Алюминий
Простое вещество алюминий – это легкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, который легко поддается механической обработке, формовке, литью.
Алюминий по распространенности в природе занимает первое место среди металлов и третье среди всех химических элементов, уступая только кислороду и кремнию. Концентрация алюминия по массе в земной коре составляет от 7,5 до 8,15 %. Так как алюминий обладает высокой химической активностью, он практически всегда встречается в виде соединений, самыми распространенными из которых являются: алуниты, бокситы, нефелины, корунд, глиноземы, александрит, каолинит, берилл, полевые шпаты. В водах мирового океана алюминий входит в состав малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Основные физические свойства алюминия следующие:
- плотность около 27000 килограмм на кубометр,
- температура плавления- 660 градусов по Цельсию,
- температура кипения более 2500 градусов по Цельсию,
- удельная теплота испарения порядка 10,5 мегаджоулей на килограмм,
- удельная теплота плавления около 390 килоджоулей на килограмм,
- твердость по Бриннелю - от 24 до 32,
- удельная теплоемкость почти 900,
- модуль Юнга – гигапаскаля,
- высокая пластичность от 35 до 50 %,
- коэффициент Пуассона - 0,34,
- высокая электропроводность - до 65 % от электропроводности меди,
- твердость по Моосу - 2,75.
При нормальных условиях алюминий покрыт прочной и тонкой пленкой оксида, поэтому он не реагирует с классическими окислителями при стандартных условиях. Из-за этого алюминий не подвержен коррозии. Он легко реагирует с простыми веществами, например, кислородом:
$4Al+3O_2 = 2Al2O_3$
При комнатной температуре алюминий реагирует с галогенами, за исключением фтора, следующим образом:
$2Al+3Hal_2 = 2AlHal_3$
С другими неметаллами, фтором, серой, азотом, углеродом, фосфором алюминий может реагировать при нагревании.
Галогены – это неметаллы, являющиеся сильными окислителями: фтор, астат, йод, бром и хлор.
Сплавы алюминия
Условно алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные. Для изготовления литейных алюминиевых сплавов расплавленный алюминий заливается в литейную форму, соответствующую конфигурации будущего изделия. В данных сплавах содержатся существенные примеси кремния, для улучшения литейных свойств. Деформируемые алюминиевые сплавы сначала разливаются по слиткам, после чего им придается необходимая форма. Делаться это может несколькими способами: прокаткой, если необходимо получить фольгу и листы; ковкой, если необходимо получить сложные формы с повышенными механическими характеристиками; прессованием, если нужно получить трубы, прутки и профили; формовкой, если необходимо получить сложные формы полуфабрикатов. Самыми распространенными сплавами на основе алюминия являются:
- Алюминиево-магниевые сплавы. Данные сплавы обладают высоким уровнем усталостной прочности, хорошей свариваемостью и коррозионной стойкостью. В таких сплавах может содержаться до 6 % магния. Чем выше его содержание, тем прочнее сплав. С увеличением содержания магния на 1 % предел текучести увеличивается на 20 мегапаскалей, а прочность на 30 %.
- Алюминиево-марганцевые сплавы. Данные сплавы обладают высокой прочностью, хорошей пластичностью, хорошей свариваемостью и высоким уровнем коррозионной стойкости. Чтобы получить мелкозернистую структуру такого сплава он подвергается легированию титаном, а чтобы сохранялась его стабильность в нагартованном состоянии добавляется марганец.
- Сплавы алюминий-медь-кремний. Данные сплавы еще называют алькусинами. Благодаря высоким техническим свойствам они используются в процессе изготовления блоков цилиндров и подшипников.
- Алюминиево-медные сплавы. Механические свойства данных сплавов в термическим упрочненном состоянии иногда превышают свойства низкоуглеродистых сталей. Основной их недостаток - низкая коррозионная стойкость, поэтому их покрывают специальной защитной пленкой. Они легируются магнием, кремнием, марганцем и железом. Легирование магнием увеличивает прочность и предел текучести сплава, а никелем и железом повышает жаропрочность.
- Алюминиево-кремниевые сплавы. Некоторые из таких сплавов модифицируются добавками лития или натрия. Наличие 0,1 % натрия или 0,05 % лития увеличивает содержание кремния с 12 до 14 %. Алюминиево-кремниевые сплавы используются в декоративном литье, при изготовлении корпусов механизмов и т. п.
- Сплавы алюминий-цинк-магний. Данные сплавы являются хорошо обрабатываемыми и прочными. Типичный представитель - В95. Высокая прочность обусловлена высокой растворимостью цинка и магния при температуре плавления (до 70 % и до 17,4 % соответственно). Главный недостаток таких сплавов - низкая коррозионная стойкость во время механического напряжения, которая может быть исправлена посредством легирования медью.
- Авиаль. Авиаль – это группа сплавов системы алюминий-магний-кремний, в которые незначительно добавляют такие элементы, как медь, марганец и хром. Сплавы данной группы отличаются высокой пластичностью и хорошей коррозионной стойкостью. Из них делаются штампованные и кованые изделия сложной формы, например, лонжероны лопастей вертолетов. В некоторых случаях коррозионная стойкость авиаля увеличивается при помощи снижения содержания меди до 0,1 %.
