Свойства алюминия и его применение: особенности, свойства, получение. Состав и марки алюминиевых сплавов, их применение

Содержание

Свойства алюминия. Методы добычи металла алюминия, применение

Алюминий — краткое описание

Команда редакторов Promdevelop

Алюминий – один из самых распространенных металлов в земной коре.

Содержание статьи

Алюминий обладает серебристо-белым окрасом, легкой массой и высокой электропроводностью. Плавится металл при температуре 660 °С. Среди плюсов отмечают низкую плотность, достаточно высокую прочность, отличную проводимость тепла, стойкость к коррозии.

Благодаря этому считается одним самых важных технических металлов. Алюминиевые сплавы получают литейным, деформируемым и другими способами.

Исторические факты

Впервые об этом металле упоминается во времена римского императора Тиберия. Неизвестно, миф это или правда, но правителю в дар принесли чашу из очень легкого металла, визуально похожего на серебро. Испугавшись, что новый материал обесценит лежавшее в казне золото и серебро, он казнил изобретателя и уничтожил работы из алюминия. Заговорили вновь о легком серебристом металле спустя полторы тысячи лет. Известный немецкий врач и испытатель Парацельс фон Гогенгейм открыл алюминий в процессе исследования квасцовой земли. В то время её называли глиноземом.

Нахождение в природе

Одним из самых распространенных среди металлов считается алюминий. Он занимает 8,8 % всей массы земной коры. Его соединения – боксит, алюмосиликаты, корунд. Большую часть земной коры составляют алюмосиликаты. Боксит относится к горным породам, из которого добывают алюминий.

Практически весь металл алюминий в природе находится лишь в соединения. В редких случаях находят чистый металлический алюминий в очень маленьких количествах. Среди основных соединений стоит отметить такие:

  • Бокситы;
  • Нефелины;
  • Алуниты;
  • Глиноземы;
  • Корунд;
  • Полевые шпаты;
  • Каолинит;
  • Берилл;
  • Хризоберилл.

Также его находят в природных водах в форме низкотоксичных соединений, таких как фторид. Чистый алюминий включает только устойчивый изотоп 27 AI.

Как получают алюминий

Как получают алюминий

Химический элемент алюминий достаточно сложно получить в чистом виде. Для получения алюминия потребуется провести множество этапов по отделению его от других элементов. Как получают алюминий? Сам процесс состоит из нескольких этапов: измельчение бокситной руды и добыча глинозема, получение конечного элемента из него. Другими словами его называют кристаллической окисью алюминия, которую электролизуют в криолите. Температура плавления 960 — 970 °С. Для этой процедуры требуется большое количество электроэнергии, поэтому производство вещества часто находится вблизи масштабных электростанций.

Новый волновой энергетический конвертер «Пингвин»: преобразование энергии волн в электроэнергию

Физические и химические свойства

Основные физические свойства алюминия заключаются в высокой теплопроводности, практически в два раза больше чем сталь. Кроме того он имеет плотность в три раза меньше, чем у железа и цинка. И ко всему этому стоит добавить высокую прочность  материала. Алюминий реагирует с такими веществами: медь, магний, кремний и другие.

Химические свойства алюминия:

  • Образование соединений ионного и ковалентного вида;
  • Высокая энергия ионизации;
  • Высокая плотность заряда наряду с катионами других подобных материалов;
  • Слабая подверженность коррозии;
  • Реакция с кислородом, галогенами, неметаллами, фтором, серой, азотом, углеродом, водой.

Где и как производят алюминий

Добыча и производство алюминия в целом состоит из трех стадий. Первый и второй этапы – выработка бокситов и образование из них глинозема. На последнем из глинозема получают чистый материал в процессе электролиза. На 4-5 тонн алюминийсодержащей руды приходится 2 глинозема и 1 алюминий.

Добыча алюминия в мире может производиться из других алюминиевых руд, но самыми распространенными считаются бокситы. Основа их — оксид алюминия и других минералов. Качество определяется высоким содержанием металла. Общий мировой запас алюминиевых руд составляет более 18 миллиардов тонн. Учитывая теперешнюю добычу алюминия в мире по странам, его должно хватит более чем на один век.

Большая часть бокситов находится в странах с тропическим поясом. Только 73 % приходится на Индию, Гвинею и Австралию. Больше всего бокситов сосредоточено в Гвинее. Они имеют высокое качество и минимум минеральных примесей. По подсчетам 2014 года отмечают такие страны — лидеры по добыче алюминия: Китай, Австралия, Бразилия, Гвинея, Индия, Ямайка, Россия и Казахстан.

Свойства никеля. Способы получения, где добывают, динамика курса

Как правило, добыча алюминия осуществляется открытым методом. При помощи специального оборудования убирают слой земной коры, которая перевозится для следующего этапа переработки. Есть точки добычи руды с глубоким залеганием. Для получения ее приходится сооружать шахты. Самая глубокая шахта находится в России. Глубина ее составляет 1550 метров.

Россия по добыче алюминия находится на 7 месте мирового рейтинга. В этой стране существует более пятидесяти месторождений. Одним из самых старых считается Радынское, находящееся в Ленинградской области. Среди всех мест добычи алюминия в России выделяют «Красную шапочку», Кальинское, Ново-Кальинское в Североуральске, Черемузовское в Свердловской области. Наша страна славится также большим разнообразием заводов-производителей металла. Наиболее крупным в России и не только является «Русал», который производит более  3 миллионов тонн металла.

Сферы применения металла

Алюминий получил широкое применение в качестве конструкционного материала. Главные преимущества его – легкая масса, гибкость штамповки, устойчивость к коррозии, высокий уровень тепло или электропроводности, нетоксичность соединений. Именно эти достоинства привели к его широкому использованию в производстве посуды для кухни, упаковочной тары и фольги для пищевой отрасли.

Говоря о недостатках, следует в первую очередь отметить невысокую прочность. Поэтому в алюминий стали добавлять малую долю меди и магния. Также материал успешно применяется в производстве электротехники, поскольку его электропроводность на высоком уровне. Единственный минус – сложность пайки из-за прочной оксидной пленки.

Урановая руда: свойства, применение, добыча

Легкий металл используется в разных видах транспорта. В сфере авиации он является главным конструкционным материалом.  Применение алюминия коснулось и область судостроения. При помощи сплавов из него производят корпусы, палубы и оборудование для суден.

Применение в качестве восстановителя

Алюминий успешно применяется в качестве восстановителя. Алюминиевое восстановление металлов достаточно распространено. Выплавка алюминия позволяет восстанавливать редкие виды металлов. Также его применяют для пиротехники.

Виды сплавов

Для производства конструктивных материалов требуется большая прочность. Алюминий таковой не обладает, поэтому его соединяют с другими химическими элементами в меньшем количестве. Самые распространенные сплавы:

  1. Алюминиево-магниевые. Отличаются высокой прочностью, гибкостью, устойчивостью к коррозии, вибростойкостью и свариваемостью. Процент магний в сплавах составляет не более 6 %.
  2. Алюминиево-марганцевые. Обладают также высокой прочностью, пластичностью, неподверженностью коррозии и свариваемостью.
  3. Алюминиево-медные. Одни из самых высокотехнологичных. Улучшенный вариант низкоуглеродистых сталей. Существенный минус – подверженность коррозии.

Алюминий в ювелирных изделиях

Особенную ценность представлял металл во времена Наполеона III. В тот период из него изготавливали ювелирные изделия, пуговицы, посуду. Ее оценивали наряду с золотой и серебряной. Но спрос на драгоценности из алюминия быстро прошел, после того как возникли новые возможности его добычи.

Другие сферы применения

Скульптура из алюминия

Легкий металл используют в разных отраслях, в том числе военной промышленности. Это как правило касается оружейного производства. Также известно его применение в ракетной технике в качестве твердого топлива и горючих компонентов.

Токсичность металла

Хотя алюминий очень распространен в мире, живые существа не используют его из-за небольшой токсичности. Соединения его долгое время оказывают вредное действие на людей и животных. Наибольшее влияние оказывают ацетат и гидроксид алюминия. Они воздействуют негативным образом на нервную систему и выделительную функцию организма.

Палладий — надежная инвестиция в ваше будущее

Алюминий в инвестициях

Инвестиции в алюминий

В настоящее время выгодно инвестировать деньги в алюминий. Динамика цен на алюминий в 2018 году колеблется до 2, 562 доллара за тонну. Такой рост обусловлен множеством санкций и последствиями их. Цены на металл на бирже в апреле-мае не достигали выше 2,280 долларов.

Интересные факты об алюминии

Этот металл имеет такие особенности:

  • Его соединения существуют не только на нашей планете, но и на Луне и Марсе;
  • В организме человека имеется более 100 мг данного вещества;
  • Суточная необходимость в нем составляет 2, 4 мг;
  • Больше всего химического элемента находится в яблоках;
  • Первый слиток чистого металла был произведен в 1932 году.

Свойства алюминия

Свойства алюминия

  • Алюминий – третий по распространённости на планете элемент и составляет почти 9% массы земной коры, а в верхней оболочке нашей планеты каждый 20-й атом – атом алюминия.
  • Металл встречается и на других планетах – на Луне и Марсе.
  • Суточная норма потребления взрослого человека составляет 2,45 мг, а в его теле присутствует около 140 мг алюминия.
  • В 1 кг яблок содержится до 150 мг популярного металла.
  • Алюминий имеет редкое сочетание ценных свойств. Это один из самых легких металлов в природе: он почти в три раза легче железа, но при этом прочен, чрезвычайно пластичен и не подвержен коррозии, так как его поверхность всегда покрыта тончайшей, но очень прочной оксидной пленкой.
  • Он не магнитится, отлично проводит электрический ток и образует сплавы практически со всеми металлами.
  • Алюминий легко обрабатывается давлением, причем как в горячем, так и в холодном состоянии. Он поддается прокатке, волочению, штамповке. Алюминий не горит, не требует специальной окраски и не токсичен в отличие от пластика.
  • Очень высока ковкость алюминия: из него можно изготовить листы толщиной всего 4 микрона и тончайшую проволоку. А сверхтонкая алюминиевая фольга втрое тоньше человеческого волоса. Кроме того, по сравнению с другими металлами и материалами он более экономичен.
  • Высокая способность к образованию соединений с различными химическими элементами породила множество сплавов алюминия. Даже незначительная доля примесей существенно меняет характеристики металла и открывает новые сферы для его применения. Например, сочетание алюминия с кремнием и магнием в повседневной жизни можно встретить буквально на дороге – в форме литых колесных дисков, двигателей, в элементах шасси и других частей современного автомобиля. А если добавить в алюминиевый сплав цинк, то, возможно, вы сейчас держите его в руках, ведь именно этот сплав используется при производстве корпусов мобильных телефонов и планшетов. Тем временем ученые продолжают изобретать новые и новые алюминиевые сплавы.
  • Сегодня существование строительной, автомобильной, авиационной, космической, электротехнической, энергетической, пищевой и других отраслей промышленности невозможно без алюминия. Более того, именно этот металл стал символом прогресса – все новейшие электронные устройства, средства передвижения изготавливаются из алюминия.
  • Использование алюминия может быть бесконечно: этот металл и сплавы из него можно неоднократно переплавлять без утраты механических характеристик. Ученые подсчитали, что 1 кг собранных и сданных в переплавку алюминиевых банок позволяет сэкономить 8 кг боксита, 4 кг различных фторидов и 14 кВт/ч электроэнергии.
  • Около 75% алюминия, выпущенного за все время существования отрасли, используется до сих пор.

 

Применение алюминия в медицине

 

Традиционная медицина

Роль алюминия в организме изучена не до конца. Известно, что его наличие стимулирует рост костной ткани, развитие эпителия и соединительных тканей. Под его влиянием возрастает активность пищеварительных ферментов. Алюминий имеет отношение к восстановительным и регенерационным процессам организма.

Алюминий считается токсичным элементом для человеческого иммунитета, но тем не менее, он входит в состав клеток. При этом имеет вид положительно заряженных ионов (Al3+), которые оказывают воздействие на околощитовидные железы. В разных видах клеток наблюдается разное количество алюминия, но точно известно, что клетки печени, мозга и костей накапливают его быстрее остальных.

Лекарственные препараты с алюминием имеют обезболивающий и обволакивающий эффекты, антацидным и адсорбирующим действиями. Последнее означает, что при взаимодействии с соляной кислотой лекарства могут снизить кислотность желудочного сока. Алюминий назначают и для наружного применения: при лечении ран, трофических язв, острых конъюктивитов.

Токсичность алюминия проявляется в замещении им магния в активных центрах ряда ферметов. Так же играет роль его конкурентные отношения с фосфором, кальцием и железом.

При недостатке алюминия наблюдается слабость в конечностях. Но такое явление в современном мире почти исключено, так как металл поступает с водой, пищей и через загрязнённый воздух.

При избыточном содержании алюминия в организме начинаются изменения в лёгких, судороги, анемия, дезориентация в пространстве, апатия, потеря памяти.

 

Аюрведа

Считается, что алюминий ядовит, поэтому применять для лечения его не следует. Равно как не следует использовать алюминиевую посуду для приготовлений отваров или хранения трав.

 

Применение алюминия в магии

В силу сложности получения чистого элемента, металл использовался в магии наравне с серебром, из него делали ювелирные украшения. Когда же процесс получения упростился, то мода на алюминивые поделки сразу прошла.

 

Защитная магия

Используется только алюминиевая фольга, обладающая свойствами экранировать энергетические потоки, не давая им возможности распространяться. Поэтому в неё, как правило, оборачивают предметы, способные распространять вокруг себя негативную энергию. Очень часто в фольгу оборачивают сомнительные магические подарки — жезлы, маски, кинжалы, особенно привезённые из Африки или Египта.

Аналогично поступают и с подброшенными неизвестными предметами, обнаруженными во дворе или под дверью. Вместо того, чтобы поднимать его руками или через ткань, лучше накрыть фольгой, не касаясь самого подкинутого предмета.

Иногда фольгу используют как защитный экран для амулетов и талисманов, которые в настоящий момент не нужны, но могут потребоваться в дальнейшем.

Если носить кусочки алюминия, то человек, таким образом, стимулирует свои умственные способности, усиливает ясность мышления, развивает интуицию, увеличивает работоспособность. У алюминия проектная магия, то есть его можно использовать в подражательных обрядах: с помощью алюминия можно перетянуть удачу, успех, здоровье конкретных людей на себя. Алюминиевая фольга используется в гаданиях. Ее зажигают и кладут в емкость с водой. По образовавшейся форме человек может увидеть свое будущее.

Алюминий помогает тем, кто хочет устроиться на новую работу. Для этого, прежде чем пойти на собеседование, нужно положить в сумку кусочек этого легкого металла. Собеседование пройдет легко и в вашу пользу. Но от чар, колдовства, различной негативной атаки алюминий не способен защитить человека. Для этого лучше всего выбрать любой другой металл, с более сильной энергетикой.

 

Мифы и легенды, связанные с алюминием

Древние люди были весьма близки к открытию алюминия. Например, сплав гробницы китайского полководца Чжоу Чжу состоит на 85 % состоит из алюминия.

Император Франции Наполеон III в своё время приказал обеспечить армию алюминиевыми касками, флягами, пуговицами и украшениями, так как металл очень напоминал серебро.

Русскому химику Д. И. Менделееву в 1889 году были подарены весы с чашами из золота и алюминия.

Глава I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Глава I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОБ АЛЮМИНИИ

§ 1. Свойства алюминия и области его применения

Алюминии—химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Его порядковый номер 13, атомная масса 26,98. Устойчивых нзотопов алюминии не имеет.

Химические свойства

Алюминий имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p1. На третьем (внешнем) энергетическом уровне атома алюминия находятся три электрона, и в химических соединениях алюминии обычно трехвалентен. Из трех валентных электронов два расположены на s-подуровне и один на p-подуровне (3s23p1).

Так как один p-электрон с ядром атома связан слабее, чем два спаренных s-электрона, то в определенных условиях, теряя p-электрон, атом алюминия становится одновалентным ионом, образуя соединения низшей валентности (субсоединения). Кристаллизуется алюминии в гранецентрированной кубической решетке.

Алюминий химически активен. Уже в обычных условиях он взаимодействует с кислородом воздуха, покрываясь очень тонкой и прочной пленкой оксида Al2S3.
Эта пленка защищает алюминий от дальнейшего окисления и обусловливает его довольно высокую коррозионную стойкость, а также ослабляет металлический блеск. Чем чище алюминий, тем выше его стойкость против коррозии, что объясняется более прочным сцеплением оксндной пленки с поверхностью чистого металла. Из присутствующих в алюминии примесей наиболее сильно снижают его коррозионную стойкость примеси железа.

