Алюминий является третьим по распространенности элементом в земной коре, на его долю приходится 8%. Соединения алюминия использовались человечеством с древних времен (пески, богатые гидратированными силикатами алюминия, используются в керамике, соли алюминия используются в красителях и лекарствах).
Изначально алюминий считался драгоценным металлом наряду с золотом и серебром, а со времен столовых приборов Наполеона III на рынке появилось множество предметов роскоши из алюминия. Но, его разнообразные и уникальные свойства быстро сделали его востребованным универсальным металлом с широким спектром уникальных характеристик и свойств.
Его масса составляет 26,9815386 (8) u при удельном весе 2,7 г/см3. Алюминий обладает электропроводностью 37,8×0^6 См/м.
Как промышленно получают алюминий
Путь алюминия начинается с боксита, минерала с высокой концентрацией оксида алюминия. На первом этапе руда извлекается с поверхности почвы, гранулируется и перерабатывается для получения оксида алюминия. После химического процесса следует электролитический процесс, при котором оксид алюминия плавится с выделением чистого алюминия. Затем жидкий материал плавится в слитки. Результат: первичный алюминий.
Главные свойства алюминия
К ключевым характеристикам этого материала относится:
- Легкий, прочный и долговечный. Алюминий – очень легкий металл с удельным весом 2,7 г / см3, что в три раза меньше веса стали. Его прочность можно адаптировать к желаемому применению путем изменения состава сплава.
- Высокая устойчивость к коррозии. Металл естественным образом образует оксидный слой, который делает его очень устойчивым к коррозии. Различные виды обработки поверхности могут еще больше улучшить это свойство. Это особенно полезно для изделий, требующих защиты и консервации.
- Отличный проводник электроэнергии. Материал является отличным проводником тепла и электроэнергии и по отношению к своему весу почти в два раза лучше меди.
- Хорошие отражающие свойства. Алюминий является хорошим отражателем как света, так и тепла. Эта характеристика вместе с его небольшим весом делает его идеальным материалом для изготовления отражателей, например, при установке люминесцентных ламп, лампочек накаливания или спасательных одеял.
Какой бывает алюминий по степени очистки
Существует три группы степени очистки алюминия:
- Особой чистоты (содержит алюминия выше 99,995%);
- Высокой чистоты (в пределах от 99,90% до 99,995%);
- Технической чистоты (содержит алюминия 99% - 99,85%).
Разновидности алюминиевых сплавов
Алюминиевые сплавы делятся на две большие группы: те, которые не подвергаются термообработке, и те, которые подвергаются термообработке. Алюминиевые сплавы подразделяются по способу изготовления (обычно кованые или литые). Кованые сплавы подразделяются на серии или по составу.
Деформируемые
Деформированный алюминий относится к алюминиевым сплавам, которые были подвергнуты механической обработке для улучшения зернистой структуры и физических свойств. Кованый алюминий выпускается в виде листа, фольги, пластины, стержня, прутка или трубки и покидает завод в состоянии, как отформованный. Сюда также входят такие формы, как экструзия, и некоторые поковки. Превращение слитка в кованое изделие придает материалу конечные заявленные свойства. Операции формования, термическая обработка и / или старение изменяют металлургические свойства и кристаллическую структуру литого слитка. Это сильно влияет на прочность, коррозионную стойкость и ряд других свойств готового изделия.
Литейные
Они обладают исключительной текучестью, герметичностью и стойкостью к растрескиванию при нагреве. Используется для изготовления широкого спектра изделий, включая кронштейны двигателя, коробки передач, предметы интерьера, электроинструменты и ручные инструменты.
Характеристики алюминиевых литейных сплавов:
- очень хорошая прочность;
- твердость и жесткость;
- высокие рабочие температуры;
- коррозионная стойкость;
- легкий вес и возможность полной переработки;
- высокая теплопроводность и электропроводность;
- хорошие чистовые характеристики.
Примеры применения алюминия и его сплавов при производстве разных видов транспорта
Алюминий и алюминиевые сплавы широко применяются при производстве разных видов транспортных средств. Металл подходит для различных применений, включая корпуса цилиндров компрессоров и тормозов, а также поршни двигателей внутреннего сгорания.
Самолетостроение
Материал становятся все более популярными в авиационной промышленности. Это связано с их легким весом и высокой прочностью, что делает их идеальным материалом для самолетостроения.
При выборе алюминиевого сплава для конструкции самолета одним из наиболее важных факторов является его долговечность и коррозионная стойкость. Различные сплавы обладают разной степенью коррозионной стойкости.
