площині роз'єму на нерухомій частині прес-форми, а також вздовж рухомих стрижнів та виштовхувачів. Глибина вентиляційних каналів при лиття алюмінієвих сплавів приймається рівною 0, 05-0, 15 мм, а ширина 10-30 мм з метою поліпшення вентиляції, прес-форм порожнини промивників тонкими каналами (0, 2-0, 5 мм) з'єднують з атмосферою .

Основними дефектами виливків, отриманих литтям під тиском, є повітряна (газова) підкіркова пористість, обумовлена ​​захопленням повітря при великих швидкостях впускання металу в порожнину форми, і пористість садиби (або раковини) в теплових вузлах. На утворення цих дефектів впливають параметри технології лиття, швидкість пресування, тиск пресування, тепловий режим прес-форми.

Швидкість пресування визначає режим наповнення прес-форми. Чим вище швидкість пресування, тим більше швидкістю переміщається розплав по литниковым каналам, тим більше швидкість впуску розплаву в порожнину прес-форми. Високі швидкості пресування сприяють кращому заповненню тонких та подовжених порожнин. Разом з тим вони є причиною захоплення металом повітря та утворення підкіркової пористості. При лиття алюмінієвих сплавів високі швидкості пресування застосовують лише при виготовленні складних тонкостінних виливків. Великий вплив на якість виливків чинить тиск пресування. У міру підвищення його збільшується щільність виливків.

Величина тиску пресування обмежується зазвичай величиною зусилля замикання машини, яке має перевищувати тиск, який надається металом на рухливу матрицю (рF). Тому великий інтерес набуває локальне підпресування товстостінних виливків, відоме під назвою «Асігай-процес». Мала швидкість впуску металу в порожнину прес-форм через живильники великого перерізу і ефективне підпресування розплаву, що кристалізується, за допомогою подвійного плунжера дозволяють отримувати щільні виливки.

На якість виливків істотно впливають також температури металу і форми. При виготовленні товстостінних виливків простої зміни заливку розплаву ведуть при температурі на 20-30 ° С нижче за температуру ліквідуса. Тонкостінні виливки вимагають застосування розплаву, перегрітого вище за температуру ліквідуса на 10—15°С. Для зниження величини усадкової напруги і запобігання утворенню тріщин у виливках прес-форми перед заливкою нагрівають. Рекомендуються наступні температури нагрівання:

Товщина стінки виливки, мм 1-22-33-55-8

Температура нагрівання

прес-форм, °С 250-280 200-250 160-200 120-160

Стабільність теплового режиму забезпечують підігрівом (електричним) чи охолодженням (водяним) прес-форм.

Для запобігання робочій поверхні прес-форм від налипання та ерозійного впливу розплаву, зменшення тертя при витягуванні стрижнів та полегшення вилучення виливків прес-форми піддають мастилу. Для цього використовують жирні (масло з графітом або алюмінієвою пудрою) або водні (розчини солей, водні препарати на основі колоїдального графіту) мастила.

Істотно підвищується щільність виливків із алюмінієвих сплавів при литті з вакуумуванням прес-форм. Для цього прес форми поміщають у герметичний кожух, у якому утворюють необхідне розрідження. Хороші результати можуть бути отримані з використанням «кисневого процесу». Для цього повітря у порожнині прес-форми замінюють киснем. При великих швидкостях впускання металу в порожнину форми, що викликають захоплення розплавом кисню, підкіркова пористість у виливках не утворюється, так як весь захоплений кисень витрачається на утворення оксидів дрібнодисперсних алюмінію, що не впливають помітно на механічні властивості виливків. Такі виливки можна піддавати термічній обробці.

Залежно від вимог технічних умов, виливки з алюмінієвих сплавів можуть піддаватися. різним видамконтролю: рентгенівського, гаммадефектоскопії або ультразвукового для виявлення внутрішніх дефектів; розмітці визначення розмірних відхилень; люмінесцентному для виявлення поверхневих тріщин; гідро- або пневмоконтролю для оцінки герметичності. Періодичність перерахованих видів контролю визначається технічними умовамичи визначається відділом головного металурга заводу. Виявлені дефекти, якщо це допускається технічними умовами, усувають заваркою чи просоченням. Аргонно-дугове зварювання використовують для заварювання недоливів, раковин, пухкості тріщин. Перед заваркою дефектне місце обробляють таким чином, щоб стінки заглиблень мали нахил 30 - 42 °. Виливки піддають місцевому або загальному нагріванню до 300 - 350С. Місцевий нагрів ведуть ацетиленокисневого полум'я, загальний нагрів — у камерних печах. Заварку ведуть тими ж сплавами, з яких виготовлені виливки, за допомогою вольфрамового електрода, що неплавиться, діаметром 2—6 мм при витратіаргону 5 - 12 л / хв. Сила зварювального струму зазвичай становить 25—40 А на 1 мм діаметра електрода.