В мелкораздробленном состоянии алюминий при нагревании на воздухе воспламеняется и сгорает с выделением большого количества тепла. С серой алюминий реагирует также при нагревании с образованием сульфида алюминия Al2S3; с хлором и жидким бромом реагирует при обычной температуре, а с йодом — при нагревании или в присутствии воды, служащей катализатором. В атмосфере фтора при комнатной температуре алюминий покрывается пленкой фтористого алюминия АlFз, которая препятствует дальнейшей реакции; при темно-красном калении
взаимодействие алюминия с фтором протекает очень энергично. С азотом алюминии взаимодействует при нагревании выше 800°С с образованием нитрида алюминия AlN. Взаимодействие алюминия с углеродом начинается при 650°С, но протекает энергично при температуре около 1400С° с образованием карбида алюминия А14С3.

Нормальный электродный потенциал алюминия в кислой среде 1,66 В, в щелочной 3,25 В.

Будучи амфотерным, алюминий растворяется в соляной кислоте и в растворах щелочей. В серной кислоте и в разбавленной азотной алюминий растворяется медленно; в концентрированной азотной кислоте, в органических кислотах и в воде алюминий устойчив.

Физические свойства

Температура плавления алюминия технической чистоты (99,5 % А1) 658°С.
С повышением степени чистоты температура плавления алюминия возрастает и для металла высокой чистоты (99,996 % А1) составляет 660,24°С. Удельная теплота плавления алюминия—около 390 Дж/г, удельная теплоемкость при 0°С—0,88 Дж/(г.°С). При переходе алюминия из жидкого состояния в твердое объем его уменьшается на 6,6 % (99,75% А1). Кипит алюминий при 2500 °С.

Следует отметить, что удельная теплота плавления алюминия по сравнению с другими металлами очень высока; например, удельная теплота плавления меди 205 Дж/г, железа 273 Дж/г.

Плотность алюминия меньше плотности железа в 2,9 раза, меди—в 3,3 раза.
В твердом состоянии (при 20 °С) для алюминия технической чистоты (99,75 % А1) она составляет 2,703 г/см3, а для алюминия высокой чистоты (99,996 % А1) 2,6989 г/см3. В расплавленном состоянии алюминий жидкотекуч и хорошо заполняет формы при литье. Вязкость и поверхностное натяжение алюминия при 1000° С составляют соответственно 0,0013 Па.с и 0,454 Н/м.

В твердом виде алюминий легко подвергается ковке, прокатке, волочению, резанию. Из него можно вытягивать тончайшую проволоку и катать фольгу.

Пластичность алюминия возрастает по мере повышения, его чистоты. Временное сопротивление литого алюминия технической чистоты составляет 88—118 Па, прокатанного 176—275 Па. Относительное удлинение соответственно равно 18—25 и 3—5 %, а твердость по Бринеллю НВ 235—314 и 440—590.

Алюминий имеет высокую теплопроводность и электропроводность. В зависимости от чистоты теплопроводность алюминия составляет 238 Вт/(м-°С) (99,7% А1) и 247 Вт/(м.°С) (99,99% А1). Электропроводность алюминия также зависит от его чистоты. Для алюминия технической чистоты (99,5 % А1) она составляет 62,5 % от электропроводности меди, а для алюминия высокой чистоты (99,997% А1) 65,45 %. Различные примеси влияют на электропроводность алюминия в неодинаковой степени. Наиболее сильно электропроводность снижают
примеси хрома, ванадия и марганца. В меньшей степени, чем примеси, на электропроводность алюминия влияет степень его деформации и режим термической обработки. Отрицательное влияние деформации на электропроводность устраняется отжигом. Удельное электросопротивление отожженной проволоки из алюминия технической чистоты (99,7% А1) составляет (0,0279-0,0282) Ю-6 Ом.м.

Следует также отметить, что алюминий обладает высокой способностью отражать световые и тепловые лучи, которая близка к отражающей способности серебра и увеличивается с повышением чистоты металла.

Области применения

Алюминий обладает целым рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. Это — небольшая плотность алюминия, хорошая пластичность и достаточная механическая прочность, высокие тепло- и электропроводность. Алюминий нетоксичен, немагнитен и коррозионностоек к ряду химических веществ. Благодаря всем этим свойствам, а также относительно невысокой стоимости по сравнению с другими цветными металлами он нашел исключительно широкое применение в самых различных отраслях современной техники.

Значительная часть алюминия используется в виде сплавов с кремнием медью, магнием, цинком, марганцем и другими металлами. Промышленные алюминиевые сплавы обычно содержат не менее двух-трех легирующих элементов, которые вводятся в алюминий главным образом для повышения механической прочности.

Наиболее ценные свойства всех алюминиевых сплавов—малая плотность (2,65—2,8), высокая удельная прочность (отношение временного сопротивления к плотности) и удовлетворительная стойкость против атмосферной коррозии.

Алюминиевые сплавы подразделяют на деформируемые и литейные. Деформируемые сплавы подвергают горячей и холодной обработке давлением, поэтому они должны обладать высокой пластичностью. Из деформируемых сплавов широкое применение нашли дуралюмины — сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем. Имея небольшую плотность, дуралюмины по механическим свойствам близки к мягким сортам стали. Из деформируемых алюминиевых сплавов, а также из чистого алюминия в результате обработки давлением (прокатка,
штамповка) получают листы, полосы, фольгу, проволоку, стержни различного профиля, трубы. Расход алюминия на изготовление этих полуфабрикатов составляет около 70 % его мирового производства. Остальной алюминий применяется для изготовления литейных сплавов, порошков, раскислителей, а также для других целей.

Из литейных сплавов получают фасонные отливки различной конфигурации.
Широко известны литейные сплавы на основе алюминия—силумины, в которых основной легирующей добавкой служит кремний (до 13%).

В настоящее время алюминий и его сплавы используют практически во всех областях современной техники. Важнейшие потребители алюминия и его сплавов—авиационная и автомобильная отрасли промышленности, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая промышленность и приборостроение, промышленное и гражданское строительство, химическая промышленность, производство предметов народного потребления.

Использование алюминия и его сплавов во всех видах транспорта и в первую очередь — воздушного позволило решить задачу уменьшения собственной (“мертвой”) массы транспортных средств и резко увеличить эффективность их применения. Из алюминия и его сплавов изготовляют авиаконструкции, моторы, блоки, головки цилиндров, картеры, коробки передач, насосы и другие детали.
Алюминием и его сплавами отделывают железнодорожные вагоны, изготовляют корпуса и дымовые трубы судов, спасательные лодки, радарные мачты, трапы.

Широко применяют алюминий и его сплавы в электротехнической промышленности для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей переменного тока. В приборостроении алюминий и его сплавы используют в производстве кино- и фотоаппаратуры, радиотелефонной аппаратуры, различных контрольно-измерительных приборов.

Благодаря высокой коррозионной стойкости и нетоксичности алюминий широко применяют при изготовлении аппаратуры для производства и хранения крепкой азотной кислоты, пероксида водорода, органических веществ и пищевых продуктов. Алюминиевая фольга, будучи прочнее и дешевле оловянной, полностью вытеснила ее как упаковочный материал для пищевых продуктов. Все более широко используется алюминий при изготовлении тары для консервирования и храпения продуктов сельского хозяйства, для строительства зернохранилищ и других быстровозводимых сооружений. Являясь одним из важнейших стратегических металлов, алюминий, как и его сплавы, широко используется в строительстве самолетов, танков, артиллерийских установок, ракет, зажигательных веществ, а также для других целей в военной технике.

Алюминий высокой чистоты находит широкое применение в новых областях техники — ядерной энергетике, полупроводниковой электронике, радиолокации, а также для защиты металлических поверхностей от действия различных химических веществ и атмосферной коррозии. Высокая отражающая способность такого алюминия используется для изготовления из пего отражающих поверхностей нагревательных и осветительных рефлекторов и зеркал.

В металлургической промышленности алюминий используют в качестве восстановителя при получении ряда металлов (например, хрома, кальция, марганца) алюмотермическими способами, для раскисления стали, сварки стальных деталей.
Широко применяют алюминий и его сплавы в промышленном и гражданском строительстве для изготовления каркасов зданий, ферм, оконных рам, лестниц и др. В Канаде, например, расход алюминия для этих целей составляет около 30 % от общего потребления, в США— более 20 %.

По масштабам производства и значению в народном хозяйстве алюминий прочно занял первое место среди других цветных металлов.

§ 2. История развития алюминиевой промышленности

Алюминий сравнительно недавно стал промышленным металлом. Впервые металлический алюминий получил датский физик Г. Эрстед в 1825 г.. восстановив хлористый алюминий амальгамой калия. В дальнейшем способ Эрстеда был улучшен:, амальгаму калия заменили металлическим калием, а затем—более дешевым натрием; нестойкий и гигроскопичный хлористый алюминий заменили двойным хлоридом алюминия и натрия (AlCl3-NaCI).

В 1865 г. русский ученый Н. Н. Бекетов предложил получать алюминий вытесненном его из фтористых соединении магнием. Этот способ нашел применение .о ряде стран Западной Европы. Производство алюминия “химическими” методами осуществлялось примерно в течение 35 лет (с 1854 до 1890 г.). За это время было получено около 200 т алюминия. В конце 80-х годов прошлого столетия химические способы производства алюминия были вытеснены электролитическим.

Основоположниками электролитического способа производства алюминия являются Поль Эру во Франции и Чарльз Холл в США, которые в 1866 г. независимо друг от друга заявили аналогичные патенты на способ получения алюминия электролизом глинозема (А1203), растворенного в расплавленном криолите (Na2AIF6). С открытием электролитического способа началось быстрое развитие алюминиевой промышленности. Если в 1900 г. выпуск алюминия во всем мире составил 5,7 тыс. т, но уже к 1930 г. он приблизился к 270 тыс. т, в 1950 г. составил (без стран социализма) около 1,3 млн. т, а в 1980 г.—более 12 млн. т.
В капиталистическом мире основными производителями алюминия являются США, Япония, Канада, ФРГ, Норвегия.

В дореволюционной России не было собственной алюминиевой промышленности. Однако в конце прошлого и начале настоящего столетия русские ученые (Н. Н. Бекетов, П. П. Федотьев, Н. А. Пушин, Д. А. Пеняков, Е. И. Жуковский и другие) выполнили ряд исследований, сыгравших большую роль в развитии мировой алюминиевой промышленности. Под руководством П. П. Федотьева были проведены глубокие исследования теоретических основ электролитического способа получения алюминия, в частности были исследованы двойные системы фторид алюминия—фторид натрия, криолит—глинозем, явления растворимости алюминия в электролите, анодный эффект, а также ряд других процессов, связанных с электролизом криолито-глиноземных расплавов. Результаты этих исследований получили мировую известность.

В 1882—1892 гг. химик К. П. Байер разработал в России щелочной способ получения глинозема, который до настоящего времени является основным в мировой алюминиевой промышленности. В 1895 г. Д. А. Пеняков предложил способ получения глинозема из бокситов спеканием с сульфатом натрия в присутствии угля, а А. Н. Кузнецов и Е. И. Жуковский в 1915 г.—способ получения глинозема из низкосортных руд путем восстановительной плавки их на шлаки алюминатов щелочноземельных металлов. Н. А. Пушин с сотрудниками в 1914 г.
впервые в нашей стране получил алюминий “русского происхождения”, т. е. Из отечественных сырья и материалов.

Условия для создания в нашей стране алюминиевой промышленности, являющейся крупным потребителем электроэнергии, появились только после Великой Октябрьской социалистической революции. Решающую роль в этом сыграл разработанный в 1920 г. по инициативе и под руководством В. И. Ленина план ГОЭЛРО, положивший начало созданию прочной энергетической базы в нашей стране. Построенная в соответствии с этим планом в 1926 г. первая крупная гидроэлектростанция на р. Волхов явилась энергетической базой первого в СССР
Волховского алюминиевого завода. В декабре 1927 г. XV съезд ВКП(б) принял решение о создании в нашей стране алюминиевой промышленности, а в августе 1929 г. Совет Труда и Обороны принял решение о строительстве в СССР Волховского и Днепровского алюминиевых заводов. В 1929 г. на Ленинградском опытном заводе “Красный Выборжец” под руководством П. П. Федотьева были
проведены длительные производственные испытания по получению алюминия электролитическим путем из отечественных материалов.

В 1930 г. в Ленинграде был пущен опытный завод, который сыграл большую роль в развитии советской алюминиевой промышленности. На этом заводе испытывалось оборудование, осваивался технологический режим, готовились рабочие и инженерно-технические кадры для первых советских алюминиевых заводов. Одновременно были проведены исследования по производству электродных изделий, необходимых для получения алюминия. Результаты этих исследований легли в основу проектирования первых электродных заводов—Московского и Днепровского. Разработанный в Институте прикладной минералогии способ получения криолита был положен в основу проектирования производства криолита
на Полевском криолитовом заводе.

В 1931 г. были созданы Научно-исследовательский институт алюминиевой промышленности (НИИСалюминпй) и проектный институт—гипроалгомпний.
Позднее НИИСалюминий и Гипроалюминий были объединены в единый Всесоюзный алюминиево-магниевын институт (ВАМИ).

14 мая 1932 г. вступил в эксплуатацию Волховский алюминиевый завод, а в 1933 г. на базе Днепровской ГЭС—Днепровский алюминиевый завод. Очень много внимания становлению советской алюминиевой промышленности уделял С. М. Киров, который возглавлял Ленинградскую партийную организацию. Первым алюминиевым заводам нашей страны—Волховскому и Днепровскому—в дальнейшем было присвоено его имя.

В период с 1926 по 1936 г. в Государственном институте прикладной химии (ГИПХ) под руководством А. А. Яковкина был разработан способ получения глинозема из тихвинских бокситов спеканием их с содой и известняком. В результате впервые была разрешена проблема переработки высококремнистых бокситов. В 1938 г. вошел в эксплуатацию Тихвинский глиноземный завод, а в 1939 г. на базе высококачественных североуральских бокситов—Уральский алюминиевый завод.

В начале Великой Отечественной войны Волховский и Днепровский алюминиевые заводы и Тихвинский глиноземный были выведены из строя. Оборудование этих заводов вывезли на Урал и в Сибирь. В годы Великой Отечественной войны был значительно расширен Уральский алюминиевый завод к введены в эксплуатацию Новокузнецкий (1943 г.) и Богословский (1945 г.) алюминиевые заводы.

В послевоенные годы были восстановлены Волховский и Днепровский алюминиевые заводы и Тихвинский глиноземный завод, а также вошли в эксплуатацию новые алюминиевые заводы: Канакерский (1950 г.), Кандалакшский (1951 г.), Надвоицкий (1954 г.), Сумгаитский (1955 г.). Ряд крупных алюминиевых заводов был пущен на базе дешевой электроэнергии гидроэлектростанций, построенных на Волге и реках Сибири: Волгоградский (1959 г.). Иркутский (1962 г.). Красноярский (1964 г.), Братский (1966 г.) и Таджикский (1975 г.).
Одновременно вводились новые предприятия по производству глинозема — Никалевский (1959 г.) и Ачинский (1970 г.) глиноземные комбинаты. Павлодарский (1964 г.) и Кировабадскии (1966 г.) алюминиевые заводы, Николаевский глиноземный завод (1980 г.).

Алюминиевая промышленность, созданная в нашей стране, занимает одно из ведущих мест в мире. При создании ее советскими учеными и специалистами впервые в мировой практике был решен ряд важных научно-технических проблем: комплексная переработка нефелиновых руд и концентратов с получением глинозема, соды, поташа и цемента, комплексная переработка алунитовых руд с получением глинозема, сульфата калия и серной кислоты, а также многие другие.


 

АЛЮМИНИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Главная › Металлы

23.05.2020

Металл алюминий — мечта многих производств. Коррозия ему не страшна, он прекрасно проводит электрический ток, цветной металл легче железа почти в три раза, отличается прочностью. Не магнитится, легко образует сплавы с металлами.

Второе имя алюминия — крылатый металл. Появление чистого алюминия открыло человеку дорогу в небо.

Как искали неизвестный алюминий

История открытия алюминия вяло тянулась с античности. Плиний пишет о квасцах (Alumen). Но под квасцами понимались разные вещества. Это антимоний, тартар, щелочь, гипс.

Лавуазье высказал здравую мысль: алюмина является окислом неизвестного металла. Тут химики оживились и стали пытаться «выцепить» незнакомца. Попыток было много, но только в 1825 году датчанин Эрстед извлек-таки неизвестный металл, напоминающий олово. Назвали его алюминием.

Свойства крылатого металла

Алюминий (Aluminium) имеет несчастливый 13 номер в периодической таблице Менделеева. Однако на счастливую судьбу металла это не повлияло.

