Tehnik-ast.ru

Электро Техник
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Алюминий это сплав или металл

Применение

Применение алюминия

По масштабам применения алюминий и его сплавы занимают второе место после железа и его сплавов. Широкое применение алюминия в различных областях техники и быта связано с совокупностью его физических, механических и химических свойств: малой плотностью, коррозионной стойкостью в атмосферном воздухе, высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью и сравнительно высокой прочностью. Алюминий легко обрабатывается различными способами — ковкой, штамповкой, прокаткой и др.

Чистый алюминий

Чистый алюминий применяют для изготовления проволоки (электропроводность алюминия составляет 65,5% от электропроводности меди, но алюминий более чем в три раза легче меди, поэтому алюминий часто заменяет медь в электротехнике) и фольги, используемой как упаковочный материал. Основная же часть выплавляемого алюминия расходуется на получение различных сплавов. Сплавы алюминия отличаются малой плотностью, повышенной (по сравнению с чистым алюминием) коррозионной стойкостью и высокими технологическими свойствами: высокой тепло- и электропроводностью, жаропрочностью, прочностью и пластичностью. На поверхности сплавов алюминия легко наносятся защитные и декоративные покрытия.

Применение сплавов алюминия

Разнообразие свойств алюминиевых сплавов обусловлено введением в алюминий различных добавок, образующих с ним твердые растворы или интерметаллические соединения. Основную массу алюминия применяют для получения легких сплавов — дуралюмина (94% Al, 4% Cu, по 0,5% Mg, Mn, Fe и Si), силумина (85-90% Al, 10-14% Si, 0,1% Na) и др. Этот сплав после закалки приобретает особую твёрдость и становится примерно в 7 раз прочнее чистого алюминия. В то же время он почти втрое легче железа. Его получают, сплавляя алюминий с небольшими добавками меди, магния, марганца, кремния и железа. Широко распространены силумины – литейные сплавы алюминия с кремнием. Производятся также высокопрочные, криогенные (устойчивые к морозам) и жаропрочные сплавы. На изделия из алюминиевых сплавов легко наносятся защитные и декоративные покрытия. Легкость и прочность алюминиевых сплавов особенно пригодились в авиационной технике. Например, из сплава алюминия, магния и кремния делают винты вертолетов. Сравнительно дешевая алюминиевая бронза (до 11% Al) обладает высокими механическими свойствами, она устойчива в морской воде и даже в разбавленной соляной кислоте. Из алюминиевой бронзы в СССР с 1926 по 1957 чеканились монеты достоинством 1, 2, 3 и 5 копеек. В металлургии алюминий используется не только как основа для сплавов, но и как одна из широко применяемых легирующих добавок в сплавах на основе меди, магния, железа, никеля и др.

Сплавы алюминия находят широкое применение в быту, в строительстве и архитектуре, в автомобилестроении, в судостроении, авиационной и космической технике. В частности, из алюминиевого сплава был изготовлен первый искусственный спутник Земли. Сплав алюминия и циркония — циркалой — широко применяют в ядерном реакторостроении. Алюминий применяют в производстве взрывчатых веществ. Алюмотол, литая смесь тринитротолуола с порошком алюминия, – одно из самых мощных промышленных взрывчатых веществ. Аммонал – взрывчатое вещество, состоящее из аммиачной селитры, тринитротолуола и порошка алюминия. Зажигательные составы содержат алюминий и окислитель – нитрат, перхлорат. Пиротехнические составы «Звездочки» также содержат порошкообразный алюминий. Смесь порошка алюминия с оксидами металлов (термит) применяют для получения некоторых металлов и сплавов, для сварки рельсов, в зажигательных боеприпасах.

Особо следует отметить окрашенные пленки из оксида алюминия на поверхности металлического алюминия, получаемые электрохимическим путем. Покрытый такими пленками металлический алюминий называют анодированным алюминием. Из анодированного алюминия, по внешнему виду напоминающему золото, изготовляют различную бижутерию.