Пористість у виливках усувають просоченням бакелітовим лаком, асфальтовим лаком, оліфою або рідким склом. Просочення ведуть у спеціальних котлах під тиском 490-590 кПа з попередньою витримкою виливків у розрідженій атмосфері (1, 3-6, 5 кПа). Температуру рідини, що просочує, підтримують на рівні 100°С. Після просочення виливки піддають сушінню при 65-200°С, у процесі якої відбувається твердіння просочуючої рідини, і повторного контролю.

Алюміній (Aluminum) – це

Застосування алюмінію

Широко застосовується як конструкційний матеріал. Основні переваги алюмінію в цій якості – легкість, податливість штампування, корозійна стійкість (на повітрі алюміній миттєво покривається міцною плівкою Al2O3, яка перешкоджає його подальшому окиснення), висока теплопровідність, неотруйність його сполук. Зокрема, ці властивості зробили алюміній надзвичайно популярним при виробництві кухонного посуду, алюмінієвої фольги. харчової промисловостіта для упаковки.

Основний недолік алюмінію як конструкційного матеріалу - мала міцність, тому для зміцнення його зазвичай сплавляють з невеликою кількістю купруму та магнію (сплав називається дюралюміній).

Електропровідність алюмінію всього в 1,7 рази менша, ніж у купруму, при цьому алюміній приблизно в 4 рази дешевше за кілограм, але, за рахунок у 3,3 рази меншої щільності, для отримання рівного опору його потрібно приблизно в 2 рази менше за вагою . Тому він широко застосовується в електротехніці для виготовлення дротів, їх екранування і навіть мікроелектроніці при виготовленні провідників у чіпах. Найменшу електропровідність алюмінію (37 1/ом) порівняно з купрумом (63 1/ом) компенсують збільшенням перерізу алюмінієвих провідників. Недоліком алюмінію як електротехнічного матеріалу є наявність міцної оксидної плівки, що ускладнює паяння.

Завдяки комплексу властивостей широко поширений у тепловому обладнанні.

Алюміній та його сплави зберігають міцність при наднизьких температурах. Завдяки цьому він широко використовується у кріогенній техніці.

Високий коефіцієнт відображення у поєднанні з дешевизною та легкістю напилення робить алюміній ідеальним матеріалом для виготовлення дзеркал.

У виробництві будівельних матеріалівяк газоутворюючий агент.

Алітуванням надають корозійну та окалиностійкість сталевим та іншим сплавам, наприклад клапанам поршневих ДВС, лопаткам турбін, вежам нафтовидобутку, теплообмінній апаратурі, а також замінюють цинкування.

Сульфід алюмінію використовується для виробництва сірководню.

Йдуть дослідження з розробки пінистого алюмінію як особливо міцного та легкого матеріалу.

Як компонент терміту, сумішей для алюмотермії

Алюміній застосовують для відновлення рідкісних металів із їх оксидів або галогенідів.

Алюміній є важливим компонентом багатьох металів. Наприклад, в алюмінієвих бронзах основні компоненти - мідь та алюміній. У магнієвих сплавах як добавка найчастіше використовується алюміній. Для виготовлення спіралей в електронагрівальних приладах використовують (поряд з іншими металами) фехраль (Fe, Cr, Al).

кава з алюмінію" height="449" src="/pictures/investments/img920791_21_Klassicheskiy_italyanskiy_proizvoditel_kofe_iz_alyuminiya.jpg" title="(!LANG:21. Класичний італійський виробник кави з алюмінію" width="376" />!}

Коли алюміній був дуже дорогий, із нього робили різноманітні ювелірні предмети торгівлі. Так, Наполеон III замовив алюмінієві гудзики, а Дмитру Менделєєву в 1889 р. були подаровані ваги з чашами із золота та алюмінію. Мода на них відразу пройшла, коли з'явилися нові технології (розробки) його одержання, що багато разів знизили собівартість. Зараз алюміній іноді використовують у виробництві біжутерії.

У Японії алюміній використовують у виробництві традиційних прикрас, замінюючи .