Еще одним фактором, который следует учитывать при выборе алюминиевого сплава для самолетостроения, является соотношение его прочности к весу. Правильный баланс между этими двумя аспектами позволяет значительно сэкономить топливо и повысить эффективность полета. При выборе сплава для конструкции вашего самолета обратите внимание на удельный вес и показатели прочности при растяжении различных доступных сплавов, чтобы найти наилучшее сочетание прочности и экономии веса.
Тепловые свойства алюминиевого сплава также следует учитывать при проектировании самолета. Скорости теплового расширения между различными металлами могут сильно различаться, поэтому важно выбрать сплав с низким коэффициентом теплового расширения. Это помогает гарантировать, что компоненты остаются правильно выровненными при экстремальных перепадах температур или флуктуациях, снижая усталостные нагрузки на каркасы самолетов с течением времени.
Объекты космической техники
Алюминиевые сплавы становятся все более популярными для космической техники, благодаря их легкости и высокопрочным характеристикам. Однако при выборе сплава для использования в космической технике, необходимо учитывать несколько ключевых факторов, таких как:
- долговечность;
- коррозионная стойкость;
- соотношение прочности и веса;
- тепловые свойства.
Судостроение
Морское и речное судостроение также не обходится без алюминия. Существует несколько основных вариантов алюминиевого сплава, используемых в области судостроения. Обычно данный материал должны иметь достаточную прочность, а также обладать высокой устойчивостью к окислению, свариваемостью и пластичностью, чтобы хорошо подходить в условиях использования в достаточно агрессивной среде которой является морская и речная вода.
Каждый тип алюминиевого сплава, используемого в судостроении, должен обладать уникальными эксплуатационными преимуществами, и соответствующие специалисты по проектированию также должны выбирать в соответствии с конкретными потребностями, чтобы гарантировать, что готовое судно будет иметь хорошие эксплуатационные характеристики и срок службы.
Железнодорожный транспорт
Алюминий применяется для производства высокоскоростных поездов. Железнодорожные составы, изготовленные из этого материала, обладают меньшим весом, поэтому могут перевозить больше груза. Вагоны из него имеют более долгий срок эксплуатации и меньший вес самого состава.
Автомобили
В автомобилестроении, алюминий позволяет создать машины с небольшим весом, что помогает экономить топливо.
Использование алюминия в металлургии
Металлический алюминий не встречается в природе, но оксиды, гидроксиды и особенно силикаты присутствуют в большом количестве. Промышленное производство высококачественного алюминия из его руд разделено на два отдельных процесса. Первый процесс позволяет получать чистый глинозем из руд, а второй процесс восстанавливает чистый оксид алюминия до металлического алюминия путем электролиза раствора оксида алюминия в расплавленном криолите с использованием угольных электродов.
В металлургии алюминий используют в качестве мощного восстановителя при производстве хрома, кальция, марганца, а также для производства металлопродукции.
Где еще применяют алюминий и его сплавов
Среди 10 ключевых отраслей промышленности 5 относятся к сфере транспорта, которая является важнейшей областью для разработки легких транспортных средств, требующих большого количества алюминия. Остальные 5 – информационные технологии, робототехника, энергетика, сельскохозяйственное машиностроение и медицина, которые также являются основными областями применения алюминия.
Кроме того, алюминий делает нашу жизнь удобнее. Из наиболее часто используемых предметов мы видим, что почти во всей бытовой технике используется алюминий. Благодаря своим разнообразным свойствам он используется при изготовлении предметов повседневного обихода, таких как алюминиевая фольга, для обеспечения хорошей сохранности и герметичности пищевых продуктов или лекарств, позволяя им оставаться свежими или теплыми благодаря своим термическим свойствам. А также для изготовления различных деталей и компонентов приборов (планеров автомобилей, самолетов, кораблей, компьютерных деталей, радиаторов и т. д.) Или в качестве проводника электричества в высоковольтной проводке, как в случае алюминиевых кабелей с медным покрытием, используемых в электропроводке для кабельного телевидения или в таких устройствах, как колонки и слуховые аппараты. Это один из металлов, используемых в интегральных схемах и микрочипах, наряду с такими металлами, как золото, серебро и медь. Он также используется для пайки других металлов и в электронике, заменяя оловянные или золотые припои, которые иногда бывают дорогими. Он используется в панелях, квадратах и стержнях в строительстве, в основном в дверях и окнах.