При обращении с алюминием в быту нужно иметь в виду, что нагревать и хранить в алюминиевой посуде можно только нейтральные (по кислотности) жидкости (например, кипятить воду). Если, например, в алюминиевой посуде варить кислые щи, то алюминий переходит в пищу и она приобретает неприятный «металлический» привкус. Поскольку в быту оксидную пленку очень легко повредить, то использование алюминиевой посуды все-таки нежелательно.

В настоящее время четвертая часть всего алюминия идет на нужды строительства, столько же потребляет транспортное машиностроение, примерно 17% часть расходуется на упаковочные материалы и консервные банки, 10% – в электротехнике.

Алюминиевые сплавы

Алюминий — материал, используемый для производства разнообразных изделий как в чистом виде, так и в составе сплавов. Второй вариант становится возможным благодаря легированию — процессу, предполагающему введение в расплав металла дополнительных элементов. Делается это с целью повышения свойств алюминия.

Понятие «легирования» включает сразу несколько технологических операций, которые выполняются на разных стадиях изготовления усовершенствованного металлического сплава. Вводя в состав металла всевозможные легирующие элементы, можно кардинально изменить имеющиеся свойства алюминия или дополнить их некоторыми специфическими качествами.

Прочностные характеристики алюминия в чистом виде не соответствуют требованиям современных промышленников. Именно поэтому в чистом виде алюминий на предприятиях практически не используется, спросом пользуются сплавы на его основе.

Читайте так же:
Какое давление держит холодная сварка

В зависимости от вида легирования, улучшить можно показатели твердости и прочности, а также наделить металл жаропрочностью и прочими свойствами. На ряду со всеми положительными изменениями существуют и отрицательные. К ним относится снижение электропроводности, ухудшение антикоррозионности, увеличение относительной плотности. Однако при легировании алюминия марганцем и магнием (процент Mg не превышает 3%) антикоррозионность даже возрастает, а относительная плотность уменьшается.

Разновидности сплавов

Сплавы, в основе которых лежит алюминий, можно получить нескольким и способами. По этому признаку они делятся на две большие категории:

  • к первой относятся деформируемые сплавы, основной особенностью которых является отменная пластичность при нагреве;
  • ко второй относятся литейные сплавы, отличающиеся прекрасной жидкотекучестью.

В такой классификации отлично отражены технологические свойства сплавов. Получить нужные характеристики удастся посредством ввода в алюминий определенного процента химических элементов.

Основным сырьем, используемым для создания сплавов, является алюминий без добавок и его сплавы с кремнием. Последний вариант включает около 12% Si, при этом примесей железа, марганца, титана и кальция может быть разное количество (минимальное их содержание — полпроцента, а максимальное — 1,7%). Эти сплавы имеют свое название — силумины.

Чтобы получить в результате готовый сплав, который можно без труда деформировать, в основное сырье вводятся легирующие элементы, растворяющиеся в нем. Что касается количества этих веществ, то оно не может быть больше предела их растворимости. Перед обработкой давлением сплавы первой группы нуждаются в нагреве, так как их структура должна быть однородной. Только в этом состоянии можно добиться наибольшей пластичности и наименьшей прочности, что положительно сказывается на обрабатываемости сплава.

Главные легирующие элементы большинства сплавов данной категории — медь, магний, марганец. Помимо перечисленных элементов, в состав может вводиться кремний, никель, железо и т.д.

Дюралюмины

Дюралюминий относится к группе упрочняемых сплавов. В его основе находится алюминий и медь, а также добавки в виде железа и кремния. Процентное содержание главного легирующего элемента составляет от двух до семи процентов. Причем полпроцента меди можно растворить в алюминии при температуре окружающей среды, а 5,7% — при эвтектической (548°С).