Алюміній та його сполуки використовуються як високоефективне ракетне паливо у двокомпонентних ракетних паливі як пального компонента в твердих ракетних паливах. Наступні з'єднання алюмінію становлять найбільший практичний інтерес як ракетне пальне:

Порошковий алюміній як пальне у твердому ракетному паливі. Застосовується також у вигляді порошку та суспензій у вуглеводнях.

Гідрид алюмінію.

Боранат алюмінію.

Триметилалюміній.

Триетилалюміній.

Трипропілалюміній.

Триетилалюміній (зазвичай, разом із триетилбором) використовується також для хімічного запалення (тобто, як пускове пальне) у ракетних двигунах, так як самозаймається в газоподібному кисні.

Відрізняється незначною токсичною дією, але багато розчинних у воді неорганічні сполуки алюмінію зберігаються в розчиненому стані тривалий час і можуть шкідливо впливати на людину і теплокровних тварин через питну воду. Найбільш отруйні хлориди, нітрати, ацетати, сульфати та ін.

ацетат алюмінію - 0,2-0,4;

гідроксид алюмінію - 3,7-7,3;

алюмінієві галун - 2,9.

Насамперед діє на нервову систему(Накопичується в нервовій тканині, приводячи до важких розладів функції ЦНС). Однак властивість нейротоксичності алюмінію стали вивчати з середини 1960-х років, оскільки накопиченню металу в організмі людини перешкоджає його виведення. У звичайних умовах із сечею може виділятися до 15 мг на добу. Відповідно, найбільший негативний ефект спостерігається у людей з порушеною функцією виділення нирок.

За деякими біологічними дослідженнями надходження алюмінію в організм людини було вважати фактором у розвитку хвороби Альцгеймера, але ці дослідження були пізніше розкритиковані і висновок про зв'язок одного з іншим спростовувався.

еохімічні риси алюмінію визначаються його великою спорідненістю до кисню (у мінералахалюміній входить у кисневі октаедри та тетраедри), постійною валентністю (3), слабкою розчинністю більшості природних сполук. В ендогенних процесах при застиганні магми та формуванні вивержених порід алюміній входить до кристалічні ґратипольових шпатів, слюд та інших мінералів – алюмосилікатів. У біосфері Алюміній-слабкий мігрант, його мало в організмах та гідросфері. У вологому кліматі, де залишки рясної рослинності, що розкладаються, утворюють багато органічних кислот, алюміній мігрує в грунтах і водах у вигляді органомінеральних колоїдних сполук; алюміній адсорбується колоїдами і тримає в облозі в нижній частині грунтів. Зв'язок алюмінію з кремнієм частково порушується і місцями у тропіках утворюються мінерали – гідрооксиди Алюмінію-беміт, діаспор, гідраргіліт. Більша частина алюмінію входить до складу алюмосилікатів - каолініту, бейделліту та інших глинистих мінералів. Слабка рухливість визначає залишкове накопичення алюмінію в корі вивітрювання вологих тропіків. В результаті утворюються елювіальні боксити. У минулі геологічні епохи боксити накопичувалися також у озерах та прибережній зоні морів тропічних областей (наприклад, осадові боксити Казахстану). У степах та пустелях, де живої речовини мало, а води нейтральні та лужні, алюміній майже не мігрує. Найбільш енергійна міграція алюмінію у вулканічних областях, де спостерігаються сильнокислі річкові та підземні води, багаті на алюміній. У місцях зміщення кислих вод з лужними - морськими (у гирлах річок та інших), алюміній беруть в облогу з утворенням бокситових родовищ.

Алюміній входить до складу тканин тварин та рослин; в органах ссавців виявлено від 10-3 до 10-5% алюмінію (на сиру речовину). Алюміній накопичується в печінці, підшлунковій та щитовидній залозах. В рослинних продуктахвміст алюмінію коливається від 4 мг на 1 кг сухої речовини (картопля) до 46 мг (жовта ріпа), у продуктах тваринного походження – від 4 мг (мед) до 72 мг на 1 кг сухої речовини (). У добовому раціоні людини вміст алюмінію сягає 35-40 мг. Відомі організми - концентратори алюмінію, наприклад, плауни (Lycopodiaceae), що містять у золі до 5,3% алюмінію, молюски (Helix та Lithorina), у золі яких 0,2-0,8% алюмінію. Утворюючи нерозчинні сполуки з фосфатами, алюміній порушує харчування рослин (поглинання фосфатів корінням) та тварин (всмоктування фосфатів у кишечнику).

