История Алюминия

Сплавы  на основе алюминия

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

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).

Использование алюминия.

Ювелирные изделия

Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные  ювелирные изделия. 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.

Окислитель Удельная тяга (Р1, сек) Температура сгорания °С Плотность топлива, г/см Прирост скорости, Vид, 25, м/с Весовое содерж. горючего, %

Фтор 348,4 5009 1,504 5328 25

Тетрафторгидразин 327,4 4758 1,193 4434 19

ClF3 287,7 4402 1,764 4762 20

ClF5 303,7 4604 1,691 4922 20

Перхлорилфторид 293,7 3788 1,589 4617 47

Фторид кисло

рода 326,5 4067 1,511 5004 38,5

Кислород 310,8 4028 1,312 4428 56

Перекись водорода 318,4 3561 1,466 4806 52

N2O4 300,5 3906 1,467 4537 47

Азотная кислота 301,3 3720 1,496 4595 49  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Литература 

1.Химическая  энциклопедия. В 5-ти тт. / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М.: Советская  энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 116. —  623 с. — 100 000 экз.

2.Краткая химическая  энциклопедия. Т. 1 (А—Е). — М.: Советская энциклопедия. 1961

3.Н. В. Короновский,  А. Ф. Якушова. Основы геологии

4.Олейников Б.  В. и др. Алюминий — новый  минерал класса самородных элементов  Записки ВМО. — 1984, ч. CXIII, вып. 2, с. 210—215. [1]

5.Производство  первичного алюминия в мире и в России