Термообработка дюралюминов осуществляется в несколько этапов. Прежде всего, его необходимо нагреть до значения, превышающего линию предельной растворимости (как правило, эта температура составляет около 500°С). Это позволит добиться структуры однородного раствора меди в алюминии. Полученное состояние сплава фиксируется при помощи его мгновенного охлаждения в воде комнатной температуры. Данный процесс называется закалкой. В итоге образуется пересыщенный раствор, отличающийся высокими значениями мягкости и пластичности.

Особенностью закаленной дюрали является нестабильная структура, в которой даже при комнатных условиях происходят определенные преобразования. Подобные изменения ведут к группированию атомов избыточной меди в растворе. Более того, последовательность расположения этих атомов очень схожа с порядком расположения кристаллов в соединении CuAl. В кристаллической решетке твердого раствора атомы располагаются неравномерно, поэтому в ней образуются искажения, которые способствуют увеличению показателей твердости, улучшению прочностных свойств и ухудшением пластичности. При этом об образовании химического соединения пока речи не идет, как и об отделении от твердого раствора. Все изменения, которым подвергается закаленный сплав в условиях окружающей среды, называются естественным старением.

Наиболее активно данный процесс осуществляется на протяжении первых часов, а его завершение наступает спустя шесть суток, хотя в некоторых случаях достаточно и четырех. При увеличении температуры сплава до отметки 150°С происходит искусственное старение. В этом случае сокращается время легирования, но упрочнение получается не таким эффективным, как в случае естественного старения. Этому есть объяснение: при повышенных температурных режимах процесс диффузии выполняется быстрее и проще. На этом фаза образования соединения CuAl завершается, что сопровождается его выделением из твердого раствора. Упрочняющий эффект получается не таким значимым, как в случае искажения структуры твердого сплава методом естественного старения.

Если сравнить итоги старения дюралюминия, осуществляемые при разных условиях, то становится предельно ясно, что увеличить прочностные характеристики металла больше всего удается при естественном варианте старения в течение четырех-шести дней.

Алюминий, легированный марганцем и магнием

Если рассматривать неупрочняемые сплавы из алюминия, то нельзя обойти вниманием его соединения с марганцем и магнием. И первый, и второй вариант характеризуется способностью элементов растворяться в алюминии ограниченно, причем, она снижается одновременно с понижением температуры. Упрочняющее действие в процессе термической обработки нельзя назвать большим и на это есть свои причины.

В ходе образования кристаллов (максимальное содержание Mn даже не достигает 2%) из твердого раствора выделяется избыток Mn, образующий с основным металлом соединение, которое не растворяется в алюминии. Исходя из этого, следующая стадия — нагрев сверх линии предельной растворимости — не обеспечит формирование однородного раствора, то есть сплав останется неоднородным, включающим твердый раствор и металлические частицы. В результате, его нельзя подвергнуть закалке и старению.

Читайте так же:
Как подключить двойной выключатель на две люстры

При легировании алюминия магнием отсутствие упрочнения объясняется иначе. Повышения прочностных характеристик при содержании Mg максимум полтора процента ждать не приходится, поскольку в таком количестве он полностью растворяется в основном металле при температуре окружающей среды. Конечно, избыточные фазы не выделятся. Если увеличить процент содержания магния, процессы закалки и последующего старения приведут к образованию соединения MgAl.

Свойства полученного соединения не будут отличаться заметным ростом твердости и прочности. Даже независимо от этого, ввод в состав алюминия марганца и магния имеет свои преимущества. Например, магний в объеме до 3%, положительно воздействует на антикоррозионность и легкость сплава.

Многообразие легирующих элементов

Усовершенствовать свойства алюминия помогают легирующие элементы типа:

  • бериллия — снижает окислительные процессы, возникающие при повышенных температурах. Достаточно даже одной сотой процента данного вещества, чтобы повысить текучесть алюминиевых сплавов при изготовлении деталей ДВС (поршни, цилиндрические головки). Правда лучших результатов можно добиться при добавлении 0,05%;
  • бора — увеличивает электропроводность и используется в виде рафинирующей добавки. Им дополняются алюминиевые сплавы, которые нашли свое распространение в атомной энергетике, поскольку именно бор вбирает нейтроны, тем самым исключая распространение ионизирующего излучения. Количество этого элемента не превышает десятой части процента;
  • висмута — улучшает мехобработку алюминиевого сплава методом резания. Такая способность обусловлена низкой температурой плавления висмута, схожей с оловом, свинцом, кадмием. За счет подобных включений гораздо проще образуются легкоплавкие фазы, предусматривающие смазывание резца и ломкость стружки;
  • галлия — добавляется в сплавы, применяемые при изготовлении анодов. Его достаточно от сотой до десятой части процента;
  • железа — небольшое его количество (меньше четырех сотых процента) помогает улучшить прочностные свойства и ползучесть сплава. При этом оно предупреждает прилипание металла к литейным формам;
  • индия — упрочняет сплавы при их старении, когда в них содержится небольшой процент меди. Такой добавки достаточно не больше 0,2%. Ее зачастую применяют в процессе производства подшипниковых сплавов из алюминия и кадмия;
  • кадмия — чтобы повысить коррозионные прочностные свойства сплава вполне хватит 0,3% данного вещества;
  • кальция — отвечает за пластичность. Кальций в количестве пяти процентов делает сплав сверхпластичным;
  • кремния — используется как добавка чаще остальных элементов, поскольку 0,5-4% данного элемента снижают предрасположенность сплава к образованию трещин. В сочетании с магнием он делает возможным термическое уплотнение;
  • олова — способствует упрощению механообработки резанием;
  • титана — измельчает зернистость отливок, увеличивая их прочность.

Сфера применения сплавов, главный элемент которых — алюминий

Одной из самых ярких характерных особенностей алюминиевых сплавов является антикоррозионность в различных средах, будь то атмосфера, соленая вода, химический раствор. К тому же, они не вступают в реакцию с продуктами питания, то есть алюминий не разрушает полезные вещества, содержащиеся в пище. По этой причине этот металл и сплавы на его основе часто используется для изготовления посуды.

Алюминиевые конструкции довольно часто устанавливаются в море. В виде облицовочных панелей и оконных рам, дверей и кабелей электропередач данный материал нашел свое применение в строительстве. На протяжении длительного периода изделие из алюминия не подвергается разрушительному воздействию коррозии, если даже оно контактирует с различными строительными растворами, главное, чтобы она часто не намокала.

Машиностроение — отрасль, в которой алюминий применяется не менее часто, чем в уже перечисленных сферах деятельности, а объясняется это его уникальными физическими характеристиками. Однако лидирующие позиции данный металл заслуженно занимает в авиации. Именно здесь каждое свойство алюминиевых сплавов имеет большое значение и используется по максимуму.

Какие металлы относятся к чёрным?

Определение чёрных металлов зависит от того, под каким ракурсом рассматривается этот термин. С точки зрения физических свойств к чёрным металлам относят магнитные химические элементы. В их числе:

  • железо;
  • кобальт;
  • никель;
  • гадолиний.

Какие металлы относятся к черным

С технической точки зрения под определение чёрных металлов подпадает углеродистая сталь и нелегированные чугуны. Границу между этими группами металлов определяет содержание углерода в сплавах: менее 2,14 % – это сталь, 2,14 % и выше – чугун.

Чем отличаются чёрные металлы от цветных

Приведённый выше перечень является исчерпывающим для магнитных химических элементов (чёрных металлов). Если составить объединённый список цветных и чёрных металлов, то в него войдут 78 химических элементов периодической таблицы. При этом три вида чёрных металлов, за исключением железа, по отдельным признакам одновременно относят и к цветным тоже. Их подразделяют на типы:

  • тяжёлые – медь, цинк, свинец, олово, сюда же включают и никель;
  • лёгкие – алюминий, титан, магний и другие (всего 12 элементов);
  • тугоплавкие– марганец, вольфрам, молибден, хром и другие (всего 8 элементов);
  • благородные и т. д. (всего 8 групп цветных металлов).
Читайте так же:
Как сделать хромирование в домашних условиях

Перечислить всё, что относится к чёрным металлам с технической точки зрения, намного сложнее. Общее количество марок стали и чугуна включает несколько сотен наименований продукции. При этом часть из них не обладает магнитными свойствами, что позволяет по совокупности признаков относить такие сплавы одновременно к чёрным и цветным металлам.