Головний покупець - авіація. Найбільш високонавантажені елементи літака (обшивка, силовий набір, що підкріплює) - з дюралюмінію. І у космос цей сплав узяли. І навіть на Місяць він потрапив і повернувся на землю. І станції "Місяць", "Венера", "Марс", створені конструкторами бюро, яке довгі рокиочолював Георгій Миколайович Бабакін (1914-1971), не могли обійтися без сплавів алюмінію.

Сплави системи алюміній – марганець та алюміній – магній (АМц та АМг) – основний матеріал корпусів швидкохідних «ракет» та «метеорів» – суден на підводних крилах.

Але не тільки в космосі, авіації, морському та річковому транспорті використовуються алюмінієві сплави. Алюміній займає міцні позиції у наземному транспорті. Про широке застосування алюмінію в автомобілебудуванні свідчать такі дані. У 1948 р. на один використовували 3,2 кг алюмінію, у 1958 р. – 23,6, у 1968 р. – 71,4, а сьогодні ця цифра перевищує 100 кг. З'явився алюміній та на залізничному транспорті. А суперекспрес "Російська трійка" більш ніж на 50% виготовлений з алюмінієвих сплавів.

Все ширше застосовується алюміній у будівництві. У нових будинках часто використовуються міцні та легкі балки, перекриття, колони, перила, огородження, елементи вентиляційних систем, виконані зі сплавів на основі алюмінію. В останні роки алюмінієві сплави увійшли у будівництво багатьох громадських будівель, спортивні комплекси. Є спроби використання алюмінію як покрівельного матеріалу. Такій покрівлі не страшні домішки вуглекислоти сполук сірки, сполук азоту та інших. шкідливих домішок, що надзвичайно посилюють атмосферну корозію покрівельного заліза.

Як ливарні сплави застосовують силуміни - сплави системи алюміній - кремній. Такі сплави мають хорошу рідко-плинність, дають малі усадку і ліквацію (неоднорідність) у виливках, що дозволяє отримати методом лиття найскладніші за конфігурацією деталі, наприклад корпуси двигунів, крильчатки насосів, корпуси приладів, блоки двигунів внутрішнього згоряння, рубш поршневі двигуни.

Боротьба за зниження вартостіалюмінієвих сплавів також увінчалася успіхом. Наприклад, силумін у 2 рази дешевший за алюміній. Зазвичай навпаки – сплави дорожчі (щоб отримати сплав, необхідно отримати чисту основу, а потім легуванням – сплав). Радянські металурги на Дніпропетровському алюмінієвому заводі 1976 р. освоїли виплавку силумінів безпосередньо з алюмосилікатів.

Давно відомий алюміній у електротехніці. Однак донедавна область застосування алюмінію була обмежена лініями електропередачі і в окремих випадках силовими кабелями. У кабельній промисловості панували мідь та свинець. Струмопровідні елементи конструкції кабелів були виконані з купруму, а металева оболонка - свинцюабо сплавів на основі свинцю. Багато десятків років (вперше свинцеві оболонки для захисту кабельних жил були запропоновані в 1851 р.) був єдиним металевим матеріалом для кабельних оболонок. Він прекрасний у цій ролі, але не без недоліків – висока щільність, невисока міцність та дефіцитність; це лише основні з них, які змусили людину шукати інші метали, здатні гідно замінити свинець.

Ним виявився алюміній. Початком його служби у ролі можна вважати 1939 р., а роботи було розпочато 1928 р. Проте серйозне зрушення у використанні алюмінію у кабельної техніки відбувся 1948 р., коли було розроблено і освоєно технологію виготовлення алюмінієвих оболонок.

Мідь теж довгі десятиліття була єдиним металом виготовлення струмоведучих жил. Дослідження матеріалів, які могли б замінити мідь, показали, що таким металом має бути і може бути алюміній. Отже, замість двох металів, по суті різних призначень, у кабельну техніку увійшов алюміній.

Така заміна має низку переваг. По-перше, можливість використання алюмінієвої оболонки як нульовий провідник - це значна економія металу і зниження маси. По-друге, більш висока міцність. По-третє, полегшення монтажу, зменшення транспортних витрат, зменшення вартості кабелю тощо.