Этот легкий серебристый металл послушно поддается механической обработке и литью, имеет большую тягучесть.

Редкая способность — быстро образовывать окисные пленки на поверхности чистого металла. Но эти пленки не слишком хорошо защищают от коррозии. Надежнее химическое и электрохимическое оксидирование. Формула оксидной пленки А12Оз.

Химические и физические характеристики алюминия:

  • плотность 2,7 г/см3;
  • температура плавления 660°С;
  • кипит цветной металл при температуре 2518°С;
  • строение кристаллической решетки гранецентрированное, кубическое;
  • степени окисления 0; +3.

С помощью металлического алюминия (его взаимодействия с оксидами металлов) получают трудновосстанавливаемые металлы. Этот метод называется алюминотермия.

Алюминий имеет один стабильный изотоп, 27Al.

Микроструктура алюминия на протравленной поверхности слитка, чистотой 99,9998 %, размер видимого сектора около 55×37 мм

Неправда, но хорошо придумано

В печатных изданиях, а сейчас и в интернете гуляет история о крестьянине, который вел «крамольные беседы о полете на Луну».

Крестьянина (или мещанина), по одним сведениям Петрова, по другим Никифорова, сослали в киргизский поселок Байконур» Якобы известие о факте напечатано был в Московских губернских новостях», в 1848 году.

Сейчас, когда с космодрома Байконура ушли в космос не один десяток спутников и станций, этот факт выглядит пророческим и мистическим.

Алюминиевые сплавы, плюсы и минусы

Кодовый символ, указывающий, что алюминий может быть вторично переработан

Чистый алюминий в строительных конструкциях применять нецелесообразно. Прочностные характеристики у него «так себе». А вот алюминиевые сплавы — другое дело. Сейчас известны и используются около 60 сплавов. Можно выбрать для любых нужд, на любой вкус.

Классификация сплавов проводится по составу, свойствам, по способности к термической обработке.

Добавки меди, магния и марганца, цинка существенно улучшают характеристики сплава в сравнении с чистым металлом. Этими металлами чаще всего легируют алюминий. Титан, литий, ванадий, церий, скандий, некоторые редкоземельные элементы для легирования применяются реже, но свойства этих сплавов также востребованы в промышленности.

Дюраль

Дюралюмины — сплавы алюминия с медью (4%), магнием (0,5%) и небольшого количества железа, марганца, кремния. Недостаток дюралей — подверженность коррозии; с ней справляются, применяя анодирование, плакировку, авиационную грунтовку, окрашивание.

Востребованные свойства сплава: хорошая статическая и усталостная прочность, высокая вязкость разрушения.

Широко применяется в деталях и конструкциях, где большую роль играет масса изделия. Главные потребители сплава — авиация, судостроение, космонавтика.

Сплав 7075

Разрабатывался компанией Sumitomo Metal Corporation (Япония) в строжайшей тайне.

Представляет соединение алюминия с цинком (до 6%), магния (2-2,5%), меди (до 1,5%). В тот же сплав добавлены титан, кремний, марганец, хром, железо. Добавки эти составляют не более 0,5%, но свой вклад в свойства сплава вносят.

Модификации сплава:

  • 7075-0;
  • 7075-06;
  • 7075-Т651;
  • 7075-Т7;
  • 7075-АСР.

Сплавы устойчивы к коррозии, хорошо полируются.

Применяются в производстве винтовок для армии и граждан. Промышленности автомобильная, авиационная, морская активно используют сплав. Его минус — достаточно высокая цена.

Сплавов разных много

В России довольно много сплавов с разными свойствами:

  • D1, D16, 1161, 1163 — алюминий, магний, медь;
  • АМГ1 — АМГ6, сплав алюминия и магния;
  • AD31, AD33, AD35, AB — алюминий, кремний, магний. Список легко продолжить.

Старость в радость

Не всегда старость — это плохо. Металл — как человек или вино; с возрастом свойства алюминия меняются; он становится лучше, крепче, сильнее.

Естественное старение металла происходит при нормальных условиях; можно сказать, что металл «дозревает».

Искусственное старение проходит при термообработке и пластическом деформировании.

Термическая обработка бывает разных видов. Выбор зависит от назначения будущего сплава.

Вид термообработки Что дает термообработка
Закалка с полным искусственным старением Высокая прочность сплава, но некоторое снижение пластичности
Закалка со стабилизирующим старением Хорошая прочность, довольно высокая стабильность структуры
Закалка с последующим смягчающим отпуском Хорошая пластичность, но снижение прочности сплава
Искусственное старение Повышает прочность сплава, улучшает возможность обработки резанием
Отжиг Повышение пластичности, уменьшение остаточных напряжений металла
Закалка Улучшает прочностные характеристики
Закалка и неполное искусственное старение Повышает прочность при сохранении пластичности

Минералы, месторождения…а самородный алюминий?

Запасы алюминия в природе огромны. Среди металлов он держит первое место по распространенности. Но «общительность», активность элемента привела к тому, что в чистом виде металл практически отсутствует.

Производство алюминия в миллионах тонн

Минералов, содержащих алюминий, много:

  • бокситы;
  • глиноземы;
  • полевые шпаты;
  • нефелины;
  • корунды.

Так что добыча алюминиевого сырья не составляет большого труда.

Если все запасы на Земле истощатся (что сомнительно), то алюминий можно добывать из морской воды. Там его содержание составляет 0,01 мг/л.

Кто захочет увидеть самородный алюминий, тому придется опускаться в жерла вулканов.

Происхождением такой металл из самых глубин нашей планеты.

Как производят крылатый металл

Производство металла можно разделить на две стадии.

  • Первая — добыча бокситов, их дробление и отделение кремния при помощи пара.
  • Вторая стадия: глинозем смешивают с расплавленным криолитом и воздействуют на смесь электротоком. В процессе реакции жидкий алюминий оседает на дне ванны.

Образовавшийся металл отливают в слитки; далее он отправляется потребителям или на производство сплавов и высокочистого алюминия.

Метод энергозатратный, «кушает» много электричества.

Бывает технический и сверхчистый

Полученный алюминий называется техническим или нелегированным. В нем содержание чистого металла не менее 99%. Его потребляет электронная промышленность, он необходим в производстве теплообменных и нагревательных устройств, осветительного оборудования.

Часть этого металла отправляется на дополнительную очистку, «рафинирование». В результате имеем металл высокой чистоты, с содержанием алюминия не менее 99,995%.

Его употребляют в электронике, в производстве полупроводников. Кабельное производство, химическое машиностроение сейчас не обойдется без сверхчистого алюминия.

Металл для крыльев

Без такого металла, как алюминий, невозможно покорение неба. Крыльев людям не дано, а летать хочется человеку с давних времен. Не напрасно миф об Икаре живет с античных времен. Попытки взлететь предпринимались неоднократно.

Но прорыв случился в 1903 году, когда романтики неба и замечательные механики братья Райт подняли в воздух самолетик. Этот самолет открыл путь в небо.

Где применяется

Применение легкого и прочного металла необходимо не только в авиации.

В пуленепробиваемых и бронированные стеклах, экранчиках смартфонов присутствует сапфир. У таких стекол высокая прочность на сжатие.

Из алюминия делают фольгу, которую используют в электрических конденсаторов. Домохозяйки с удовольствием запекают в фольге вкусняшки для домашних. Кастрюли, сковородки, другие изделия для домашнего хозяйства производят из «крылатого металла».

Тонко молотый порошок металла используют для производства прочной краски.

Вы удивитесь, но алюминиевая кастрюлька в кухне, самолет и перстень с сапфиром — родня. В каждом есть наш герой.

Оксид алюминия — это корунд. А к ним относятся сапфиры, рубины, изумруды — все эти короли драгоценных камней содержат алюминий. Сам корунд используют как наждак.

Купить металл

Стоимость металла на бирже 148 USD за тонну (на 05.05.2020).

Рекомендуем:  ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ — всё, кроме железа Алюминий — дороги, которые он выбирает Ссылка на основную публикацию

Основные свойства алюминия: области применения

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Как был открыт алюминий и каковы его основные свойства
  • Основные физические свойства алюминия
  • Основные химические свойства алюминия
  • Как применяют основные свойства алюминия
  • Как используют основные свойства алюминия в строительстве

Основные свойства алюминия делают этот материал по-настоящему универсальным и ценным. Его используют во всех видах промышленного производства, в сельском хозяйстве, в быту, в коммерции. Обладает огромным количеством преимуществ по отношению к стали и другим видам металла.

Самые популярные сферы применения алюминия – изготовление металлоконструкций и металлообработка. О том, какие свойства металла и где конкретно они нашли свое применение, читайте далее.

Как был открыт алюминий и каковы его основные свойства

Алюминий представляет собой парамагнитный металл, достаточно легкий, имеющий серебристый цвет. Он хорошо поддается механической обработке и литью, просто формуется.

В земной коре этот элемент третий по распространенности, впереди только кислород и кремний.

Наши недра содержат целых 8 % данного металла, что значительно больше золота, количество которого составляет не более пяти миллионных долей процента.

Алюминий активно используется в большинстве сфер производства. Его сплавы применяются для изготовления бытовой техники, транспорта, в машиностроении и электротехнике. Капитальное строительство также не может обойтись без него.

Он чрезвычайно распространен в земной коре, являясь первым из металлов и третьим химическим элементом (первое место у кислорода, второе – у кремния). Доля алюминия в наших недрах – 8,8 %. Металл является частью большого количества горных пород и минералов, основной из которых – алюмосиликат.

В виде соединений алюминий находится в базальтах, полевых шпатах, гранитах, глине и пр. Однако в основном его получают из бокситов, которые достаточно редко встречаются в виде месторождений. В России такие залежи есть только на Урале и в Сибири. В промышленных масштабах алюминий можно также добывать из нефелинов и алунитов.

Ткани животных и растений содержат алюминий в виде микроэлемента. Некоторые организмы, например, моллюски и плауны, являются его концентраторами, накапливая в своих органах.

Человечеству с давних времен знакомо соединение алюминия под названием алюмокалиевые квасцы. Применялось оно в процессе выделки кожи, в качестве средства, которое, набухая, связывает различные компоненты смеси. Во второй половине XVIII в. ученые открыли оксид алюминия. А вот вещество в чистом виде получили значительно позже.

Впервые это удалось Ч. К. Эрстеду, который выделил алюминий из хлорида. Проводя опыт, он обрабатывал соли калия амальгамой, в результате чего выделился порошок серого цвета, признанный всеми чистым алюминием.

В дальнейшем, исследуя металл, ученые определили его химические свойства, проявляющиеся в высокой способности к восстановлению и активности. Именно поэтому с алюминием долгое время не работали.

Но уже в 1854 г. французский ученый Девиль, применив электролиз расплава, сумел получить металл в слитках. Данный метод используется и сейчас. В промышленных масштабах алюминий стали производить в начале XX в., когда предприятия смогли получить доступ к большому количеству электроэнергии.

Сегодня алюминий является одним из самых используемых в производстве бытовой техники и строительстве металлом.

Основные физические свойства алюминия

Основные характеристики алюминия – высокая электро- и теплопроводность, пластичность, устойчивость к холоду и коррозии. Его можно обрабатывать посредством прокатки, ковки, штамповки, волочения. Алюминий прекрасно поддается сварке.

Примеси, присутствующие в металле в различных количествах, значительно ухудшают механические, технологические и физико-химические свойства чистого алюминия. Основными из них являются титан, кремний, железо, медь и цинк.

По степени очистки алюминий разделяют на технический металл и высокой чистоты. На практике различия данных типов – в стойкости к коррозии в различной среде. Стоимость напрямую зависит от чистоты алюминия. Технический металл подходит для производства проката, различных сплавов, кабельно-проводниковых изделий. Чистый используют для специальных целей.

Алюминий обладает высокой электропроводностью, уступая только золоту, серебру, меди. Однако сочетание данного показателя с малой плотностью позволяет использовать его при производстве кабельно-проводниковых изделий наравне с медью. Электропроводность металла может увеличиваться при длительном отжиге или ухудшаться при нагартовке.

Увеличивая чистоту алюминия, производители повышают его теплопроводность. Снизить данное свойство способны примеси меди, марганца и магния. Более высокую теплопроводность имеют исключительно медь и серебро. Именно благодаря данному свойству данный металл используют для производства радиаторов охлаждения и теплообменников.

Удельная теплоемкость алюминия, как и температура его плавления, достаточно высока. Данные показатели значительно превышают аналогичные значения большей части металлов. С повышением чистоты металла увеличивается и его способность отражать от поверхности световые лучи. Алюминий хорошо поддается полировке и прекрасно анодируется.

Металл близок по свойствам к кислороду, его поверхность на воздухе быстро затягивается пленкой из оксида алюминия – тонкой и прочной.

Обладая антикоррозионными свойствами, она защищает металл от образования ржавчины и предупреждает дальнейшее окисление.

Алюминий не взаимодействует с азотной кислотой (концентрированной и разбавленной) и органическими кислотами, он стоек к воздействию пресной, соленой воды.

Эти особенности алюминия придают ему устойчивость к коррозии, что и используется людьми. Именно поэтому его особенно широко применяют в строительстве. Интерес к нему увеличивается еще и по причине его легкости в сочетании с прочностью и мягкостью. Такие характеристики есть далеко не у всякого вещества.

Помимо вышеуказанных, алюминий имеет еще несколько интересных физических свойств:

  • Ковкость и пластичность – алюминий стал материалом изготовления прочной и легкой тонкой фольги, а также проволоки.
  • Плавление происходит при температуре +660 °С.
  • Температура кипения +2 450 °С.
  • Плотность – 2,7 г/см³.
  • Наличие объемной гранецентрированной металлической кристаллической решетки.
  • Тип связи – металлический.

Области использования алюминия определяются его химическими и физическими свойствами. Характеристики металла, рассмотренные выше, применяются в бытовых целях. Основные свойства алюминия, как прочного, особо легкого, антикоррозийного материала, используются в судо- и авиастроении. Именно поэтому важно их знать.

Основные химические свойства алюминия

С химической точки зрения алюминий является чрезвычайно сильным восстановителем, имеющим способность в чистом виде быть высоко активным веществом. Основное условие – убрать оксидную пленку.

Алюминий способен вступать в реакции с:

  • щелочными соединениями;
  • кислотами;
  • серой;
  • галогенами.

Алюминий не взаимодействует в обычных условиях с водой. Йод – единственный из галогенов, с которым у металла происходит реакция без нагревания. Для взаимодействия с прочими требуется увеличение температуры.

Рассмотрим несколько примеров, показывающих химические свойства данного металла. Это уравнения, иллюстрирующие взаимодействие с:

  • щелочами: 2Al + 6h3O + 2NaOH = Na[Al(OH)4] + 3Н2;
  • кислотами: AL + HCL = AlCL3 + h3;
  • серой: 2AL + 3S = AL2S3;
  • галогенами: AL + Hal = ALHal3.

Основным свойством алюминия считается его способность восстанавливать иные вещества из их соединений.

Реакции его взаимодействия с оксидами иных металлов хорошо показывают все восстановительные свойства вещества. Алюминий прекрасно выделяет металлы из различных соединений. Примером может служить: Cr2O3 + AL = AL2O3 + Cr.

Металлургическая промышленность активно использует эту способность алюминия. Методика получения веществ, которая основывается на данной реакции, называется алюминотермия. Химическая индустрия использует алюминий чаще всего для получения иных металлов.

Как применяют основные свойства алюминия

Алюминий в чистом виде имеет слабые механические свойства. Именно поэтому наиболее часто применяют его сплавы.

Таких сплавов достаточно много, вот основные из них:

  • алюминий с марганцем;
  • дюралюминий;
  • алюминий с магнием;
  • алюминий с медью;
  • авиаль;
  • силумины.

В основе этих сплавов лежит алюминий, отличаются они исключительно добавками. Последние же делают материал прочным, легким в обработке, более стойким к износу, коррозии.

Есть несколько основных областей применения алюминия (чистого или в виде сплава). Из металла изготавливают:

  • фольгу и проволоку для бытового использования;
  • посуду;
  • морские и речные суда;
  • самолеты;
  • реакторы;
  • космические аппараты;
  • архитектурные и строительные элементы и конструкции.

Алюминий является одним из самых важных металлов наравне с железом и его сплавами. Эти два элемента таблицы Менделеева наиболее широко применяются человеком в своей деятельности.

Как используют основные свойства алюминия в строительстве

Строительство – одна из основных отраслей-потребителей алюминия. 25 % всего вырабатываемого металла используется именно в ней. Современный облик мегаполисов был бы невозможен без использования алюминия. Он дает возможность создавать функциональные и красивые здания, стремящиеся ввысь. Небоскребы офисных центров имеют фасады из стекла, закрепленные на прочных, легких рамах из алюминия.