Сталь – это чёрный или цветной металл?

Вопрос о принадлежности стали к чёрным или цветным металлам следует рассматривать исходя из классификации углеродистых сплавов, которая предусмотрена множеством ГОСТов.

сталь это черный или цветной металл

Согласно разным нормативным документам, сталь подразделяется на следующие виды чёрных металлов:

  • низкоуглеродистые, углеродистые и высокоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 0,25; 0,25–0,6 и свыше 0,6 % соответственно;
  • низколегированные, среднелегированные и высоколегированные марки сплавов с контролируемым содержанием легирующих добавок до 2,5; от 2,5 до 10 и свыше 10 % соответственно;
  • конструкционную, инструментальную, быстрорежущую, коррозионно-стойкую, жаропрочную и другие виды стали для разных сфер применения.

Из всего обширного сортамента марок стали только семь наименований образуют группу немагнитных сплавов. Напоминаем, что отсутствие магнитных свойств является главным признаком цветных металлов. В то же время в состав немагнитных марок стали входит железо, что является одним из определяющих признаков чёрных металлов.

С учётом малочисленности группы немагнитных сталей их можно считать исключением из общего правила с не вполне определённым статусом. С обыденной точки зрения принято считать, что чёрные металлы – это такие сплавы, которые подвержены коррозии от атмосферных воздействий. Хотя ржаветь могут и высоколегированные сплавы.

Титан – цветной металл или чёрный?

Титан используется в производстве высокопрочных и жаропрочных сплавов, а также в качестве легирующей добавки к углеродистым маркам стали. В титановых сплавах содержание титана составляет от 85 до 99,5 %. Основные добавки в них – это алюминий, ванадий, молибден, марганец, цирконий. Титан входит в группу лёгких цветных металлов наряду с алюминием и другими химическими элементами.

титан цветной металл или черный

Сплавы на титановой основе также безоговорочно относятся к цветным металлам. Их используют для литья и производства широкого спектра металлопродукции: листового металла, труб, профилей, фольги, поковок, штампованных заготовок и т. д. Небольшие добавки титана в углеродистую сталь придают сплавам повышенную прочность и другие специальные свойства.

Свинец – цветной или чёрный металл?

Cвинец цветной или черный металл

Свинец входит в группу тяжёлых цветных металлов. В настоящее время его применение в чистом виде крайне ограничено. В числе примеров можно назвать устройство радиационной защиты на радиоактивных объектах, производство пуль. Зато его широко используют в виде разнообразных сплавов в производстве взрывчатки, аккумуляторов, красителей и другой продукции.

Чугун – это чёрный или цветной металл?

Напоминаем, что основное различие между чёрными и цветными металлами – наличие или отсутствие магнитных свойств. Существует несколько марок немагнитных чугунов, для легирования которых используется никель, марганец, кремний и хром. Весь сортамент чугунов подразделяется на белые, серые, ковкие, высокопрочные и передельные сплавы. Абсолютное их большинство приходится на чугуны с магнитными свойствами.

чугун это черный или цветной металл

Чугун применяется в литейном производстве, и только передельный чугун используют для последующей выплавки стали. В основном чугун – это чёрный металл, но немагнитные сплавы имеют двойственную сущность, которая позволяет относить их к обеим группам металлов. Кстати, часть марок легированных чугунов также подвержены коррозии под атмосферными воздействиями.

Алюминий – это цветной или чёрный металл

Алюминий – самый распространённый цветной металл. По содержанию в земной коре он в 3,5 раза превосходит железо. Алюминий в чистом виде и сплавы на его основе широко используются в производстве огромного ассортимента продукции. Существует восемь систем алюминиевых сплавов по их базовому составу:

  • алюминий-медь-марганец;
  • алюминий-магний;
  • алюминий-цинк-магний и т. д.