Алюмінієві дроти використовуються і для повітряних ліній електропередачі. Але потрібно багато зусиль, часу, щоб виконати рівноцінну заміну. Варіантів розроблено багато, і використовуються вони, виходячи з конкретної обстановки. [Виготовляються алюмінієві дроти підвищеної міцності та підвищеного опору повзучості, що досягається легуванням магнієм до 0,5 %, кремнієм до 0,5 %, залізом до 0,45 %, загартуванням та старінням. Знаходять застосування сталеалюмінієві дроти, особливо для виконання великих прольотів, необхідних у місцях перетину лініями електропередачі різних перешкод. Є прольоти понад 1500 м, наприклад, при перетині річок.

Алюміній у техніці передачі електрикивеликі відстані використовують не тільки як провідниковий матеріал. Півтора десятки років тому сплави на основі алюмінію почали застосовуватись для виготовлення опор ліній електропередачі. Вперше вони були споруджені у нашій країніна Кавказі. Вони легші за сталеві приблизно в 2,5 рази і не вимагають захисту від корозії. Таким чином, той самий метал витіснив залізо, мідь і свинець в електротехніці та техніці передачі електрики.

І так чи майже так було в інших галузях техніки. У нафтовій, газовій та хімічній промисловості добре зарекомендували себе ємності, трубопроводи та інші складальні одиниці, що виконуються зі сплавів алюмінію. Вони витіснили багато корозійностійких металів і матеріалів, наприклад ємності із залізовуглецевих сплавів, емальовані всередині для зберігання агресивних рідин (тріщина в шарі емалі цієї дорогої конструкції могла призвести до втрат або навіть до аварії).

Понад 1 млн. т алюмінію витрачається у світі щорічно на виробництво фольги. Товщина фольги в залежності від її призначення буває в межах 0004-015 мм. Застосування її винятково різноманітне. Вона використовується для упаковки різних харчових та промислових товарів – шоколад, цукерки, ліки, косметика, фототовари тощо.

Застосовується фольга як конструкційний матеріал. Є група газонаповнених пластмас — сотопластмаси — комірчасті матеріали з системою осередків, що регулярно повторюються, правильною геометричної форми, стінки яких виготовляються із алюмінієвої фольги.

Енциклопедія Брокгауза та Ефрона

АЛЮМІНІЙ- (Гліній) хім. зн. AL; ат. в. = 27,12; уд. в. = 2,6; т. пл. близько 700 °. Сріблясто білий, м'який, дзвінкий метал; є в поєднанні з кремнієвою кислотою головною складовою глин, польового шпату, слюд; зустрічається у всіх ґрунтах. Йде на… … Словник іноземних слів російської мови

АЛЮМІНІЙ- (Символ Аl), метал сріблясто білого кольору, елемент третьої групи періодичної таблиці. Вперше у чистому вигляді було отримано 1827 р. Найпоширеніший метал у корі земної кулі; Основним джерелом його є руда боксит. Процес… Науково-технічний енциклопедичний словник

АЛЮМІНІЙ- АЛЮМІНІЙ, Aluminium (хімічний знак А1, ат. вага 27,1), найпоширеніший на поверхні землі метал і, після Про і кремнію, найважливіша складова частина земної кори. А. зустрічається в природі, переважно, у вигляді солей кремнекислоти (силікатів); Велика медична енциклопедія

Алюміній- являє собою блакитно-білий метал, що відрізняється особливою легкістю. Він дуже пластичний, легко піддається прокатці, волочіння, кування, штампування, а також лиття і т.д. Як і інші м'які метали, алюміній також дуже добре піддається. Офіційна термінологія

Алюміній- (Aluminium), Al, хімічний елемент III групи періодичної системи, атомний номер 13, атомна маса 26,98154; легкий метал, tпл660 °С. Вміст у земній корі 8,8% за масою. Алюміній та його сплави використовують як конструкційні матеріали в … Ілюстрований енциклопедичний словник

АЛЮМІНІЙ- АЛЮМІНІЙ, алюмній чоловік., хім. лужний метал глиній, основа глинозему, глини; також, як основа іржі, залізо; а ярі мідь. Алюмініт чоловік. копалина, схожа на галун, водний сірчанокислий глинозем. Алюніт чоловік. копалина, дуже близька до ... Тлумачний словник Даля

алюміній- (Сріблястий, легкий, крилатий) метал Словник російських синонімів. алюміній сут., кіль у синонімів: 8 глиній (2) … Словник синонімів

АЛЮМІНІЙ- (Лат. Aluminium від alumen галун), Al, хімічний елемент III групи періодичної системи, атомний номер 13, атомна маса 26,98154. Сріблясто білий метал, легкий (2,7 г/см³), пластичний, з високою електропровідністю, tпл 660 .С. Великий Енциклопедичний словник