Современные торговые, развлекательные и выставочные центры в основе своей имеют каркас из алюминия. Конструкции из данного металла используются для возведения бассейнов, стадионов и других спортивных строений. Алюминий – один из самых востребованных у архитекторов, строителей, дизайнеров металлов. Почему? Давайте разберемся.

Алюминий – прочный и легкий металл, не поддающийся коррозии, имеющий долгий срок службы и совершенно нетоксичный. Он легко поддается обработке, сварке, паянию, его просто сверлить, распиливать, связывать и соединять шурупами.

Этот металл способен принять любую форму посредством экструзии. Алюминий поможет воплотить самый смелый замысел архитектора.

Из него изготавливаются конструкции, которые невозможно сделать из иных материалов: пластика, дерева или стали.

За прошлый век алюминий прошел путь от металла, редко используемого в строительстве из-за дороговизны и недостаточных объемов производства, до наиболее часто применяемого. 1920-е годы стали переломными.

Благодаря электролизной технологии значительно снизилась стоимость его производства – в 5 раз.

Алюминий стали применять в производстве стеновых панелей и водостоков, декоративных элементов, а не только для сводов и отделки крыш.

Empire State Building – первый небоскреб, при возведении которого широко применялся алюминий. Он был построен в 1931 году и оставался самым высоким в мире до 1970 г.

Алюминий активно использовался в конструкциях этого здания. В интерьере его также применяли достаточно широко. Фреска, расположенная на стенах и полке лобби, являющаяся визитной карточкой сооружения, сделана из алюминия и золота в 23 карата.

80 лет – таков минимальный срок эксплуатации конструкций из алюминия. Применение этого металла не ограничено климатическими условиями, его свойства остаются прежними при температурах от -80 °С и до +300 °C. Пожары редко могут разрушить алюминиевые сооружения. Низкие же температуры, наоборот, увеличивают его прочность.

Примером может служить алюминиевый сайдинг.

Отражающее покрытие в виде фольги и теплоизоляция создают вместе с ним прекрасную защиту от холода, которая в 4 раза более эффективна, чем облицовка кирпичом толщиной 10 см или камнем толщиной 20 см.

Именно поэтому алюминий все чаще можно встретить при строительстве объектов в условиях холодного климата: в РФ – на Северном Урале, в Якутии и Сибири.

Но еще более важным качеством алюминия является его легкость. При одинаковой жесткости пластина из алюминия в два раза легче стальной. И все благодаря низкому удельному весу. Если посчитать, то выйдет, что вес алюминиевой конструкции при равной несущей способности в два, а иногда и в три раза ниже массы стальной и в семь раз ниже железобетонной.

В настоящее время алюминий используют для строительства небоскребов и иных высоких строений. Металл делает здание значительно легче, что удешевляет постройку за счет меньшей глубины фундамента. Ведь чем больший вес имеют сооружения, тем фундамент должен быть глубже.

Разводные мосты, выполненные из алюминия, также имеют небольшой вес, что облегчает работу механизмов, противовесы для таких конструкций должны быть минимальными. Данный металл вообще дает возможность архитекторам не ограничивать фантазию.

Да и работать с таким легким материалом значительно проще, быстрее и удобнее.

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Алюминий — «серебро из глины»

Представить современную жизнь без этого металла невозможно. Упаковка таблеток, тара для напитков, начинка холодильника и многое другое – все это алюминий.

Что представляет собой

Алюминий – это металл, элемент периодической системы Д. И. Менделеева №13. Простое вещество с формулой из одного символа – Al.
  • Международное обозначение – Al (Aluminium).
  • Структура решетки – куб, центрированный по граням.
  • Цвет изначально белый, но на воздухе создается серебристо-матовая пленка-оксид.
  • По классификации цветных металлов причислен к группе легких (вместе с титаном и магнием).

Алюминий – самый распространенный в земной коре среди металлов и третий среди химических элементов, вслед за кислородом и кремнием.

Как был открыт

Бокситы и глинозем известны людям веками. С алюминием как металлом они познакомились только к середине XIX века.

Мировой опыт

История открытия – это опыты ученых-одиночек:

  • Первую попытку предпринял Парацельс (XVI век). Он выделил из квасцов «квасцовую землю», содержащую оксид неизвестного металла (алюминия).
  • Два века спустя процесс повторил немецкий химик Андреас Маргграф. Тоже получил оксид металла, которому присвоил название alumina («вяжущий»).
  • Первые миллиграммы металла выделил датчанин Ганс Эрстед. Физик-практик выбрал исходником хлорид алюминия. Нагревая и воздействуя калийной амальгамой, получил чистый металл.
  • Чистый калий, а не амальгаму использовал Фридрих Велер. Восстановив металл (получилось несколько крупинок), описал его свойства.
  • Еще дальше пошел француз Сент-Клер Девиль. Он изготовил слиток металла, использовав метод Велера. Но вместо калия взял натрий. Девиль предъявил слиток публике на Всемирной выставке в Париже (1855 год), сотворив сенсацию. Спустя год получил металл методом электролиза. Такой успех объясним: ученого спонсировал сам Наполеон III, рассчитывавший приспособить металл для военных нужд.

Получение металла промышленными партиями – заслуга американца Чарльза Холла и француза Поля Эру. Независимо друг от друга они к 1886 году разработали методику расплава глинозема в криолите электролизом.

С глиноземом экспериментировали и русские ученые. Метод, предложенный К.И.Байером, стал классическим для алюминиевой промышленности мира.

Первый алюминиевый завод – Волховский – ввели в строй во времена СССР (1932 год).

Производство сырья исчислялось тысячами тонн. Эта отрасль была на особом счету: ее продукт обеспечивал обороноспособность государства.

Сегодня монополист по добыче и переработке сырья – компания «Русал» («Русский Алюминий»).

Новое «золото»

Первый алюминий был дороже золота:

  • Европейская знать использовала алюминиевые столовые приборы (гостям попроще выдавались серебряные или золотые). Моду задал своим указом император Франции Наполеон III.
  • Ювелиры изготавливали украшения класса люкс.
  • Бесценный подарок сделали англичане русскому гению Дмитрию Менделееву – весы с чашами из золота и алюминия.

Дешевый метод появился к началу ХХ века. В 1911 году во французском Дюрене выпустили первую партию металла. Его назвали в честь этого города. А алюминий перешел в разряд бижутерии.

История названия

Латинский термин восходит к корню alumen. Так назывались квасцы, издревле используемые лекарями.

В России металл именовали «серебром из глины», поскольку глинозем – главный компонент глины.

7,4-8,1% земной коры – это алюминий. В природе представлен горными породами и минералами, формирующими земную кору.

Почти всегда это соединения алюминия:

  • Бокситы (оксиды с примесью кремния, кальция, железа).
  • Глиноземы (каолиново-песчаная либо известковая, магнезиальная смесь).
  • Нефелины (с калием).
  • Каолиниты.
  • Корунды.

В сегменте корундов соседствуют «суровый» наждак и ювелирные минералы: сапфир, рубин. Строение их решеток идентично.

«Алюминиевые» самоцветы: сапфир, рубин, изумруд, аквамарин, александрит.

Соединения алюминия найдены в воде рек, морей, океанов. В чистом виде – только в жерлах вулканов.

Месторождения и методы добычи

Главное сырье для получения алюминия – бокситы. Их залежи сосредоточены в тропиках и субтропиках.

Добыча алюминия

Россия богата нефелиновыми рудами, источник которых – север страны (Кольский полуостров и Кемеровская область).

Мировые запасы сырья исчисляются миллионами тонн.

Добыча ведется открытым либо закрытым способом.

Физико-химические характеристики

Для практических целей важны следующие свойства алюминия:

  • Теплопроводность (выше только у меди и серебра).
  • Легкость, пластичность.
  • Электропроводность (впереди только медь, золото и серебро).
  • Неуязвимость к коррозии. Это свойство обеспечивает прочная пленка-оксид, которой на воздухе покрывается металл. Дальше он не окисляется. Взаимодействие с металлами, кислотами, водой нулевое. При удалении пленки химическая активность восстанавливается.
  • Холодостойкость (на морозе не становится хрупким).

Наконец, с ним легко работается. Металл подходит для любого вида обработки (штамповка, волочение, ковка, прокат, полировка).

Микроструктура алюминия на протравленной поверхности слитка, чистотой 99,9998 %

Способы получения

Бокситная руда – это глинозем (45-58%) плюс соединения железа, титана, кремнезем. Ее транспортируют на обогатительную фабрику.

Для очистки глинозема применяют процесс К.И.Байера:

  1. Руду загружают в автоклав, где нагревают с едким натром, охлаждают.
  2. Отделяют твердый осадок.
  3. Гидроокись осаждают, прокаливают.

На выходе получают оксид алюминия, то есть чистый глинозем. Его тестируют на калибровку и чистоту, затем превращают в алюминий.

  1. Свойства алюминия делают невозможным применение классических для металлов способов восстановления.
  2. Сегодня металл высвобождают способом, придуманным в конце XIX века (метод Холла-Эру).

Изучается возможность производства металлического алюминия через частичное  восстановление. Образуется карбид алюминия, который разлагают при 1950°С. По расчетам, он рентабельнее классического.

Из нефелинов попутно получают кальцинированную соду, поташ, цемент, удобрения.

Алюминий vs медь

Эти металлы – соперники на рынке. У каждого свои достоинства и недостатки.

Главные конкурентные преимущества алюминия – легкость, пластичность, дешевизна (втрое по сравнению с медью).

Медь отличается более высокой тепло- и электропроводностью.

Где используется

Характеристики алюминия обусловили его применение во всех отраслях хозяйства – от ракетостроения до производства пищевой фольги.

По степени чистоты металла различают два вида: технический и высокой чистоты.

Промышленность

Металл используют как конструкционный материал и восстановитель.

Например, трубы из него долговечны, надежны. Кроме магистральных газо-, водопроводов, радиаторов отопления, это элементы бензобаков, автомобилей, самолетов, судов. Их используют декораторы и укладчики дорог.

Металлургия

Металл применяется как базис для сплавов. В отличие от природных примесей, сплавы создаются людьми. Их искусственное происхождение обнуляет природные недостатки материала. Например, медь и магний повышают порог прочности.

Алюминиевых сплавов сотни, самые известные:

  • дюралюминий – плюс медь, магний;
  • силумин – плюс кремний.

Другие легирующие элементы – железо, никель.

Как мощный раскислитель задействован в производстве сталей. Благодаря ему исключена пористость отливок и слитков.

Электротехника

Это оптимальный материал для ассортимента изделий:

  • Провода, кабели, тепловое оборудование.
  • Холодильные, другие криогенные системы.
  • Клапаны двигателей внутреннего сгорания, нефтяных платформ, турбин.

Алюминий заменяет затратный процесс цинкования.

Энергетика

Металл выступает универсальным вторичным энергоносителем для выработки тепла, производства водорода, электричества для электрохимических генераторов.

Применяется в теплообменниках, радиаторах охлаждения.

Строительство

Газообразующий агент, благодаря которому возможно получение пористого строительного материала.

Технологи работают над созданием пенистого алюминия – сверхлегкого, сверхпрочного материала нового поколения.

Из алюминия сделан первый самолет (1919 год). Сегодня это сырье номер один в авиа- и ракетостроении. Он есть в корпусах самолетов, ракет, спутников.

Алюминий и его соединения – основа либо компонент топлива для ракет.

Дешевый легкий металл приспособили для производства автоматов, гранатометов, пистолетов, взрывчатки.

Другие отрасли

Металл популярен в «мирных» сегментах.

Пищевая промышленность

  • В пищепроме это упаковка продуктов питания, фольга для кулинарных целей (например, запекания в духовке).
  • Алюминий – это пищевая добавка Е173.

Столовые приборы для общепита, армии (котелки, фляги), пенитенциарных заведений тоже алюминиевые.

Медицина

Алюмогель – основа препаратов при проблемах желудочно-кишечного тракта. Самые известные – Маалокс, Альмагель.

Ювелирное дело

Ювелиры любили алюминий: его легко обрабатывать, а пленка на поверхности придает сходства с благородной патиной.

Но эти времена прошли. Сегодня металл в почете только у японцев. Мастера выполняют традиционные украшения для причесок, одежды. Они проходят как бижутерия, заменяя элитарное серебро.

Мода прихотлива: сегодня появились украшения класса люкс из бетона как оправы. Так что всплеск популярности ювелирного алюминия не исключен.

Предостережение

Алюминий не заложен изначально в биологические организмы. Но человек получает его микродозы ежедневно – с пищей.

Им богаты горох, пшеница, рис, овсяный «геркулес». Доказана польза алюминия как стимулятора регенерации, развития тканей, работы ЖКТ, ферментов.

Однако его переизбыток (откладывается в костях, мозге, печени, почках) чреват тяжелыми расстройствами нервной системы.

По стандартам РФ, в литре питьевой воды не должно быть более 0,2 мг алюминия.

Алюминиевой посудой пользоваться можно, но ограниченно. Безопасны готовка, подогрев, хранение продуктов с нейтральными характеристиками. Приготовление кислых блюд (щи, томат, компот) опасно. Алюминий поступит в еду, создавая избыточную дозу при попадании в организм, плюс «железный» привкус.

Цены

На 2021 год стоимость тонны сырья на мировых рынках превышает $2000. За последние три года она колебалась, достигая максимума ($2300, май 2018) и минимума (в коронакризисс — $1500, апрель 2020 года).

Алюминий

Кусок чистого алюминия

Алюминий — очень редкий минерал семейства меди-купалита подкласса металлов и интерметаллидов класса самородных элементов. Преимущественно в виде микроскопических выделений сплошного мелкозернистого строения.

Может образовывать пластинчатые или чешуйчатые кристаллы до 1 мм., отмечены нитевидные кристаллы длиной до 0,5 мм. при толщине нитей несколько мкм.

Лёгкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке.

СТРУКТУРА

Кубическая гранецентрированная структура. 4 оранжевых атома

Кристаллическая решетка алюминия — гранецентрированный куб, которая устойчива при температуре от 4°К до точки плавления. В алюминии нет аллотропических превращений, т.е. его строение постоянно.

Элементарная ячейка состоит из четырех атомов размером 4,049596×10-10 м; при 25 °С атомный диаметр (кратчайшее расстояние между атомами в решетке) составляет 2,86×10-10 м, а атомный объем 9,999×10-6 м3/г-атом.
Примеси в алюминии незначительно влияют на величину параметра решетки.

Алюминий обладает большой химической активностью, энергия образования его соединений с кислородом, серой и углеродом весьма велика. В ряду напряжений он находится среди наиболее электроотрицательных элементов, и его нормальный электродный потенциал равен -1,67 В.

В обычных условиях, взаимодействуя с кислородом воздуха, алюминий покрыт тонкой (2-10-5 см), но прочной пленкой оксида алюминия А1203, которая защищает от дальнейшего окисления, что обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако при наличии в алюминии или окружающей среде Hg, Na, Mg, Ca, Si, Си и некоторых других элементов прочность оксидной пленки и ее защитные свойства резко снижаются.

СВОЙСТВА

Самородный алюминий. Поле зрения 5 x 4 мм. Азербайджан, Гобустанский район, Каспийское море, Хере-Зиря или остров Булла

Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью, парамагнетик. Температура плавления 660°C. К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость.

Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов. Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминий химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой — оксидом алюминия.) надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления.

Но если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в оксид алюминия. Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и серной кислотах, особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной и концентрированной холодной азотной кислоте алюминий не растворяется.

При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты — соли, содержащие алюминий в составе аниона.

Запасы и добыча

Кусочки алюминия

По распространённости в земной коре Земли занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрация алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, оценивается от 7,45 до 8,14%.

Современный метод получения, процесс Холла—Эру был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых анодных электродов.

Такой метод получения требует очень больших затрат электроэнергии, и поэтому получил промышленное применение только в XX веке.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Аллюминий, агрегированный с коркой байерита на поверхности. Узбекистан, Навойская область, Учкудук

Вследствие высокой химической активности он не встречается в чистом виде, а лишь в составе различных соединений. Так, например, известно множество руд, минералов, горных пород, в состав которых входит алюминий. Однако добывается он только из бокситов, содержание которых в природе не слишком велико.

Самые распространенные вещества, содержащие рассматриваемый металл: полевые шпаты; бокситы; граниты; кремнезем; алюмосиликаты; базальты и прочие. В небольшом количестве алюминий обязательно входит в состав клеток живых организмов.

Некоторые виды плаунов и морских обитателей способны накапливать этот элемент внутри своего организма в течение жизни.