Все без исключения алюминиевые сплавы также относятся к группе цветных металлов. Кроме того, алюминий широко применяется для легирования углеродистых сплавов (стали и чугуна) для придания им специальных свойств. Это в равной степени относится и к большинству других легирующих элементов из числа цветных металлов.

Цинк – цветной или чёрный металл

Цинк входит в группу тяжёлых цветных металлов. Его используют в производстве цветных сплавов, антифрикционных изделий, анодов и для антикоррозионной защиты продукции из чёрных металлов, не считая других сфер применения.

Медь – цветной металл или чёрный

Медь не входит в перечень 18 химических элементов, составляющих 99,8 % массы земной коры, поскольку она принадлежит к группе тяжёлых цветных металлов. В чистом виде медь используется в производстве разных видов медного проката общего назначения, электротехнической продукции и для других целей.

Медь является базовым материалом в изготовлении бронзовых и латунных сплавов. Она также входит в число основных легирующих элементов углеродистой стали. Медь также широко используется в производстве цветных сплавов на основе алюминия и других цветных металлов, где она составляет меньшую долю от массы готовой продукции.

Читайте так же:
Лазерный уровень 2 линии

Медь и сплавы на её основе все без исключения относятся к группе цветных металлов. Они не обладают магнитными свойствами. Как легирующий элемент она может входить в состав чёрных металлов (углеродистых сплавов) для придания им специальных свойств. Но в этом случае её нельзя рассматривать как отдельный вид металла.

Латунь – цветной или чёрный металл?

Латунь наряду с бронзой является одним из основных видов цветных сплавов на базе меди. Сортамент продукции из латуни и бронзы практически идентичен. Он включает:

  • листовой металл, ленты, фольгу;
  • трубы и трубки;
  • проволоку, прутки;
  • литье и т. д.

Латунь и бронза превосходят медь по прочности, но в отличие от неё не используются для легирования углеродистых и производства других цветных сплавов. Отдельного внимания заслуживают медно-никелевые сплавы, которые также относят к цветным металлам.

Никель – цветной металл или чёрный?

По физическим свойствам никель – это чёрный металл. Однако с технической точки зрения его причисляют к цветным металлам. Наряду с хромом, ванадием, молибденом, марганцем никель входит в первую пятёрку легирующих элементов по массовости их применения. Помимо этого, его используют в производстве широкого спектра сплавов, в которых он является основным или вторым по массовой доле элементом.

К ним относятся производимые согласно ГОСТ 492-73 и ГОСТ 19241-2016 сплавы. В их числе мельхиор, хромель, константан, манганин и другие ценные сплавы, которые отличает очень высокая коррозионная стойкость. Значительное содержание в углеродных сплавах никеля и хрома также обеспечивает им стойкость ко всем видам коррозии, в том числе в результате атмосферных и агрессивных воздействий.

Никель наряду с другими легирующими элементами придаёт углеродистым сплавам заданные специальные свойства. В их числе жаропрочность и жаростойкость, повышенная механическая прочность, стойкость к разным видам агрессивной среды и прочее. С учётом высокой ценности высоколегированных сплавов, в том числе имеющих магнитные свойства, их справедливо причисляют к цветным металлам.

Что делают из чёрного металла

Граница, разделяющая чёрные и цветные металлы, не всегда выглядит чёткой и однозначной. Поэтому на обыденном уровне к чёрным металлам относят углеродистые и низколегированные марки стали, а также нелегированный чугун. Мы можем назвать следующие примеры чёрных металлов, а точнее – продукции из них:

  • строительную арматуру всех классов;
  • листовой, сортовой и фасонный прокат из перечисленных марок стали, в том числе с оцинкованным покрытием;
  • трубы;
  • стальное и чугунное литьё общего назначения – например, корпуса трубопроводной арматуры.