Алюміній- Al (від лат. alumen назва галунів, що застосовувалися в давнину як протрава при фарбуванні та дубленні * a. aluminium; н. Aluminium; ф. aluminium; і. aluminio), хім. елемент III групи періодич. системи Менделєєва, ат. н. 13, ат. м. 26,9815 … Геологічна енциклопедія

АЛЮМІНІЙ- АЛЮМІНІЙ, алюмінію, мн. ні, чоловік. (Від лат. Alumen галун). Сріблясто білий ковкий легкий метал. Тлумачний словник Ушакова. Д.М. Ушаків. 1935 1940 … Тлумачний словник Ушакова

ВЛАСТИВОСТІ АЛЮМІНІЮ

Зміст:

Марки алюмінію

Фізичні властивості

Корозійні властивості

Механічні властивості

Технологічні властивості

Застосування

Марки алюмінію.

Алюміній характеризується високою електро- та теплопровідністю, корозійною стійкістю, пластичністю, морозостійкістю. Найважливішою властивістю алюмінію є його мала щільність (приблизно 2.70 г/куб.см). Температура плавлення алюмінію близько 660°С.

Фізико-хімічні, механічні та технологічні властивості алюмінію дуже сильно залежать від виду та кількості домішок, що погіршує більшість властивостей чистого металу. Основними природними домішками в алюмінії є залізо та кремній. Залізо, наприклад, присутні у вигляді самостійної фази Fe-Al,знижує електропровідність та корозійну стійкість, погіршує пластичність, але дещо підвищує міцність алюмінію.

Залежно від ступеня очищення первинний алюміній поділяють на алюміній високої та технічної чистоти (ГОСТ 11069-2001). До технічного алюмінію відносяться також марки з маркуванням АТ, АД1, АД0, АД00 (ГОСТ 4784-97). Технічний алюміній всіх марок одержують електролізом кріоліт-глиноземних розплавів. Алюміній високої чистоти отримують додатковим очищенням технічного алюмінію. Особливості властивостей алюмінію високої та особливої ​​чистоти розглянуті у книгах

1) Металознавство алюмінію та його сплавів. За ред. І.М.Фрідляндер. М. 1971.2) Механічні та технологічні властивості металів. А.В.Бобыльов. М. 1980 року.

Нижче в таблиці наведено скорочену інформацію про більшу частину марок алюмінію. Також зазначено вміст його основних природних домішок – кремнію та заліза.

Марка	Al, %	Si, %	Fe, %	Застосування
Алюміній високої чистоти
А995	99.995	0.0015	0.0015	Хімічна апаратура Фольга для обкладок конденсаторів Спеціальні цілі
А98	99.98	0.006	0.006
А95	99.95	0.02	0.025
Алюміній технічної чистоти
А8 АД000	99.8	0.10 0.15	0.12 0.15	Катанка для виробництва кабельно-провідникової продукції (З А7Е та А5Е). Сировина для виробництва алюмінієвих сплавів Фольга Прокат (прутки, стрічки, листи, дріт, труби)
А7 АД00	99.7	0.15	0.16 0.25
А6	99.6	0.18	0.25
А5Е	99.5	0.10	0.20
А5 АД0	99.5	0.25 0.25	0.30 0.40
АД1	99.3	0.30	0.30
А0 АТ	99.0	0.95 У сумі до 1.0%

Головна практична різниця між технічним та високоочищеним алюмінієм пов'язана з відмінностями у корозійній стійкості до деяких середовищ. Природно, що вищий ступінь очищення алюмінію, тим він дорожче.

У спеціальних цілях використовується алюміній високої чистоти. Для виробництва алюмінієвих сплавів, кабельно-провідникової продукції та прокату використовується технічний алюміній. Далі йтиметься про технічний алюміній.

Електропровідність.

Найважливіша властивість алюмінію – висока електропровідність, за якою він поступається лише сріблу, міді та золоту. Поєднання високої електропровідності з малою щільністю дозволяє алюмінію конкурувати з міддю у сфері кабельно-провідникової продукції.

На електропровідність алюмінію крім заліза та кремнію сильно впливає хром, марганець, титан. Тому в алюмінії, призначеному для виготовлення провідників струму, регламентується утримання ще кількох домішок. Так, в алюмінії марки А5Е при допустимому вмісті заліза 0.35%, а кремнію 0.12%, сума домішок Cr + V + Ti + Mn не повинна перевищувати лише 0.01%.

Електропровідність залежить стану матеріалу. Тривалий відпал при 350 С покращує провідність, а нагартовка провідність погіршує.

