Алюминий

 

Применение

Кусок алюминия и американская монетка.

Широко применяется  как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al₂O₃, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки.

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).

Электропроводность  алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем  у меди, при этом алюминий приблизительно в 2 раза дешевле. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Меньшую электропроводность алюминия (37 1/ом) по сравнению с медью (63 1/ом) компенсируют увеличением сечения алюминиевых проводников. Недостатком алюминия как электротехнического материала является наличие прочной оксидной плёнки, затрудняющей пайку.

• Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.
• Алюминий и его сплавы сохраняют прочность при сверхнизких температурах. Благодаря этому он широко используется в криогенной технике.
• Высокий коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью напыления делает алюминий идеальным материалом для изготовления зеркал.
• В производстве строительных материалов как газообразующий агент.
• Алитированием придают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, например клапанам поршневых ДВС, лопаткам турбин, нефтяным платформам, теплообменной аппаратуре, а также заменяют цинкование.
• Сульфид алюминия используется для производства сероводорода.
• Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и лёгкого материала.

[править] В качестве восстановителя

• Как компонент термита, смесей для алюмотермии
• Алюминий применяют для восстановления редких металлов из их оксидов или галогенидов.

[править] Сплавы на основе алюминия

В качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его  основе.

Алюминиевый прокат

• Алюминиево-магниевыеAl – Mg (серия 5ххх). Сплавы системы Al – Mg характеризуются сочетанием удовлетворительной прочности, хорошей пластичности, очень хорошей свариваемости и коррозионной стойкости. Кроме того, эти сплавы отличаются высокой вибростойкостью.

В сплавах этой системы, содержащих до 6% Mg, образуется эвтектическая система соединения Al3Mg2 c твердым раствором на основе алюминия. Наиболее широкое распространение в промышленности получили сплавы с содержанием магния от 1 до 5%. Рост содержания Mg в сплаве существенно увеличивает его прочность. Каждый процент магния повышает предел прочности сплава на 30 МПа, а предел текучести – на 20 МПа. При этом относительное удлинение уменьшается незначительно и находится в пределах 30 – 35%. Сплавы с содержанием магния до 3% (по массе) структурно стабильны при комнатной и повышенной температуре даже в значительно нагартованном состоянии. С ростом концентрации магния в нагартованном состоянии структура сплава становится нестабильной. Кроме того, увеличение содержания магния свыше 6% приводит к ухудшению коррозионной стойкости сплава. Для улучшения прочностных характеристик сплавы системы Al – Mg легируют хромом, марганцем, титаном, кремнием или ванадием. Попадания в сплавы этой системы меди и железа стараются избегать, поскольку они снижают их коррозионную стойкость и свариваемость.

• Алюминиево-марганцевые Al – Mn (серия 3ххх). Сплавы этой системы обладают хорошей прочностью, пластичностью и технологичностью, высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

Основными примесями  в сплавах системы Al – Mn являются железо и кремний. Оба этих элемента уменьшают растворимость марганца в алюминии. Для получения мелкозернистой структуры сплавы этой системы легируют титаном. Присутствие достаточного количества марганца обеспечивает стабильность структуры нагартованного металла при комнатной и повышенной температурах.

• Алюминиево-медныеAl–Cu (Al–Cu–Mg) (серия 2ххх). Механические свойства сплавов этой системы в термоупрочненном состоянии достигают, а иногда и превышают, механические свойства низкоуглеродистых сталей. Эти сплавы высокотехнологичны. Однако у них есть и существенный недостаток – низкое сопротивление коррозии, что приводит к необходимости использовать защитные покрытия.

В качестве легирующих добавок могут встречаться марганец, кремний, железо и магний. Причем наиболее сильное влияние на свойства сплава оказывает последний: легирование  магнием заметно повышает предел прочности и текучести. Добавка кремния в сплав повышает его способность к искусственному старению.  

Легирование железом  и никелем повышает жаропрочность  сплавов второй серии. Нагартовка этих сплавов после закалки ускоряет искусственное старение, а также повышает прочность и сопротивление коррозии под напряжением.

• Сплавы системы Al–Zn–Mg (Al–Zn–Mg–Cu) (серия 7ххх). Сплавы этой системы ценятся за очень высокую прочность и хорошую технологичность. Представитель системы – сплав 7075 является самым прочным из всех алюминиевых сплавов. Эффект столь высокого упрочнения достигается благодаря высокой растворимости цинка (70%) и магния (17,4%) при повышенных температурах, резко уменьшающейся при охлаждении.

Однако существенным недостатком этих сплавов является крайне низкая коррозионная стойкость  под напряжением. Повысить сопротивление  коррозии сплавов под напряжением  можно легированием медью. Нельзя не отметить открытой в 60-е годы закономерности: присутствие лития в сплавах  замедляет естественное и ускоряет искусственное старение. Помимо этого, присутствие лития уменьшает  удельный вес сплава и существенно  повышает его модуль упругости. В  результате этого открытия были разработаны  новые системы сплавов Al–Mg–Li, Al–Cu–Li и Al–Mg–Cu–Li.

• Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.
• Комплексные сплавы на основе алюминия: авиаль.
• Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 Кельвина.

Алюминий  как добавка в  другие сплавы

Алюминий является важным компонентом многих сплавов. Например, в алюминиевых бронзах  основные компоненты — медь и алюминий. В магниевых сплавах в качестве добавки чаще всего используется алюминий. Для изготовления спиралей в электронагревательных приборах используют (наряду с другими сплавами) фехраль (Fe, Cr, Al).

Ювелирные изделия

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 них сразу прошла, когда появились  новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в  производстве бижутерии.

Стекловарение

В стекловарении  используются фторид, фосфат и оксид  алюминия.

] Пищевая промышленность

Алюминий зарегистрирован  в качестве пищевой добавки Е173.

Алюминий  и его соединения в ракетной технике

Алюминий и  его соединения используются в качестве высокоэффективного ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твёрдых ракетных топливах. Следующие  соединения алюминия представляют наибольший практический интерес как ракетное горючее:

• Порошковый алюминий как горючее в твердых ракетных топливах. Применяется в также виде порошка и суспензий в углеводородах.
• Гидрид алюминия.
• Боранат алюминия.
• Триметилалюминий.
• Триэтилалюминий.
• Трипропилалюминий.

Теоретические характеристики топлив, образованных гидридом алюминия с различными окислителями.^{[источник не указан 540 дней]}

Алюминий  в мировой культуре

Поэт Андрей Вознесенский написал в 1959 году стихотворение «Осень»^[8], в котором использовал алюминий в качестве художественного образа:

…А за окошком  в юном инее 
лежат поля из алюминия…

Виктор  Цой написал песню «Алюминиевые огурцы» с припевом:

Я сажаю алюминиевые  огурцы 
На брезентовом поле 
 
 
 
 
 

В произведениях эпохи  знакомства человечества с алюминием

• В повести Н.Г. Чернышевского «Что делать?» один из главных героев повести в своём письме другому пишет, что ему довелось увидеть слиток металла, «который называется алюминиум», и что, учитывая свойства алюминия, он уверен, что за алюминием большое будущее (во времена Н.Г. Чернышевского алюминий ещё только начинали открывать).
• В повести Герберта Уэллса «Война миров» (1897 год) марсиане, покинув один из своих лагерей, оставили (бросили) в нём несколько листов алюминия. Примечательно, что главный герой повести считал, что марсиане делали алюминий из глины, что соответствует современной действительности.

 
 

                                                                                         

                                                                                                                    Выполнил: Коршунов С.В

                                                                               Принял: Митрофанова Т.Н 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                        2010 г.