Детализированный перечень продукции из чёрных металлов можно продолжать почти до бесконечности. Однако не забывайте: не всё, что ржавеет, является чёрным металлом.

Алюминий

Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре. Свойства алюминия позволяют активно применять в составе металлоконструкций: он легкий, мягкий, поддается штамповке, обладает высокой антикоррозийной устойчивостью.

Для алюминия характерна высокая химическая активность, отличается также высокой электро- и теплопроводностью.

Алюминий

Основное и возбужденное состояние

При переходе атома алюминия в возбужденное состояние 2 электрона s-подуровня распариваются, и один электрон переходит на p-подуровень.

Основное и возбужденное состояние атома

Природные соединения
  • Al2O3 — корунд
  • 3BeO*Al2O3*6SiO2 — берилл (аквамарин — примесь Fe и изумруд — примесь Cr2O3)
  • Al2O3*Cr2O3 — красный рубин
  • Al2O3 с примесью Fe +2 /Fe +3 /Ti
  • Al2O3*H2O — боксит

Корунд, изумруд, аквамарин и боксит

Получение

Алюминий получают путем электролиза расплава Al2O3 в криолите (Na3[AlF6]). Галлий, индий и таллий получают схожим образом — методом электролиза их оксидов и солей.

Химические свойства
  • Реакции с неметаллами

При комнатной температуре реагирует с галогенами (кроме фтора) и кислородом, покрываясь при этом оксидной пленкой.

Al + Br2 → AlBr3 (бромид алюминия)

При нагревании алюминий вступает в реакции с фтором, серой, азотом и углеродом.

Al + F2 → (t) AlF3 (фторид алюминия)

Al + S → (t) Al2S3 (сульфид алюминия)

Al + N2 → (t) AlN (нитрид алюминия)

Al + C → (t) Al4C3 (карбид алюминия)

Карбид алюминия

Алюминий проявляет амфотерные свойства (греч. ἀμφότεροι — двойственный), вступает в реакции как с кислотами, так и с основаниями.

Al + NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] + H2↑ (тетрагидроксоалюминат натрия; поскольку алюминий дан в чистом виде — выделяется водород)

При прокаливании комплексные соли не образуются, так вода испаряется — вместо них образуются (в рамках ЕГЭ) средние соли — алюминаты (академически — сложные окиселы):

При комнатной температуре не идет из-за образования оксидной пленки — Al2O3 — на воздухе. Если разрушить оксидную пленку нагреванием раствора щелочи или амальгамированием (покрытием металла слоем ртути) — реакция идет.

Реакция алюминия с водой

Алюминотермия (лат. Aluminium + греч. therme — тепло) — способ получения металлов и неметаллов, заключающийся в восстановлении их оксидов алюминием. Температуры при этом процессе могут достигать 2400°C.

Читайте так же:
Контроль заряда аккумулятора автомобиля своими руками

С помощью алюминотермии получают Fe, Cr, Mn, Ca, Ti, V, W.

Алюминотермия

Оксид алюминия

Оксид алюминия получают в ходе взаимодействия с кислородом — на воздухе алюминий покрывается оксидной пленкой. При нагревании гидроксид алюминия, как нерастворимое основание, легко разлагается на оксид и воду.

Проявляет амфотерные свойства: реагирует и с кислотами, и с основаниями.

Al2O3 + NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат натрия)

Комплексные соли

Гидроксид алюминия

Гидроксид алюминия получают в ходе реакций обмена между растворимыми солями алюминия и щелочами. В результате гидролиза солей алюминия часто выпадает белый осадок — гидроксид алюминия.

Проявляет амфотерные свойства. Реагирует и с кислотами, и с основаниями. Вследствие нерастворимости гидроксид алюминия не реагирует с солями.

Al(OH)3 + LiOH → Li[Al(OH)4] (при избытке щелочи будет верным написание — Li3[Al(OH)6] — гексагидроксоалюминат лития)

Алюминий

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Материаловедение

Алюминий – металл серебристо-белого цвета, характеризуется низкой плотностью, высокой электропроводностью, температура плавления 660° С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в чистом виде как конструкционный материал применяется ограниченно.