Величина питомого електричного опору за нормальної температури 20 З становитьОм*мм 2/м або мкОм*м :

0.0277 - відпалений дріт з алюмінію марки А7Е

0.0280 - відпалений дріт з алюмінію марки А5Е

0.0290 – після пресування, без термообробки з алюмінію марки АД0

Таким чином питомий електроопір провідників з алюмінію приблизно в 1.5 рази вище за електроопір мідних провідників. Відповідно електропровідність (величина зворотна питомого опору) алюмінію становить 60-65% від електропровідності міді. Електропровідність алюмінію зростає із зменшенням кількості домішок.

Температурний коефіцієнт електроопору алюмінію (0.004) приблизно такий самий, як у міді.

Теплопровідність

Теплопровідність алюмінію при 20°С становить приблизно 0.50 кал/см*с*С та зростає зі збільшенням чистоти металу. По теплопровідності алюміній поступається лише сріблу та міді (приблизно 0.90), втричі перевищуючи теплопровідність маловуглецевої сталі. Ця властивість визначає застосування алюмінію в радіаторах охолодження та теплообмінниках.

Інші фізичні властивості.

Алюміній має дуже високу питому теплоємність (Приблизно 0.22 кал/г*С). Це значно більше, ніж більшість металів (у міді – 0.09). Питома теплота плавленнятакож дуже висока (приблизно 93 кал/г). Для порівняння – у міді та заліза ця величина становить приблизно 41-49 кал/г.

Відбивна здатністьалюмінію дуже залежить від його чистоти. Для алюмінієвої фольги чистотою 99.2% коефіцієнт відображення білого світла дорівнює 75%, а фольги з вмістом алюмінію 99.5% відбивність становить вже 84%.

Корозійні властивості алюмінію.

Сам по собі алюміній є дуже хімічно активним металом. З цим пов'язане його застосування в алюмотермії та у виробництві ВР. Однак на повітрі алюміній покривається тонкою (біля мікрона) плівкою окису алюмінію. Маючи високу міцність і хімічну інертність, вона захищає алюміній від подальшого окислення і визначає його високі антикорозійні властивості в багатьох середовищах.

В алюмінії високої чистоти окисна плівка суцільна та безпориста, має дуже міцне зчеплення з алюмінієм. Тому алюміній високої і особливої ​​чистоти дуже стійкий до дії неорганічних кислот, лугів, морської води і повітря. Зчеплення окисної плівки з алюмінієм у місцях знаходження домішок значно погіршується і ці місця стають вразливими для корозії. Тому алюміній технічної чистоти має меншу стійкість. Наприклад по відношенню до слабкої соляної кислоти стійкість рафінованого та технічного алюмінію різниться у 10 разів.

На алюмінії (та її сплавах) зазвичай спостерігається точкова корозія. Тому стійкість алюмінію та його сплавів у багатьох середовищах визначається не за зміною ваги зразків і не за швидкістю проникнення корозії, а за зміною механічних властивостей.

Основний вплив на корозійні властивості технічного алюмінію надає вміст заліза. Так, швидкість корозії в 5% розчині HCl для різних марок становить (в):

Марка	ЗмістAl	Зміст Fe	Швидкість корозії
А7	99.7 %	< 0.16 %	0.25 – 1.1
А6	99.6%	< 0.25%	1.2 – 1.6
А0	99.0%	< 0.8%	27 - 31

Наявність заліза зменшує стійкість алюмінію також до лугів, але не позначається на стійкості до сірчаної та азотної кислоти. Загалом корозійна стійкість технічного алюмінію залежно від чистоти погіршується в такому порядку: А8 та АД000, А7 та АД00, А6, А5 та АД0, АД1, А0 та АТ.

При температурі понад 100С алюміній взаємодіє із хлором. З воднем алюміній не взаємодіє, але добре розчиняє, тому він є основною складовою газів, присутніх в алюмінії. Шкідливий вплив на алюміній надає водяна пара, що дисоціює при 500 С, при нижчих температурах дія пари незначна.

Алюміній стійкий у наступних середовищах:

Промислова атмосфера

Природна прісна водадо температур 180 С. Швидкість корозії зростає при аерації,

домішках їдкого натру, соляної кислоти та соди.

Морська вода

Концентрована азотна кислота

Кислі солі натрію, магнію, амонію, гіпосульфіт.

Слабкі (до 10%) розчини сірчаної кислоти,

100% сірчана кислота

Слабкі розчини фосфорної (до 1%), хромової (до 10%)

Борна кислота у будь-яких концентраціях

Оцтова, лимонна, винна. яблучна кислота, кислі фруктові соки, вино

Розчин аміаку

Алюміній нестійкий у таких середовищах:

Розведена азотна кислота

Соляна кислота

Розведена сірчана кислота

Плавикова та бромистоводнева кислота

Щавлева, мурашина кислота

Розчини їдких лугів

Вода, що містить солі ртуті, міді, іонів хлору, що руйнують окисну плівку.

Контактна корозія

У контакті з більшістю технічних металів та сплавів алюміній служить анодом і його корозія збільшуватиметься.

Механічні властивості

Модуль пружності E = 7000-7100 кгс/мм 2 для технічного алюмінію при 20 С. У разі підвищення чистоти алюмінію його величина зменшується (6700 для А99).

Модуль зсуву G = 2700 кгс/мм2.

Основні параметри механічних властивостей технічного алюмінію наведені нижче:

Параметр	Од. змін.	Деформований	Відпалений
Межа плинності? 0.2	кгс/мм 2	8 - 12	4 - 8
Межа міцності при розтягуванні? в	кгс/мм 2	13 - 16
Відносне подовження при розриві?		5 – 10	30 – 40
Відносне звуження при розриві		50 - 60	70 - 90
Межа міцності при зрізі	кгс/мм 2
Твердість	НВ	30 - 35

Наведені показники дуже орієнтовні:

1) Для відпаленого та литого алюмінію ці значення залежать від марки технічного алюмінію. Чим більше домішок, тим більша міцність і твердість і нижче пластичність. Наприклад твердість литого алюмінію становить: А0 – 25НВ, А5 – 20НВ, а алюмінію високої чистоти А995 – 15НВ. Межа міцності при розтягуванні цих випадків становить: 8,5; 7.5 і 5 кгс/мм 2 а відносне подовження 20; 30 та 45% відповідно.

2) Для деформованого алюмінію механічні властивості залежать від ступеня деформації, виду прокату та його розмірів. Наприклад, межа міцності при розтягуванні становить не менше 15-16 кгс/мм 2 для дроту і 8 – 11 кгс/мм 2 для труб.

Однак, у будь-якому випадку, технічний алюміній це м'який та неміцний метал. Низька межа плинності (навіть для нагартованого прокату не перевищує 12 кгс/мм 2 ) обмежує застосування алюмінію по допустимим навантаженням.

Алюміній має низьку межу повзучості: при 20 С - 5 кгс/мм2, а при 200 С - 0.7 кгс/мм2. Для порівняння: у міді ці показники дорівнюють 7 та 5 кгс/мм 2 відповідно.

Низька температура плавлення та температура початку рекристалізації (для технічного алюмінію приблизно 150 С), низька межа повзучості обмежують температурний діапазон експлуатації алюмінію з боку високих температур.

Пластичність алюмінію не погіршується за низьких температур, аж до гелієвих. При зниженні температури від +20 С до - 269 С, межа міцності зростає в 4 рази у технічного алюмінію та в 7 разів у високочистого. Межа пружності у своїй зростає в 1.5 разу.

Морозостійкість алюмінію дозволяє використовувати його в кріогенних пристроях та конструкціях.

Технологічні властивості.

Висока пластичність алюмінію дозволяє виробляти фольгу (товщиною до 0.004 мм), вироби глибокої витяжкою, використовувати його для заклепок.

Алюміній технічної чистоти за високих температур виявляє крихкість.

Оброблюваність різанням дуже низька.

Температура рекристалізації відпалу 350-400 С, температура відпустки - 150 С.

Зварюваність.

Проблеми зварювання алюмінію обумовлені 1) наявністю міцної інертної окисної плівки, 2) високої теплопровідності.

Проте алюміній вважається металом, що добре зварюється. Зварний шов має міцність основного металу (у відпаленому стані) та такі ж корозійні властивості. Докладніше про зварювання алюмінію див.www. weldingsite.com.ua.

Застосування.

Через низьку міцність алюміній застосовується тільки для ненавантажених елементів конструкцій, коли важлива висока електро- або теплопровідність, корозійна стійкість, пластичність або зварюваність. З'єднання деталей здійснюється зварюванням або заклепками. Технічний алюміній застосовується як лиття, так виробництва прокату.

На складі підприємства є листи, дріт і шини з технічного алюмінію.

(Див. відповідні сторінки. сайту). На замовлення поставляються чушки А5-А7.