ПРИМЕНЕНИЕ

Украшение из алюминия

Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость.

Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше по весу.

Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при напылении проводников на поверхности кристаллов микросхем.
Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Так, Наполеон III заказал алюминиевые пуговицы, а Менделееву в 1889 г.

были подарены весы с чашами из золота и алюминия. Мода на ювелирные изделия из алюминия сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производстве бижутерии.

Алюминий (англ. Aluminium) — Al

КЛАССИФИКАЦИЯ

Hey’s CIM Ref1.21

Физические свойства

Оптические свойства

Плеохроизмне плеохроирует

Кристаллографические свойства

Алюминий. Описание, свойства, происхождение и применение металла

Кусок чистого алюминия

Алюминий — очень редкий минерал семейства меди-купалита подкласса металлов и интерметаллидов класса самородных элементов. Преимущественно в виде микроскопических выделений сплошного мелкозернистого строения. Может образовывать пластинчатые или чешуйчатые кристаллы до 1 мм., отмечены нитевидные кристаллы длиной до 0,5 мм. при толщине нитей несколько мкм. Лёгкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке.

СТРУКТУРА


Кубическая гранецентрированная структура. 4 оранжевых атома

Кристаллическая решетка алюминия — гранецентрированный куб, которая устойчива при температуре от 4°К до точки плавления. В алюминии нет аллотропических превращений, т.е. его строение постоянно. Элементарная ячейка состоит из четырех атомов размером 4,049596×10-10 м; при 25 °С атомный диаметр (кратчайшее расстояние между атомами в решетке) составляет 2,86×10-10 м, а атомный объем 9,999×10-6 м3/г-атом.
Примеси в алюминии незначительно влияют на величину параметра решетки. Алюминий обладает большой химической активностью, энергия образования его соединений с кислородом, серой и углеродом весьма велика. В ряду напряжений он находится среди наиболее электроотрицательных элементов, и его нормальный электродный потенциал равен -1,67 В. В обычных условиях, взаимодействуя с кислородом воздуха, алюминий покрыт тонкой (2-10-5 см), но прочной пленкой оксида алюминия А1203, которая защищает от дальнейшего окисления, что обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако при наличии в алюминии или окружающей среде Hg, Na, Mg, Ca, Si, Си и некоторых других элементов прочность оксидной пленки и ее защитные свойства резко снижаются.

СВОЙСТВА


Самородный алюминий. Поле зрения 5 x 4 мм. Азербайджан, Гобустанский район, Каспийское море, Хере-Зиря или остров Булла

Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью, парамагнетик. Температура плавления 660°C. К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов. Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминий химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой — оксидом алюминия.) надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления. Но если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в оксид алюминия. Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и серной кислотах, особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной и концентрированной холодной азотной кислоте алюминий не растворяется. При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты — соли, содержащие алюминий в составе аниона.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА


Кусочки алюминия

По распространённости в земной коре Земли занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрация алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, оценивается от 7,45 до 8,14%.
Современный метод получения, процесс Холла—Эру был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых анодных электродов. Такой метод получения требует очень больших затрат электроэнергии, и поэтому получил промышленное применение только в XX веке.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ


Аллюминий, агрегированный с коркой байерита на поверхности. Узбекистан, Навойская область, Учкудук

Вследствие высокой химической активности он не встречается в чистом виде, а лишь в составе различных соединений. Так, например, известно множество руд, минералов, горных пород, в состав которых входит алюминий. Однако добывается он только из бокситов, содержание которых в природе не слишком велико. Самые распространенные вещества, содержащие рассматриваемый металл: полевые шпаты; бокситы; граниты; кремнезем; алюмосиликаты; базальты и прочие. В небольшом количестве алюминий обязательно входит в состав клеток живых организмов. Некоторые виды плаунов и морских обитателей способны накапливать этот элемент внутри своего организма в течение жизни.

ПРИМЕНЕНИЕ


Украшение из алюминия

Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость. Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше по весу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при напылении проводников на поверхности кристаллов микросхем.
Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Так, Наполеон III заказал алюминиевые пуговицы, а Менделееву в 1889 г. были подарены весы с чашами из золота и алюминия. Мода на ювелирные изделия из алюминия сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производстве бижутерии.


Алюминий (англ. Aluminium) — Al

Молекулярный вес 26.98 г/моль
Происхождение названия от латинского alumen
IMA статус утверждён в 1978

КЛАССИФИКАЦИЯ


Hey’s CIM Ref1.21

Strunz (8-ое издание) 1/A.03-05
Nickel-Strunz (10-ое издание) 1.AA.05
Dana (7-ое издание) 1.1.22.1
Dana (8-ое издание) 1.1.1.5

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Цвет минерала серовато-белый, белый
Прозрачность непрозрачный
Блеск металлический
Спайность нет
Твердость (шкала Мооса) 2-3
Прочность ковкий
Плотность (измеренная) 2.7 г/см3
Радиоактивность (GRapi) 0

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Плеохроизмне плеохроирует

Тип изотропный
Люминесценция в ультрафиолетовом излучении не флюоресцентный
Магнетизм парамагнетик

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Точечная группа (4/m 3 2/m) — изометричная гексаоктаэдральная
Пространственная группа F m3m, P m3m
Сингония кубическая
Параметры ячейки a = 4.04Å

Интересные статьи:

mineralpro.ru   26.07.2016  

Алюминий и посуда из него

Основой алюминиевой посуды, как с антипригарным покрытием, так и без покрытий, является АЛЮМИНИЙ — химический элемент III группы периодической системы Д.И. Менделеева, занимающий 3-е место по распространенности после кислорода и кремния в земной коре (порядка 9%). Вопреки предубеждениям многих обывателей, безосновательно поддерживаемых сообщениями СМИ о вреде алюминия, этот металл является безопасным и самым «удобным» для производства посуды с антипригарным покрытием.

  Алюминий в значительных количествах содержится в воде, воздухе, почве. Есть он и в нормально функционирующем человеческом организме. 

 По своей природе чистый алюминий является очень активным химическим элементом. Благодаря своей способности интенсивно окисляться, он постоянно покрыт плотной оксидной пленкой Al203, которая и препятствует его дальнейшему окислению. Инертность оксида алюминия настолько велика, что покрытый им алюминий:

  • практически не реагирует с концентрированной и разбавленной АЗОТНОЙ КИСЛОТОЙ;
  • с трудом взаимодействует с концентрированной и разбавленной СЕРНОЙ КИСЛОТОЙ;
  • не растворяется в ОРТОФОСФОРНОЙ КИСЛОТЕ.

Полезные природные свойства алюминия сегодня находят применение в различных сферах жизнедеятельности человека:

ПРИРОДНЫЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ

  • Подтвержденная высокая коррозийная стойкость алюминия

Основная характеристика оксида алюминия, как было описано выше – это постоянное окисление при взаимодействии с кислородом и, как следствие, образование тончайшей оксидной пленки на поверхности алюминия, которая служит «броней» и защищает металл от кислот.

  • Сохранение витаминов и микроэлементов

Благодаря тончайшей оксидной пленке алюминий обладает ценным свойством – он не разрушает витамины и ценные микроэлементы в продуктах питания. Именно поэтому из него изготавливают аппаратуру для медицинской, маслобойной, сахарной, кондитерской и пивоваренной промышленности.

  • Активное использование алюминия при производстве упаковки

Так же в защиту безопасности данного металла говорит его активное применение в упаковочной промышленности (йогурт, шоколад, лекарства, напитки). Алюминий непроницаем для ультрафиолетовых лучей, которые разрушают многие продукты питания. Это непроницаемый для газов, запахов, жидкостей и пыли материал. Используется при производстве крышек, банок для безалкогольных и слабоалкогольных напитков и пива, упаковок различных продуктов – от йогурта до лекарств.


ПОЧЕМУ АЛЮМИНИЙ ИДЕАЛЕН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОСУДЫ?



Свойства алюминия и его сплавов

 Реферат  по  курсу  СТОНХ  на  тему

«Свойства алюминия 

и его сплавов»

            

План.

 

1. Физические свойства чистого алюминия.

2. История получения алюминия.

3. Классификация алюминия по степени чистоты и

его механические свойства.

4. Основные легирующие элементы в алюминиевых сплавах и

их функции.

5. Стойкость алюминия и его сплавов против окисления и

связанные с этим области применения сплавов.

6. Деформационные и литьевые алюминиевые сплавы.

7. Порошок алюминия и его применение.

8. Алюминий — материал будущего.

 

 

Алюминий(лат. Aluminium, от alumen — квасцы) — химический элемент III гр. периодической системы, атомный номер 13, атомная масса 26,98154. Серебристо-белый металл, легкий, пластичный, с высокой электропроводностью, tпл = 660 °С. Химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой). По распространенности в природе занимает 4-е место среди элементов и 1-е среди металлов (8,8% от массы земной коры). Известно несколько сотен минералов Алюминия (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и др.). Получают электролизом глинозема Al2О3 в расплаве криолита Na3AlF6 при 950 °С. Алюминий имеет решётку гранецентрированного куба, устойчив при температурах от -269 °С до точки плавления (660 °С). Алюминий не имеет аллотропических изменений, элементарная ячейка состоит из 4 атомов, атомный диаметр 2,86×10-10 м. Теоретическая плотность алюминия равна
2698,72 кг/м3. Экспериментальные значения для поликристаллического материала находятся в пределах от 2696,6 до 2698,8 кг/м3. Коэффициент температурного расширения при комнатной температуре 23×10-6К-1. Теплопроводность составляет при 24°С 2,37 Вт×см-1×К-1. Электросопротивление алюминия высокой чистоты (99,99%)
при 20°С составляет 2,6548×10-8 Ом×м, или 65% электросопротивления международного эталона из отожжённой меди. Отражательная способность полированной поверхности составляет более 90%.

Алюминий чистотой свыше 99,99% впервые был получен электролизом в 1920г. В 1925 г. в работе Эдвардса опубликованы некоторые сведения о физических и механических свойствах такого алюминия. В 1938г. Тэйлор, Уиллей, Смит и Эдвардс опубликовали статью, в которой приведены некоторые свойства алюминия чистотой 99,996%, полученного во Франции также электролизом. Первое издание монографии о свойствах алюминия вышло в свет в 1967г.

В последующие годы благодаря сравнительной простоте получения и привлекательным свойствам опубликовано много работ о свойствах алюминия. Чистый алюминий нашёл широкое применение в основном в электронике — от электролитических конденсаторов до вершины электронной инженерии — микропроцессоров; в криоэлектронике, криомагнетике.

Более новыми способами получения чистого алюминия являются метод зонной очистки , кристаллизация из амальгам (сплавов алюминия со ртутью) и выделение из щёлочных растворов. Степень чистоты алюминия контролируется величиной электросопротивления при низких температурах.

 

В настоящее время используется следующая классификация алюминия по степени чистоты:

 

Обозначение Содержание алюминия по массе,%
Алюминий промышленной чистоты 99,5 — 99,79
Высокочистый алюминий 99,80 — 99,949
Сверхчистый алюминий 99,950 — 99,9959
Особочистый алюминий 99,9960 — 99,9990
Ультрачистый алюминий свыше 99,9990

 

Механические свойства алюминия при комнатной температуре:

 

Чистота, % Предел текучести
d0,2,Мпа
Предел прочности,

dв, МПа

Относительное удлинение d,% (на базе 50 мм)
99,99 10 45 50
99,8 20 60 45
99,6 30 70 43

 

 

Большинство металлических элементов сплавляются с алюминием, но только некоторые из них играют роль основных легирующих компонентов в  промышленных алюминиевых сплавах. Тем не менее значительное число элементов используют в качестве добавок для улучшения свойств сплавов. Наиболее широко применяются:

Бериллий добавляется для уменьшения окисления при повышенных температурах. Небольшие добавки бериллия (0,01 — 0,05%) применяют в алюминиевых литейных сплавах для улучшения текучести в производстве деталей двигателей внутреннего сгорания (поршней и головок цилиндров).

Бор вводят для повышения электропроводимости и как рафинирующую добавку. Бор вводится в алюминиевые сплавы, используемые в атомной энергетике(кроме деталей реакторов), т.к. он поглощает нейтроны, препятствуя распространению радиации. Бор вводится в среднем в количестве 0,095 — 0,1%.

Висмут. Металлы с низкой температурой плавления, такие как висмут, свинец, олово, кадмий вводят в алюминиевые сплавы для улучшения обрабатываемости резанием. Эти элементы образуют мягкие легкоплавкие фазы, которые способствуют ломкости стружки и смазыванию резца.

Галлий добавляется в количестве 0,01 — 0,1% в сплавы, из которых далее изготавливаются расходуемые аноды.

Железо. В малых количествах (»0,04%) вводится при производстве проводов для увеличения прочности и улучшает характеристики ползучести. Так же железо  уменьшает прилипание к стенкам форм при литье в кокиль.

Индий. Добавка 0,05 — 0,2% упрочняют сплавы алюминия при старении, особенно  при низком содержании меди. Индиевые добавки используются в алюминиево — кадмиевых подшипниковых сплавах.

Примерно 0,3% кадмия вводят для повышения прочности и улучшения коррозионных свойств сплавов.

Кальций придаёт пластичность. При содержании кальция 5% сплав обладает эффектом сверхпластичности.

Кремний является наиболее используемой добавкой в литейных сплавах. В количестве 0,5 — 4% уменьшает склонность к трещинообразованию. Сочетание кремния с магнием делают возможным термоуплотнение сплава.

Магний. Добавка магния значительно повышает прочность без снижения пластичности, повышает свариваемость и увеличивает коррозионную стойкость сплава.

Медь упрочняет сплавы, максимальное упрочнение достигается при содержании меди 4 — 6%. Сплавы с медью используются в производстве поршней двигателей внутреннего сгорания, высококачественных литых деталей летательных аппаратов.

Олово улучшает обработку резанием.

Титан. Основная задача титана в споавах — измельчение зерна в отливках и слитках, что очень повышает прочность и равномерность свойств во всём объёме.

 

Хотя алюминий считается одним из наименее благородных промышленных металлов, он достаточно устойчив во многих окислительных средах. Причиной такого поведения является наличие непрерывной окисной плёнки на поверхности алюминия, которая немедленно образуется вновь на зачищенных участках при воздействии кислорода, воды и других окислителей.

Большинство алюминиевых сплавов имеют высокую коррозионную стойкость в естественной атмосфере, морской воде, растворах многих солей и химикатов и в большинстве пищевых продуктов. Последнее свойство в сочетании с тем, что алюминий не разрушает витамины, позволяет широко использовать его в производстве посуды. Конструкции из алюминиевых сплавов часто используют в морской воде. Морские бакены, спасательные шлюпки, суда, баржи строятся из сплавов алюминия с 1930 г. В настоящее время длина корпусов кораблей из сплавов алюминия достигает 61 м. Существует опыт алюминиевых подземных трубопроводов, сплавы алюминия обладают высокой стойкостью к почвенной коррозии. В 1951 году на Аляске был построен трубопровод длиной 2,9 км. После 30 лет работы не было обнаружено ни одной течи или серьёзного повреждения из-за коррозии.

Алюминий в большом объёме используется в строительстве в виде облицовочных панелей, дверей, оконных рам, электрических кабелей. Алюминиевые сплавы не подвержены сильной коррозии в течение длительного времени при контакте с бетоном, строительным раствором, штукатуркой, особенно если конструкции не подвергаются частому намоканию. При частом намокании, если поверхность алюминиевых изделий не была дополнительно обработана, он может темнеть, вплоть до почернения в промышленных городах с большим содержанием окислителей в воздухе. Для избежания этого выпускаются специальные сплавы для получения блестящих поверхностей путём блестящего анодирования — нанесения на поверхность металла оксидной плёнки. При этом поверхности можно придавать множество цветов и оттенков. Например, сплавы алюминия с кремнием позволяют получить гамму оттенков от серого до чёрного. Золотой цвет имеют сплавы алюминия с хромом.

 

Промышленный алюминий выпускается в виде двух видов сплавов — литейных, детали из которых изготавливаются литьём, и деформационные — сплавы, выпускаемые в виде деформируемых полуфабрикатов — листов, фольги, плит, профилей, проволоки. Отливки из алюминиевых сплавов получают всеми возможными способами литья. Наиболее распространено литьё под давлением, в кокиль и в песчано — глинистые формы. При изготовлении небольших партий применяется литьё в гипсовые комбинированные формы  и литьё по выплавляемым моделям. Из литейных сплавов  изготавливают

литые роторы электромоторов, литые детали летательных аппаратов и др. Деформируемые сплавы используются в автомобильном производстве для внутренней отделки, бамперов, панелей кузовов и деталей интерьера; в строительстве как отделочный материал; в летательных аппаратах и др.

 

В промышленности используются также и алюминиевые порошки. Применяются в металлургической промышленности: в алюминотермии, в качестве легирующих добавок, для изготовления полуфабрикатов путём прессования и спекания. Этим методом получают очень прочные детали (шестерни, втулки и др.). Также порошки используются в химии для получения соединений алюминия и в качестве катализатора (например, при производстве этилена и ацетона). Учитывая высокую реакционную способность алюминия, особенно в виде порошка, его используют во взрывчатых веществах и твёрдом топливе для ракет, используя его свойство быстро воспламеняться.

Учитывая высокую стойкость алюминия к окислению,  порошок используются в качестве пигмента в покрытиях для окраски оборудования, крыш, бумаги в полиграфии, блестящих поверхностей панелей автомобилей. Также слоем алюминия покрывают стальные и чугунные изделия во избежание их коррозии.

 

Уже сейчас трудно найти отрасль промышленности, где бы  не использовался алюминий или его сплавы — от микроэлектроники до тяжёлой металлургии. Это обуславливается хорошими механическими качествами, лёгкостью, малой температурой плавления, что облегчает обработку, высоким внешними качествами, особенно после специальной обработки. Учитывая перечисленные и многие другие физические и химические свойства алюминия, его неисчерпаемое количество в земной коре, можно сказать, что  алюминий — один из самых перспективных материалов будущего.

 

 

 

Список использованной литературы.

 

1. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов. Справочное руководство. Редакционная коллегия И.В. Горынин и др. Москва «Металлургия», 1978.

 

2. Алюминий. Свойства и физическое металловедение. Справочник. Дж.Е.Хэтч. Москва, «Металлургия», 1989.

 

3. Алюминий. Н.Г.Ключников, А.Ф.Колодцев. Учпедгиз, 1958.

 

 

 

 

 

 

10 лучших применений алюминия в промышленности сегодня — материалы и инженерные ресурсы

10 основных применений алюминия, которые мы обсудим в этой статье:

  1. Линии электропередач
  2. Высотные здания
  3. Оконные рамы
  4. Бытовая электроника
  5. Бытовая и промышленная техника
  6. Компоненты самолетов
  7. Компоненты космических аппаратов
  8. Корабли
  9. Поезда
  10. Личные автомобили

Алюминий, или «алюминий», в зависимости от того, на какой стороне Атлантического океана вы проживаете, является 13 элементом о периодической таблице и пост-переходном металле.Это самый распространенный минерал на Земле после кислорода и кремния, что делает его самым распространенным металлом, естественным образом встречающимся на планете, и вторым по популярности металлом в мире после железа. Он широко используется в качестве сплава, даже если содержание алюминия достигает 99%.

Почти каждый в мире когда-то использовал продукт, содержащий алюминий. Во многом это связано с его желательными физическими свойствами:

  • Плотность: 2,7 г / см³ при 20 ° C
  • Твердость по Бринеллю: 245 [-] при 20 ° C
  • Предел прочности на разрыв: 90 МПа при 20 ° C
  • Точка плавления: 660 ° C
  • Удельная теплоемкость: 900 Дж / (кг · К) при 20 ° C
  • Удельное электрическое сопротивление: 2.6E-8 Ом · м при 20 ° C
  • Загрузите полное техническое описание здесь.

Благодаря всем этим факторам, от изобилии до теплоемкости и прочности на разрыв, алюминий используется в чрезвычайно широком диапазоне коммерческих товаров. Он также пригоден для бесконечной переработки и составляет часть базовой инфраструктуры мира. Ниже приведены десять наиболее распространенных и полезных применений алюминия в современном обществе.

1. Линии электропередачи

Алюминий идеально подходит для электромонтажа электрических сетей, в том числе воздушных линий электропередачи и местных линий электропередачи, поскольку он обеспечивает лучшее соотношение удельной проводимости к массе, чем медь — также один из наиболее распространенных материалов, используемых в электротехнике.

Алюминий имеет почти половину проводимости, чем медь, но, имея всего 30 процентов веса, неизолированный алюминиевый провод с таким же электрическим сопротивлением будет весить лишь вдвое меньше. Алюминий также дешевле меди, что делает его более привлекательным с экономической и финансовой точки зрения.

2. Высотные здания

Благодаря высокой пластичности, высокому соотношению прочности и веса и универсальности алюминий является ценным материалом, из которого строятся высотные здания и небоскребы.Это также идеальный материал из-за его долговечности, гибкости конструкции и вклада в экономию энергии как на начальном, так и на внутреннем уровне.

Кроме того, небоскребы весили бы значительно больше, если бы использовалась сталь, что потребовало бы более глубокого фундамента здания и увеличило бы затраты на строительство.

3. Оконные рамы

Алюминиевые рамы обычно являются довольно прочным и экономичным вариантом для дома и офиса. Они также легкие и могут быть ударопрочными, что полезно в местах с сильным ветром и сильными штормами.

Использование алюминия для оконных рам обычно требует меньшего ухода и дешевле, чем дерево, а также более устойчиво к царапинам, трещинам и царапинам. Однако одним из основных недостатков использования алюминиевых рам является то, что они не так энергоэффективны, как древесина, и не обеспечивают такой же уровень изоляции.

4. Бытовая электроника

Смартфоны, планшеты, ноутбуки, телевизоры с плоским экраном, компьютерные мониторы и другая электроника все чаще используют алюминий в своем производстве. Алюминий сочетает в себе красоту и практичность. может выглядеть изысканно, но при этом надежно. Это важные функции для электронной промышленности.

Производители электроники недавно внедрили алюминий вместо стали и пластика . Он использовался в основном для охлаждения ЦП и графических процессоров, а его отличная теплопроводность сделала его идеальным выбором. Новые модели электроники имеют алюминиевых корпусов и компонентов корпуса.

Алюминий прочнее и надежнее пластика, но легче стали, что в сочетании с его врожденной способностью поглощать и рассеивать тепло привело к увеличению использования алюминия ведущими производителями на рынке .

5. Бытовая и промышленная техника

Алюминий используется в прецизионных трубках для холодильников и кондиционеров — но это еще не все, что этот материал используется в таких приборах.

Многие стиральные, сушильные, посудомоечные машины и другие бытовые приборы также используют алюминиевые рамы в своей конструкции. Холодильное и морозильное оборудование — это особенно удачное практическое применение алюминия, характеристики которого облегчают процесс охлаждения и создают высокоэффективное охлаждение. Современные холодильники сильно отличались бы без преимуществ, которые дает алюминий.

6. Детали самолетов

Алюминий обладает тремя превосходными свойствами, которые делают его особенно полезным в авиационной промышленности: высокое отношение прочности к весу, отличная пластичность и высокая устойчивость к коррозии.Фактически, именно из-за алюминия люди впервые смогли летать, с тех пор как братья Райт использовали алюминий для изготовления картера двигателя для своего первого биплана с деревянной рамой.

Учитывая, что алюминий сопоставим по прочности со сталью , имея лишь небольшую долю веса, его использование в авиастроении позволяет самолетам увеличивать грузоподъемность для груза и пассажиров, а также повышать топливную экономичность. Высокая коррозионная стойкость алюминия также помогает обеспечить безопасность самолета и его пассажиров, что является одним из основных требований к воздушным путешествиям.

Свойства алюминия

  • Плотность: 2,7 г / см³ при 20 ° C
  • Модуль упругости: 70 ГПа при 20 ° C
  • Твердость по Бринеллю: 245 [-] при 20 ° C
  • Коэффициент Пуассона: 0,35 [- ] при 20 ° C
  • Прочность на разрыв: 90 МПа при 20 ° C

Загрузите бесплатно полное техническое описание на Matmatch.

Прошлое, настоящее и будущее: алюминиевые сплавы в аэрокосмической промышленности

Алюминий был выбран потому, что он легкий (примерно на 70% легче стали), прочный и обладает высокой устойчивостью к коррозии.В этой статье мы рассмотрим некоторые распространенные сплавы, используемые в аэрокосмической технике, а также некоторые менее известные сплавы, а также то, что ждет аэрокосмические материалы в будущем.

7. Компоненты космических аппаратов

Развитие космических аппаратов и ракетных технологий напрямую связано с разработкой алюминиевых сплавов . От первых прототипов двигателей до использования НАСА алюминиево-литиевого сплава этот материал был частью космической программы с момента ее создания.

Как и в самолетах, соотношение прочности и веса алюминия, устойчивость к коррозии и пластичность — идеальные свойства для чего-то, что должно быть прочным и легким, с нулевым пространством для сбоев. Окна космических кораблей также являются особенно важным приложением материаловедения: одним из способов их изготовления является оксинитрид алюминия , который на самом деле представляет собой прозрачную керамику, которую мы используем для создания пуленепробиваемых вещей.

Что еще более впечатляет, так это то, что алюминиево-ниобиевые сплавы , используемые в космическом корабле , способны выдерживать тепло, сосредоточенное внутри двигателя Falcon 9.

8. Корабли

Легкие и прочные материалы служат хорошим предзнаменованием для судов, особенно тех, которые заполняют корпус грузом . Легкие свойства алюминия обеспечивают большую поверхность и меньшую массу — без ущерба для прочности, необходимой для противостояния трещинам и пробоям в корпусе.

Это позволяет загружать больший вес в виде товаров, людей или топлива. Помимо танкеров и больших судов, алюминий используется в строительстве яхт, катеров и подводных судов .Большинство спортивных лодок также построены из алюминия, от киля до мачты, что дает им преимущество в скорости в гонках и добавляет азарта досугу.

9. Поезда

Поезда могут очень хорошо функционировать, используя железо и сталь, как это было на протяжении веков. Но почему бы не улучшить дизайн, если вы можете это сделать? Использование алюминиевых компонентов вместо стальных может иметь преимущества: алюминий легче формовать и повышает эффективность .

Если раньше железные дороги делали в основном из железа, многие элементы современных поездов производятся из алюминия .Фактически, соотношение прочности и веса алюминия является одним из основных факторов, благодаря которым скорость поездов может превышать 350 км / ч.

Алюминиевые сплавы, используемые в этих высокоскоростных рельсовых вагонах, имеют более низкую плотность, но сопоставимую прочность со сталью, а также отличную коррозионную стойкость, которая помогает при техническом обслуживании. Кроме того, кабели из алюминиевого сплава все чаще используются в качестве замены традиционных медных кабелей в железнодорожных передачах и установках .

10.Личные автомобили

Алюминий считается наиболее экономичным и экологически чистым способом повышения производительности, экономии топлива и сокращения выбросов при одновременном повышении безопасности и долговечности.

Будь то личные автомобили, такие как средний седан Ford, или роскошные модели автомобилей, такие как Mercedes Benz, алюминий все чаще становится «материалом выбора» для производителей автомобилей из-за его прочности и экологических преимуществ.

Транспортные средства могут быть легче и маневреннее без потери прочности и долговечности.Это также выгодно, поскольку автомобили легче перерабатывать, что повышает экологичность использования алюминия в транспортных средствах.

Другие области применения алюминия

Хотя это десять наиболее распространенных или полезных применений алюминия, существует множество других областей, в которых этот универсальный металл может быть использован.

Узнайте больше о различных применениях алюминия на специальной странице Matmatch, посвященной алюминию.

«Мне нравится изучать, как различные материалы могут повлиять на инженерные и экологические проблемы.”

Джордан Флагель
Ученый-эколог и аналитик

* Эта статья является работой приглашенного автора, показанного выше. Приглашенный автор несет полную ответственность за точность и законность их содержания. Содержание статьи и выраженные в ней взгляды принадлежат исключительно этому автору и не отражают взгляды Matmatch или каких-либо нынешних или прошлых работодателей, академических институтов, профессиональных обществ или организаций, с которыми автор в настоящее время или ранее связан.

Алюминий — (Al) — Химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду

Название «алюминий» происходит от древнего названия квасцов (сульфат калия-алюминия), которое было alumen (латинское, что означает горькая соль). Алюминий — это оригинальное название, данное элементу Хамфри Дэви, но другие называли его алюминием, и это название стало общепринятым в Европе. Однако в США предпочтительным названием был алюминий, и когда Американское химическое общество обсуждало этот вопрос в 1925 году, оно решило остановиться на алюминии.
Алюминий — мягкий и легкий металл. Он имеет тускло-серебристый вид из-за тонкого слоя окисления, который быстро образуется при контакте с воздухом. Алюминий нетоксичен (как металл), немагнитен и искробезопасен.

Алюминий содержит только один изотоп природного происхождения, алюминий-27, который не является радиоактивным.

Приложения

Серебристый и пластичный член группы бедных металлов, алюминий встречается в основном как рудный боксит и отличается стойкостью к окислению (на самом деле алюминий почти всегда уже окислен, но его можно использовать в этом случае). форма в отличие от большинства металлов), его прочность и легкий вес.Алюминий используется во многих отраслях для производства миллионов различных продуктов и очень важен для мировой экономики. Конструкционные компоненты из алюминия жизненно важны для аэрокосмической промышленности и очень важны в других областях транспорта и строительства, где необходимы легкий вес, долговечность и прочность.
Использование алюминия превышает использование любого другого металла, кроме железа. Чистый алюминий легко образует сплавы со многими элементами, такими как медь, цинк, магний, марганец и кремний.
Практически все современные зеркала изготавливаются с использованием тонкого отражающего покрытия из алюминия на задней поверхности листа флоат-стекла. Зеркала телескопов также покрыты тонким слоем алюминия.
Другие области применения: линии электропередачи и упаковка (банки, фольга и т. Д.).
Из-за своей высокой проводимости и относительно низкой цены по сравнению с медью алюминий в значительной степени использовался для бытовой электропроводки в США в 1960-х годах. К сожалению, проблемы с функционированием были вызваны более высоким коэффициентом теплового расширения и склонностью к ползучести при постоянном постоянном давлении, что в конечном итоге привело к ослаблению соединения; гальваническая коррозия, увеличивающая электрическое сопротивление.
Самым последним достижением в технологии алюминия является производство алюминиевой пены путем добавления к расплавленному металлу соединения (металлического гибрида), которое выделяет газообразный водород. Перед этим расплавленный алюминий должен загустеть, и это достигается добавлением волокон оксида алюминия или карбида кремния. В результате получается твердая пена, которая используется в транспортных туннелях и в космических кораблях.

Алюминий в окружающей среде

Алюминий — элемент, который присутствует в большом количестве в земной коре: считается, что он содержится в процентах от 7.От 5% до 8,1%. Алюминий в свободном виде встречается очень редко. Алюминий в значительной степени влияет на свойства почвы, где он присутствует в основном в виде нерастворимого гидроксида алюминия.
Алюминий — это химически активный металл, и его трудно извлечь из руды, оксида алюминия (Al 2 O 3 ). Алюминий — один из самых сложных для очистки металлов на земле, причина в том, что алюминий очень быстро окисляется и его оксид является чрезвычайно стабильным соединением, которое, в отличие от ржавчины на железе, не отслаивается.Сама причина, по которой алюминий используется во многих областях, заключается в том, что его так сложно производить.
Несколько драгоценных камней сделаны из прозрачной кристаллической формы оксида алюминия, известной как корунд. Присутствие следов других металлов создает различные цвета: кобальт создает синие сапфиры, а хром — красные рубины. И то, и другое теперь легко и дешево производить искусственно. Топаз — силикат алюминия, окрашенный в желтый цвет со следами железа.
Восстановление этого металла из лома (путем вторичной переработки) стало важным компонентом алюминиевой промышленности.Промышленное производство нового металла во всем мире составляет около 20 миллионов тонн в год, и примерно столько же перерабатывается. Известные запасы руд составляют 6 миллиардов тонн.

Алюминий — один из наиболее широко используемых металлов, а также одно из наиболее часто встречающихся соединений в земной коре. Из-за этого алюминий широко известен как невинное соединение. Но все же, когда человек подвергается воздействию высоких концентраций, это может вызвать проблемы со здоровьем. Водорастворимая форма алюминия вызывает вредное воздействие, эти частицы называются ионами.Обычно они находятся в растворе алюминия в сочетании с другими ионами, например в виде хлора алюминия.

Поглощение алюминия может происходить через пищу, через дыхание и при контакте с кожей. Длительное поглощение алюминия в значительных концентрациях может привести к серьезным последствиям для здоровья, например:

— повреждение центральной нервной системы
— слабоумие
— потеря памяти
— вялость
— сильная дрожь

рабочие среды, такие как шахты, где он может быть найден в воде.Люди, которые работают на заводах, где алюминий применяется в производственных процессах, могут страдать от проблем с легкими, когда они вдыхают алюминиевую пыль. Алюминий может вызывать проблемы у пациентов с почками, когда он попадает в организм во время диализа почек.

Сообщается, что вдыхание мелкодисперсного алюминия и порошка оксида алюминия является причиной легочного фиброза и повреждения легких. Этот эффект, известный как болезнь Шейвера, осложняется присутствием во вдыхаемом воздухе кремнезема и оксидов железа.Также может быть причастен к болезни Альцгеймера.

Воздействие алюминия привлекло наше внимание, в основном из-за проблем с подкислением. Алюминий может накапливаться в растениях и вызывать проблемы со здоровьем у животных, потребляющих эти растения.

Наиболее высокие концентрации алюминия наблюдаются в подкисленных озерах. В этих озерах количество рыб и земноводных сокращается из-за реакции ионов алюминия с белками в жабрах рыб и эмбрионах лягушек.
Высокие концентрации алюминия оказывают воздействие не только на рыбу, но также на птиц и других животных, потребляющих зараженную рыбу и насекомых, а также на животных, которые вдыхают алюминий через воздух.Последствиями для птиц, потребляющих зараженную рыбу, являются истончение яичной скорлупы и появление цыплят с низкой массой тела при рождении. Последствиями для животных, которые вдыхают алюминий через воздух, могут быть проблемы с легкими, потеря веса и снижение активности.

Еще одно негативное воздействие алюминия на окружающую среду заключается в том, что его ионы могут вступать в реакцию с фосфатами, в результате чего фосфаты становятся менее доступными для водных организмов.

Высокие концентрации алюминия могут быть обнаружены не только в подкисленных озерах и воздухе, но и в грунтовых водах подкисленных почв.Есть веские основания полагать, что алюминий может повредить корни деревьев, когда он находится в грунтовых водах.

Мы расскажем вам больше о поведении алюминия в воде

Вернуться к периодической диаграмме

Физические и химические свойства алюминия

Алюминий — мягкий и легкий металл. Поскольку он подвергается воздействию воздуха, чтобы быстро образовать тонкий слой оксида, он имеет тусклый серебристый вид. Алюминий нетоксичен (как металл), не магнитен и не образует искр.

Алюминий используется во многих отраслях для производства миллионов различных продуктов и играет очень важную роль в мировой экономике. За счет использования различных комбинаций его доминирующих характеристик, таких как прочность, легкий вес, коррозионная стойкость, восстанавливаемость и формуемость, алюминий находит все более широкое применение. Ассортимент продукции варьируется от конструкционных материалов до тонкой упаковочной пленки. Подробнее о применении алюминия вы можете прочитать в этой статье: Что-то, чего вы не знаете об алюминиевых трубках

Физические свойства алюминия

Каковы физические свойства алюминия? Физические свойства, как правило, являются характеристиками, которые можно наблюдать нашими органами чувств, например цвет, плотность, твердость, коррозионная стойкость, теплопроводность, проводимость и т. Д.Физические свойства алюминия следующие:

Свойства Описание
Цвет Алюминий — серебристо-белый металл без запаха.
Плотность Плотность алюминия составляет около одной трети от стали или меди, что делает его одним из самых легких коммерческих металлов.
Прочность Прочность на растяжение чистого алюминия невысока.Однако легирующие элементы, такие как марганец, кремний, медь и магний, могут повысить прочность алюминия и создать сплав, обладающий свойствами, подходящими для конкретного применения.
Алюминий очень подходит для холодных сред. По сравнению со сталью, его преимущество состоит в том, что ее предел прочности на растяжение увеличивается с понижением температуры при сохранении ее вязкости. С другой стороны, сталь хрупкая при низких температурах.
Коррозионная стойкость При контакте с воздухом поверхность алюминия почти сразу образуется из оксида алюминия.Этот слой обладает отличной коррозионной стойкостью. Он обладает значительной устойчивостью к большинству кислот, но устойчивость к основанию оставляет желать лучшего.
Теплопроводность Теплопроводность алюминия примерно в три раза выше, чем у стали. Это приводит к тому, что алюминий становится важным материалом для систем охлаждения и обогрева (например, теплообменников). В сочетании с нетоксичностью эта особенность означает, что алюминий широко используется в посуде и кухонных принадлежностях.
Электропроводность Алюминий имеет достаточно высокую электропроводность и может использоваться в качестве электрических проводников.
Отражательная способность От УФ до инфракрасного излучения алюминий является отличным отражателем лучистой энергии. Те же характеристики отражательной способности делают алюминий теплоизоляционным материалом, который предотвращает попадание солнечного света летом и предотвращает потерю тепла зимой.

Химический P свойства A алюминий

Химические свойства означают, что вещество вступает в реакцию с другими веществами или изменяется от одного вещества к другому.В общем, химические свойства можно наблюдать только во время химической реакции. Реакция вещества может быть вызвана изменениями, вызванными горением, ржавчиной, нагреванием, взрывом, изменением цвета и т.п. Ниже приведены химические свойства алюминия:

Свойства Описание
Окисление В общем, алюминиевые металлы не реагируют на воздух, потому что их поверхность покрывает тонкий слой оксидов, который помогают защитить металл от воздушной эрозии.Однако, если оксидный слой поврежден и металлический алюминий обнажится, он снова вступит в реакцию с образованием амфотерного оксида.
Реакция с кислотой Алюминий легко реагирует с неорганической кислотой с образованием раствора, содержащего гидратированные ионы алюминия, при выделении водорода.
В случае реакции с азотной кислотой она пассивно реагирует, образуя защитный оксидный слой на поверхности оксида алюминия
Реакция со щелочью Алюминий реагирует с основанием с образованием алюмината с выделением водорода.
Реакция с водой Реагирует с горячей водой.
Соединение Алюминий, кислород и другие элементы смесей производят алюминиевые рудники, алюминиевый рудник является основным источником алюминия.
Сплав В сочетании с такими элементами, как медь, кремний или магний, он образует сплавы с высокой прочностью.

A алюминий A lloy

Благодаря физическим и химическим свойствам алюминия его можно смешивать с другими металлами в алюминиевые сплавы, которые используются во многих областях.Алюминиевый сплав имеет характеристики, отличные от характеристик одного металла, и алюминиевый сплав классифицируется в соответствии с другими содержащимися элементами. Ниже приводится серия алюминиевых сплавов и их основное применение:

Корабль, мостик
Серия Элемент сплава Применение
1xxx Почти чистый алюминий Украшение, химическое оборудование отражатель
2xxx Медь Панель грузовика, детали самолетов
3xxx Марганец Кухонная посуда, дорожный знак, холодильник
4xxx Магний Топливный бак самолета
6xxx Магний + кремний Оружие низкого давления, авиационный разъем
7xxx Цинк Конструкция самолета
Основные элементы
легирующие элементы 90 307 Алюминиевая фольга, радиатор

Алюминий не потеряет своих характеристик после сильной деформации.Это позволяет производить из алюминия различные формы алюминиевых изделий путем прокатки, экструзии, волочения, механической обработки и других механических процессов, таких как алюминиевые трубы, алюминиевые пластины, алюминиевые пластины, алюминиевую фольгу и тому подобное. Легирование, холодная обработка и термообработка могут использоваться для настройки характеристик алюминия. Посмотреть Технологии обработки алюминиевых сплавов

CHAL Aluminium Corporation специализируется на производстве пластин из алюминия и алюминиевых сплавов, высокоточных алюминиевых труб, полос, фольги и пайки композитных материалов из алюминиевого сплава и исследования.Мы искренне приветствуем Вас, обращайтесь к нам для любого делового сотрудничества! Мы более чем счастливы тесно сотрудничать с друзьями дома и за рубежом, чтобы создать лучшее будущее.

Алюминиевый сплав — Общая информация

Алюминий — самый распространенный металл в мире и третий по распространенности элемент, составляющий 8% земной коры. Универсальность алюминия делает его наиболее широко используемым металлом после стали.
Хотя соединения алюминия использовались в течение тысяч лет, металлический алюминий был впервые произведен около 170 лет назад.
За 100 лет, прошедших с момента производства первых промышленных партий алюминия, мировой спрос на алюминий вырос примерно до 29 миллионов тонн в год. Около 22 миллионов тонн нового алюминия и 7 миллионов тонн вторичного алюминиевого лома. Использование переработанного алюминия выгодно с экономической и экологической точек зрения. Для производства 1 тонны нового алюминия требуется 14 000 кВтч. И наоборот, для переплавки и переработки одной тонны алюминия требуется всего 5% от этого количества. Нет никакой разницы в качестве между первичным и вторичным алюминиевыми сплавами.
Чистый алюминий мягкий, пластичный, устойчивый к коррозии и высокой электропроводности. Он широко используется для изготовления кабелей с фольгой и токопроводящими жилами, но легирование с другими элементами необходимо для обеспечения более высокой прочности, необходимой для других применений. Алюминий — один из самых легких конструкционных металлов, у которого соотношение прочности к весу превосходит сталь.
За счет использования различных комбинаций его полезных свойств, таких как прочность, легкость, коррозионная стойкость, пригодность для вторичного использования и формуемость, алюминий находит все более широкое применение.Ассортимент продукции варьируется от конструкционных материалов до тонкой упаковочной пленки.

Недвижимость

Основные преимущества использования алюминия напрямую связаны с его замечательными свойствами. Некоторые из этих свойств описаны в следующих разделах.

Отношение прочности к массе

Алюминий имеет плотность около одной трети плотности стали и преимущественно используется там, где требуются высокая прочность и малый вес.Сюда входят автомобили, у которых низкая масса приводит к большей грузоподъемности и снижению расхода топлива.

Коррозионная стойкость

Когда поверхность металлического алюминия подвергается воздействию воздуха, почти мгновенно образуется защитное оксидное покрытие. Этот оксидный слой устойчив к коррозии и может быть дополнительно улучшен обработкой поверхности, например анодированием.

Электропроводность и теплопроводность

Алюминий отлично проводит тепло и электричество.Большим преимуществом алюминия является то, что по весу проводимость алюминия примерно в два раза выше, чем у меди. Это означает, что в настоящее время алюминий является наиболее часто используемым материалом в крупных линиях электропередачи.

Лучшей альтернативой меди являются алюминиевые сплавы серии 1000 или 6000. Их можно использовать для всех применений, связанных с электропроводностью, включая бытовую проводку.

Из соображений массы означает, что большая часть воздушных линий электропередач высокого напряжения теперь использует алюминий, а не медь.Однако они обладают низкой прочностью и должны быть усилены оцинкованной или покрытой алюминием высокопрочной стальной проволокой в ​​каждой пряди.

Светоотражение и теплоотражение

Алюминий является хорошим отражателем как видимого света, так и тепла, что делает его идеальным материалом для осветительных приборов, теплозащитных одеял и архитектурной изоляции.

Токсичность

Алюминий не только нетоксичен, но и не выделяет запаха и не портит продукты, с которыми он контактирует.Это делает алюминий подходящим для использования в упаковке для чувствительных продуктов, таких как продукты питания или фармацевтика, где используется алюминиевая фольга.

Переработка

Возможность вторичной переработки алюминия не имеет себе равных. При вторичной переработке характеристики вторичного алюминия не ухудшаются по сравнению с первичным алюминием. Кроме того, переработка алюминия требует всего около 5 процентов энергии, необходимой для производства чистого металлического алюминия.

Сочетание двух замечательных свойств алюминия делает очевидной необходимость вторичной переработки металла.Первый из этих факторов заключается в том, что нет разницы между первичным и вторичным алюминием. Второй фактор заключается в том, что переработанный алюминий использует только 5% энергии, необходимой для производства первичного материала.

В настоящее время около 60% металлического алюминия перерабатывается в конце своего жизненного цикла, но этот процент еще можно значительно улучшить.

Производство алюминия

Производство алюминия

Алюминий добывается из основной руды — бокситов.Значительные месторождения бокситов находятся по всей Австралии, на Карибах, в Африке, Китае и Южной Америке. Для добычи бокситов обычно используются методы открытой добычи.

Боксит очищается с использованием процесса Байера. Этот процесс включает растворение тригидрата алюминия с образованием оксида алюминия плюс оксидов железа и титана. Оксиды железа и титана являются побочными продуктами процесса и часто называются «красным шламом». Красный шлам следует утилизировать, уделяя особое внимание проблемам окружающей среды.

Для производства одной тонны глинозема требуется около двух тонн бокситов.

Плавка

Извлечение алюминия из глинозема осуществляется электролитическим способом. Используется ячейка или горшок, состоящий из стального каркаса, футерованного углеродом. Эта оболочка образует катод. Расходуемый угольный анод суспендируют в жидком криолите (фторид натрия-алюминия), удерживаемый внутри емкости при 950 ° C. Глинозем растворяется в криолите при пропускании через электролизер низкого напряжения и высокой силы тока.Это приводит к осаждению чистого алюминия на катоде.

Требования к окружающей среде

Алюминиевая промышленность осознает влияние своей деятельности на окружающую среду. Добыча и выплавка алюминия, а также утилизация красного шлама могут иметь серьезные последствия для окружающей среды, если не будут выполнены должным образом.

Отрасль гордится своими усилиями и достижениями в восстановлении открытых горных выработок и восстановлении флоры и фауны на этих участках.Такие усилия были вознаграждены наградами Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде, и в настоящее время успешно восстанавливаются участки для захоронения красного шлама.

Экологические требования по выбросам из электролизера выполняются за счет использования специальной системы очистки.

Приложения

Благодаря свойствам различных алюминиевых сплавов алюминий используется в самых разных отраслях, таких как транспорт, приготовление пищи, производство энергии, упаковка, архитектура и электрические передачи.

В зависимости от области применения алюминий может использоваться для замены других материалов, таких как медь, сталь, цинк, олово, нержавеющая сталь, титан, дерево, бумага, бетон и композиты.

Некоторые примеры областей, в которых используется алюминий, приведены в следующих разделах

Упаковка

Коррозионная стойкость и защита от УФ-излучения в сочетании с удержанием влаги и запаха, а также тот факт, что алюминий нетоксичен, не выщелачивает и не портит продукты, привели к широкому использованию алюминиевой фольги и листов в упаковке и защите пищевых продуктов.

Чаще всего алюминий используется для упаковки в алюминиевых банках для напитков. На алюминиевые банки сейчас приходится около 15% мирового потребления алюминия.

Транспорт

После первых дней пилотируемых полетов, превосходное соотношение прочности и веса алюминия сделало его основным материалом для изготовления самолетов.

Те же самые свойства алюминия означают, что различные сплавы теперь также используются в пассажирских и грузовых вагонах, грузовых автомобилях, военных транспортных средствах, кораблях и лодках, автобусах и туристических автобусах, велосипедах и все чаще в легковых автомобилях.

Экологичный характер алюминия с точки зрения устойчивости к коррозии и возможности вторичной переработки помог стимулировать недавний рост спроса на алюминиевые компоненты транспортных средств.

Морские приложения

Алюминиевый лист и профили широко используются для надстройки судов. Использование этих материалов позволяет конструкторам увеличить размер судна по ватерлинии, не создавая проблем с остойчивостью. Преимущество алюминия в весе позволило морским архитекторам получить лучшие характеристики от имеющейся мощности за счет использования алюминия в корпусах судов на воздушной подушке, скоростных катамаранах с несколькими корпусами и надводных глиссерах.

Благодаря меньшему весу и более длительному сроку службы алюминий стал широко распространенным материалом для вертолетных площадок и опорных конструкций вертолетных площадок на морских нефтяных и газовых установках. Те же причины привели к широкому использованию алюминия в лестничных башнях нефтяных вышек и телескопических мостах для персонала.

Строительство и архитектура

Использование алюминия в зданиях охватывает широкий спектр областей применения. Применения включают в себя кровлю, изоляцию из фольги, окна, облицовку, двери, фасады магазинов, балюстраду, архитектурную фурнитуру и водосточные желоба.

Алюминий также широко используется в качестве ступеней и промышленных полов.

Фольга

Алюминий производится в виде коммерческой фольги толщиной от 0,0065 мм (или 6,5 мкм). Материал толщиной более 0,2 мм называется листом или полосой.

Алюминиевая фольга непроницаема для света, газов, масел и жиров, летучих соединений и водяного пара. Эти свойства в сочетании с высокой формуемостью, термостойкостью и морозостойкостью, нетоксичностью, прочностью и отражательной способностью к теплу и свету означают, что алюминиевая фольга используется во многих областях.Эти приложения включают:

~ Фармацевтическая упаковка

~ Защита пищевых продуктов и упаковка

~ Изоляция

~ Электрическое экранирование

~ Ламинат

Другие приложения

На указанные выше применения приходится примерно 85% алюминия, потребляемого ежегодно. Остальные 15% используются в самых разных приложениях, включая:

~ Лестницы

~ Газовые баллоны высокого давления

~ Спортивные товары

~ Обработанные компоненты

~ Дорожные заграждения и знаки

~ Мебель

~ Пластины для литографической печати

Алюминий: свойства и преимущества

Что такое алюминий? Это химический элемент, который в природе встречается на Земле.Это самый распространенный металл на нашей планете, так как он составляет примерно 8% земной коры. Он очень универсален, что делает его вторым по популярности металлом после стали, например, при производстве автомобилей и строительстве. Спустя столетия после начала промышленного производства алюминия спрос на него во всем мире стремительно вырос до примерно 29 миллионов тонн в год, из которых около 22 миллионов тонн составляет чистый алюминий. Для сравнения, 7 миллионов тонн алюминия повторно используются из металлолома.Стоит отметить, что алюминий относится к металлам, используемым в машиностроении, поскольку его отношение прочности к весу выше, чем у стали.

Свойства и преимущества алюминия

Преимущества использования алюминия связаны с его замечательными свойствами:

• Устойчивость к коррозии

Когда алюминий подвергается воздействию воздуха и влажности, образуется слой оксида, защищающий поверхность алюминия от сильного окисления.Этот самозащищающийся оксидный слой придает алюминию стойкость к износу, устойчивость к атмосферным воздействиям даже в промышленной атмосфере, которая способствует атмосферным воздействиям. Анодирование также может быть использовано для повышения сопротивления оксидного слоя на поверхностях.

• Тепловая и электрическая проводимость

Алюминий отлично проводит тепло и электричество. Теплопроводность алюминия составляет от 50 до 60 процентов от теплопроводности меди, что делает его очень применимым в крупномасштабном производстве кухонной утвари.Теплопроводность связана с переносом из одной среды в другую; Так, алюминиевые теплообменники используются в химической, пищевой и авиационной промышленности. Высокая проводимость алюминия (1350) составляет около 62 процентов от Международного стандарта отожженной меди (IACS), что делает его эффективным для использования и электропроводностью и имеет около трети удельного веса меди.

• Отражательная способность

Гладкий алюминий обладает высокой отражательной способностью в электромагнитном спектре от радиоволн, а также в инфракрасном и тепловом диапазонах.Он отражает около 80% света и 90% тепла, падающего на его поверхность. Такая высокая отражательная способность придает алюминию декоративный вид и делает его эффективным для защиты от излучения света и тепла в таких областях, как кровля и автомобильные тепловые экраны.

• Нетоксичные свойства

Нетоксичность алюминия была обнаружена много веков назад при его первом промышленном использовании. Эта характеристика делает его пригодным для использования в кухонной посуде, не оказывая вредного воздействия на человеческий организм.Это также облегчает его использование при обертывании фольгой пищевых продуктов в перерабатывающей промышленности.

• Возможность вторичной переработки

Переработка алюминия не имеет себе равных. Примечательно, что существует значительная разница в свойствах вторичного и первичного алюминия. Около 5% энергии, используемой при производстве первичного алюминия, требуется на переработку алюминия. В настоящее время около 60% алюминия перерабатывается к концу его жизненного цикла.

• Готовность к отделке

Для большинства областей применения алюминий не требует защитного покрытия.Такие методы отделки, как пескоструйная обработка, полировка и чистка проволочной щеткой, удовлетворяют большинство потребностей отделки, и в большинстве случаев используемая отделка поверхности является адекватной без необходимости дальнейшей отделки. Там, где требуется чистый алюминий или дополнительная защита, применяется широкий спектр отделки поверхности, такой как окраска, химические и электрохимические методы.

• Прочность

Чистый алюминий для коммерческого использования имеет предел прочности на разрыв 90 МПа, что делает его очень полезным для конструкционных материалов.Работать над этим с помощью таких процессов, как холодная прокатка, становится сильнее. Дальнейшее увеличение прочности достигается за счет легирования его такими элементами, как медь, марганец и кремний, в определенных процентах. Сплавы намного прочнее и могут быть дополнительно упрочнены путем термообработки.

• Высокое отношение прочности к массе

Соотношение прочности и веса алюминия намного выше, чем у конструкционной стали. Эта особенность делает его пригодным для проектирования и строительства прочных и легких конструкций с множеством преимуществ для движущихся конструкций, таких как корабли, транспортные средства и самолеты.

• Простота изготовления

Простота изготовления алюминия — одна из его важнейших характеристик из-за более низкой обрабатываемости при использовании любых методов литья. Алюминий может быть изготовлен с желаемой толщиной из фольги, которая тоньше бумаги, до алюминиевой проволоки, которую нужно свернуть, алюминиевых листов, которые можно формовать, штамповать и вытягивать. По сути, скорость и легкость обработки алюминия в значительной степени способствуют низкой стоимости производства алюминиевых деталей.Металлический алюминий можно точить, фрезеровать и растачивать с высокой скоростью, что сочетается с его универсальностью.

• Пластичность

Алюминий податлив, что означает, что его можно растянуть в проволоку, не ломаясь. Однако его пластичность ниже, чем у меди. Алюминий также имеет низкую плотность и температуру плавления. В расплавленном виде алюминий можно отливать несколькими способами из-за его гибкости для производства желаемых продуктов, таких как листы, фольга, трубы и стержни.

• Прочность при низких температурах

Алюминий и его сплавы оказались полезными при низких температурах.В отличие от других металлов, таких как сталь, которые становятся хрупкими при воздействии низких температур, алюминий и его сплавы становятся прочнее. При низких температурах увеличивается не только прочность, но и показатели прочности, текучести и удара. Кроме того, в этих условиях повышается коррозионная стойкость алюминия, что делает его пригодным для использования в холодных и ледяных регионах без ускоренного разрушения из-за наличия влаги.

• Непроницаемый и без запаха

Алюминий, даже свернутый как фольга, равен 0.007 мм, достаточно непроницаемый, без запаха и вкуса. Кроме того, он не токсичен, а в сочетании с непроницаемостью и отсутствием запаха делает его идеальным для упаковки таких продуктов, как фармацевтические препараты и продукты питания.

• Немагнитный

Алюминий не притягивает магниты, поэтому на непрофессиональном языке его называют парамагнитным. Эта особенность делает его идеальным для экранирования антенн и компьютерных дисков.

• Шумо- и амортизация

Алюминий — хороший звукопоглотитель, что делает его идеальным для изготовления потолочных перекрытий и амортизаторов в автомобилях.Алюминиевая пена, ее пористость, состав материала, толщина и различные виды обработки делают ее проницаемой для звука и ударов.


Источники и дополнительная литература

Алюминиевый сплав — Общая информация — Введение в алюминий и его сплавы . Aalco.co.uk. Получено 27 мая 2020 г. с сайта http://www.aalco.co.uk/datasheets/Aluminium-Alloy_Introduction-to-Aluminium-and-its-alloys_9.ashx.

Asminternational.орг. (2020). Основные характеристики алюминия . Asminternational.org. Получено 27 мая 2020 г. с сайта https://www.asminternational.org/documents/10192/3456792/06787G_Sample.pdf/c4151917-99fc-46e8-a310-d5578d0af160.

ДЮКАНОВИЧ, Г. (2016). Алюминиевые сплавы в судостроении — быстрорастущий тренд . Aluminiuminsider.com. Получено 27 мая 2020 г. с сайта https://aluminiuminsider.com/aluminium-alloys-in-shipbuilding-a-fast-growing-trend/.

Pure Aluminium — обзор

11.1 Алюминиевые сплавы

Чистый алюминий — это относительно малопрочный, чрезвычайно гибкий металл, практически не имеющий структурных применений. Однако при легировании другими металлами его свойства значительно улучшаются. Например, добавление нескольких процентов меди и магния увеличивает текучесть и предел прочности в 4–6 раз. Три группы алюминиевых сплавов используются в аэрокосмической промышленности в течение многих лет и до сих пор играют важную роль в авиастроении. В первом из них алюминий легирован медью, магнием, марганцем, кремнием и железом и имеет типичный состав 4% меди, 0.5 процентов магния, 0,5 процента марганца, 0,3 процента кремния и 0,2 процента железа, а остальное — алюминий. В деформируемом, термообработанном, естественно состаренном состоянии этот сплав обладает 0,1% -ным условным пределом текучести не менее 230 Н / мм 2 , пределом прочности при растяжении не менее 390 Н / мм 2 и относительным удлинением при разрыве. 15 процентов. Искусственное старение при повышенной температуре, например, 170 ° C, увеличивает предел текучести не менее 370 Н / мм 2 и предел прочности на разрыв не менее 460 Н / мм 2 при удлинении на 8 процентов. .

Вторая группа сплавов содержит, в дополнение к предыдущей, 1-2 процента никеля, более высокое содержание магния и возможные вариации в количествах меди, кремния и железа. Наиболее важным свойством этих сплавов является сохранение прочности при высоких температурах, что делает их особенно подходящими для производства авиационных двигателей. При разработке этих сплавов компаниями Rolls-Royce и High Duty Alloys Ltd. часть никеля была заменена железом и снижено содержание меди; эти сплавы RR, как их называли, использовались для поковок и штамповок в авиадвигателях и планерах.

Третья группа сплавов зависит от включения цинка и магния из-за их высокой прочности и имеет типичный состав из 2,5 процентов меди, 5 процентов цинка, 3 процентов магния и до 1 процента никеля с механическими свойствами 0,1 процента. напряжение 510 Н / мм 2 , предел прочности при растяжении 585 Н / мм 2 и удлинение 8 процентов. В современной разработке этого сплава никель был исключен, и было предусмотрено добавление хрома и дополнительных количеств марганца.

Сплавы каждой из этих групп широко используются для изготовления корпусов самолетов, обшивок и других подверженных нагрузкам компонентов, при этом на выбор сплава влияют такие факторы, как прочность (предел прочности и предельное напряжение), пластичность, простота изготовления (например, при экструзии). и ковка), стойкость к коррозии и способность к защитной обработке, усталостная прочность, отсутствие риска внезапного растрескивания из-за внутренних напряжений и сопротивление быстрому распространению трещин под нагрузкой. Очевидно, что разные типы самолетов или космических аппаратов предъявляют разные требования.Например, военный самолет, имеющий относительно короткий срок службы, измеряемый сотнями часов, не требует такой же степени устойчивости к усталости и коррозии, как гражданский самолет с требуемым сроком службы 30 000 часов или более.

К сожалению, когда улучшается одно конкретное свойство алюминиевых сплавов, другие желательные свойства приносятся в жертву. Например, чрезвычайно высокая статическая прочность сплавов алюминий-цинк-магний в течение многих лет сопровождалась внезапной склонностью к растрескиванию в ненагруженном состоянии из-за сохранения внутренних напряжений в прутках, поковках и листах после термообработки.Хотя вариации в составе в значительной степени устранили эту проблему, проявились и другие недостатки. Ранние послевоенные пассажирские самолеты испытали большое количество коррозионных повреждений поковок и профилей. Проблема стала настолько серьезной, что в 1953 году было решено заменить как можно больше компонентов алюминий-цинк-марганец сплавом L65 алюминий-4% меди и запретить использование поковок из цинкосодержащих сплавов во всех будущих конструкциях. . Однако улучшение стойкости к коррозии под напряжением сплавов алюминия, цинка и магния стало результатом исследований в Великобритании, США и Германии в последние годы.И британское, и американское мнения сходятся во мнении о преимуществах включения около 1% меди, но расходятся во мнениях относительно включения хрома и марганца, в то время как в Германии добавление серебра было признано чрезвычайно полезным. Улучшенный контроль методов литья позволил еще больше повысить устойчивость к коррозии под напряжением. Разработка сплавов алюминий-цинк-магний-медь в значительной степени удовлетворила потребность в алюминиевых сплавах, обладающих высокой прочностью, хорошим сопротивлением росту усталостных трещин и соответствующей вязкостью.Дальнейшее развитие будет сосредоточено на производстве материалов, обладающих более высокими специфическими свойствами, приносящих преимущества в отношении экономии веса, а не увеличения прочности и жесткости.

Первая группа сплавов обладает более низкой статической прочностью, чем цинкосодержащие сплавы, но предпочтительнее для частей конструкции, где соображения усталости имеют первостепенное значение, таких как нижняя поверхность крыльев, где преобладают усталостные нагрузки при растяжении. Опыт показал, что вариант этих сплавов, подвергнутый естественному старению, имеет важные преимущества перед полностью термообработанными формами в отношении усталостной прочности и устойчивости к распространению трещин.Кроме того, в Америке было обнаружено, что включение более высокого процентного содержания магния обеспечивает в состоянии естественного старения механические свойства между характеристиками сплава, подвергнутого нормальному естественному старению и искусственно состаренного сплава. Этот сплав, обозначенный как 2024 (алюминиево-медные сплавы из серии 2000), имеет номинальный состав 4,5 процента меди, 1,5 процента магния, 0,6 процента марганца с остальным алюминием и, по-видимому, является удовлетворительным компромиссом между различными важными, но иногда противоречивые, механические свойства.

В последнее время возрос интерес к сплавам алюминий-магний-кремний, хотя они широко используются в аэрокосмической промышленности на протяжении десятилетий. Причины возобновления интереса заключаются в том, что они потенциально дешевле алюминиево-медных сплавов и, будучи свариваемыми, способны снизить производственные затраты. Кроме того, варианты, такие как сплав ISO 6013, имеют улучшенные уровни свойств и, как правило, обладают такой же высокой вязкостью разрушения и сопротивлением распространению трещин, что и сплавы серии 2000.

Часто конкретная форма сплава разрабатывается для конкретного самолета. Ярким примером такой разработки было использование Hiduminium RR58 в качестве основы для основного конструкционного материала, обозначенного CM001, для Concorde. Hiduminium RR58 — это сложный сплав алюминия, меди, магния, никеля и железа, разработанный во время Второй мировой войны специально для производства кованых компонентов газотурбинных авиационных двигателей. Химический состав версии, используемой в Concorde, определяемый на основе программ испытаний на повышенную температуру, ползучесть, усталость и растяжение, имеет подробную спецификацию материалов, перечисленных в таблице 11.1. Как правило, установлено, что CM001 обладает лучшими характеристиками общей прочности и усталости в широком диапазоне температур, чем любой из других возможных алюминиевых сплавов.

Таблица 11.1. Материалы CM001

Минимум 2,2 0,18
% Cu % Mg % Si % Fe % Ni % Ti % Al
0,90 1.0 Остаток
Максимум 2,70 1,65 0,25 1,20 1,30 0,20

сплавы общего назначения в аэрокосмической промышленности алюминиево-литиевые сплавы. Из них алюминиево-литий-медно-марганцевый сплав 8090, разработанный в Соединенном Королевстве, широко используется в основной конструкции фюзеляжа конструкции Eh201 компании GKN Westland Helicopters; он также был квалифицирован для участия в Eurofighter 2000 (теперь он называется «Тайфун»), но еще не реализован.В Соединенных Штатах алюминиево-литий-медный сплав 2095 был использован в каркасе фюзеляжа F16 вместо 2124, что привело к пятикратному увеличению усталостной долговечности и снижению веса. Алюминиево-литиевые сплавы успешно свариваются, обладают высокой вязкостью разрушения и обладают высоким сопротивлением распространению трещин.

Интернет-ресурс с информацией о материалах — MatWeb

MatWeb, ваш источник информации о материалах

Что такое MatWeb? MatWeb’s база данных свойств материалов с возможностью поиска включает паспорта термопластов и термореактивных полимеров, таких как АБС, нейлон, поликарбонат, полиэстер, полиэтилен и полипропилен; металлы, такие как алюминий, кобальт, медь, свинец, магний, никель, сталь, суперсплавы, сплавы титана и цинка; керамика; плюс полупроводники, волокна и другие инженерные материалы.

Преимущества регистрации в MatWeb
Премиум-членство Характеристика: — Данные о материалах экспорт в программы CAD / FEA, включая:

Как найти данные о собственности в MatWeb

Нажмите здесь, чтобы узнать, как войти материалы вашей компании в MatWeb.

У нас есть более 155 000 материалы в нашей базе данных, и мы постоянно добавляем к этому количеству, чтобы обеспечить Вам доступен самый полный бесплатный источник данных о собственности материалов в Интернете. Для вашего удобства в MatWeb также есть несколько конвертеров. и калькуляторы, которые делают общие инженерные задачи доступными одним щелчком мыши. кнопки. MatWeb находится в стадии разработки.Мы постоянно стремимся найти лучшее способы служить инженерному сообществу. Пожалуйста, не стесняйтесь свяжитесь с нами с любыми комментариями или предложениями.

База данных MatWeb состоит в основном из предоставленных таблиц данных и спецификаций. производителями и дистрибьюторами — сообщите им, что вы видели их данные о материалах на MatWeb.


Рекомендуемый материал:
Меламино-арамидный ламинат




.