Для повышения физико-механических и технологических свойств алюминий легируют различными элементами (Cu, Сr, Mg, Si, Zn, Mn, Ni).

В зависимости от содержания постоянных примесей различают:

  • алюминий особой чистоты марки А999 (0,001 % примесей);
  • алюминий высокой чистоты – А935, А99, А97, А95 (0,005…0,5 % примесей);
  • технический алюминий – А35, А3, А7, А5, А0 (0,15…0,5 % примесей).

Технический алюминий выпускают в виде полуфабрикатов для дальнейшей переработки в изделия. Алюминий высокой чистоты применяют для изготовления фольги, токопроводящих и кабельных изделий.

Сплавы на основе алюминия классифицируются по следующим признакам:

  • по технологии изготовления;
  • по степени упрочнения после термической обработки;
  • по эксплуатационным свойствам.

Деформируемые сплавы

К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы:

  • алюминия с марганцем марки АМц;
  • алюминия с магнием марок АМг; АМгЗ, АМг5В, АМг5П, АМг6.

Эти сплавы обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошо штампуются и свариваются, но имеют невысокую прочность. Из них изготовляют бензиновые баки, проволоку, заклепки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов, детали вагонов.

В группе деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой, различают сплавы:

  • нормальной прочности;
  • высокопрочные сплавы;
  • жаропрочные сплавы;
  • сплавы для ковки и штамповки.

Сплавы нормальной прочности

алюминий и его сплавы

К сплавам нормальной прочности относятся сплавы системы Алюминий + Медь + Магний (дуралюмины, дюралюмины), которые маркируются буквой «Д».
Дюралюмины (Д1, Д16, Д18) характеризуются высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью.
Для упрочнения сплавов применяют закалку с последующим охлаждением в воде. Закаленные дуралюмины подвергаются старению, что способствует увеличению их коррозионной стойкости.

Дуралюмины широко используются в авиастроении: из сплава Д1 изготовляют лопасти винтов, из Д16 – несущие элементы фюзеляжей самолетов, сплав Д18 – один из основных заклепочных материалов.

Высокопрочные сплавы

Высокопрочные сплавы алюминия (В93, В95, В96) относятся к системе Алюминий + Цинк + Магний + Медь. В качестве легирующих добавок используют марганец и хром, которые увеличивают коррозионную стойкость и эффект старения сплава. Для достижения требуемых прочностных свойств, сплавы закаливают с последующим старением.
Высокопрочные сплавы по своим прочностным показателям превосходят дюралюмины, однако менее пластичны и более чувствительны к концентраторам напряжений (надрезам). Из этих сплавов изготовляют высоконагруженные наружные конструкции в авиастроении – детали каркасов, шасси и обшивки.

Жаропрочные сплавы

Жаропрочные сплавы алюминия (АК4-1, Д20) имеют сложный химический состав, легированы железом, никелем, медью и другими элементами. Жаропрочность сплавам придает легирование, замедляющее диффузионные процессы.

Детали из жаропрочных сплавов используются после закалки и искусственного старения и могут эксплуатироваться при температуре до 300° С.

Сплавы для ковки и штамповки

Сплавы для ковки и штамповки (АК2, АК4, АК6, АК8) относятся к системе Алюминий + Медь + Магний с добавками кремния.
Сплавы применяют после закалки и старения для изготовления средненагруженных деталей сложной формы (АК6) и высоконагруженных штампованных деталей – поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов и др.

Литейные сплавы

Для изготовления деталей методом литья применяют алюминиевые сплавы систем Al-Si, Al-Cu, Al-Mg.
Для улучшения механических свойств сплавы легируют титаном, бором, ванадием.
Главным достоинством литейных сплавов является высокая жидкотекучесть, небольшая усадка, хорошие механические свойства.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector