Властивості застосування алюмінію

Алюміній є одним з найпоширеніших елементів земної кори – його ваговій кларк 7,45%. Атомна маса алюмінію 26,97, порядковий номер 13. Атом алюмінію має електронну конфігурацію ls22s22p6 3s23p1 на зовнішньому рівні знаходяться три електрона: дві на 3s-підрівні і один на 3р-підрівні. Енергія іонізації першого 3р1 електрона становить 574,5 кДж / моль, другого і третього 3s2-електронів – соответст-ственно 1800 і 2730 кДж / моль. У звичайних умовах метал трехвалентен, при високих температурах стійкі і одновалентні його сполуки.

Найважливіші фізичні властивості алюмінію:

Температура плавлення, ° С 660,24

Температура кипіння, ° С +2497

Щільність твердого при 20 ° С, г / см3 2,6996

Щільність рідкого при 1000 ° С, г / см3 2,289

Теплота плавлення, Дж / г 386

Теплота випаровування, Дж / г 8360

Теплопровідність при 0- 100 ° С, Вт / (см · ° С) 2,17

Питомий електроопір при 20 ° С, МКО · м 0,0265

Коефіцієнт лінійного розширення 23 · 10-6

Електрохімічний еквівалент, г / (А · год) 0,3354

Електродний потенціал алюмінію складає -1,67 В, т. Е. Він є одним з електронегативних елементів. Проте алюміній не окислюється помітно на повітрі – він покритий тонкою і міцною плівкою оксиду (товщиною порядку 10-5 см), що оберігає метал від окислення. Чим чистіше алюміній, тим тонше і міцніше плівка оксиду і вище корозійна стійкість металу. Від чистоти алюмінію залежать також його пластичні властивості – чим чистіше метал, тим легше він піддається кування, прокатці і резанию.

Алюміній розчиняється в сірчаної та соляної кислотах і в лугах; в міцної азотної кислоті й органічним кислотам розчиняється.

Метал володіє значним спорідненістю до кіслороду- теплота утворення оксиду Аl2О3 становить 1 670 кДж / моль. Цією властивістю користуються в процесах алюмінотермічним відновлення металів.

Хлорид АlСl3 і фторид AlF3 алюмінію утворюються з елементів зі значним виділенням тепла: 680 і 1385 кДж / моль відповідно. Вони володіють високими тисками насиченої пари і схильністю до гідролізу. При нагріванні їх з алюмінієм йдуть реакції утворення летючих субхлоріда АlСl і субфторида AlF алюмінію. При охолодженні субсоедіненія ДІСПР-порционируют (розкладаються) на галогенид і алюміній.

При 800 ° С алюміній реагує з азотом, утворюючи нітрид AlN. Нагрівання алюмінію в присутності вуглецю дає карбід Аl4С3; реакція починається з 1200 ° С. Якщо в місці контакту металу з вуглецем присутній розплавлена ​​сіль (кріоліт або інші солі) реакція помітно протікає і при більш низьких температурах (близько 1000 ° С). Алюміній хімічно не реагує з воднем, але помітно розчиняє цей газ (0,2 см3 в 1 см3алюмінія при 1000 ° С).

Чудові властивості алюмінію: мала щільність, висока електропровідність, корозійна стійкість, достатня механічна міцність у поєднанні з високою пластичністю забезпечили широке застосування як чистого металу, так і сплавів на його основі.

Чистий алюміній застосовується в електротехнічній промисловості для виготовлення кабелів, проводів (у тому числі для ліній електропередач), шинопроводів, конденсаторів, випрямлячів і т. Д. Застосування алюмінію для цих цілей більш виправдане, ніж міді, оскільки електропровідність алюмінію складає по відношенню до електропровідності міді 65%, але алюміній легше її в 3,3 рази, тому дроти однакової електропровідності з алюмінію легше в 2,16 рази мідних.

Алюміній високої чистоти в силу великої корозійної стійкості широко застосовується в хімічному машинобудуванні, для виготовлення побутових приладів і в харчовій промисловості для зберігання харчових продуктів (пакувальні матеріали).

Алюмінієві сплави підрозділяють на деформуються і ливарні. Перші містять деякі кількості міді, магнію, цинку, кремнію і марганцю. Їх відмітна властивість – здатність до старіння, т. Е. До поліпшення механічних характеристик при повільному охолодженні, пов’язаному з розпадом твердих розчинів. Ливарнісплави – це силуміни, т. Е. Сплави алюмінію з кремнієм, в які введені добавки міді, магнію, марганцю та інших елементів, а також микродобавки натрію, що істотно поліпшують структуру сплаву (модифікація). Виробництво деформівних сплавів становить близько 80%, ливарних – 20% від усього виробництва алюмінієвих сплавів.

Алюмінієві сплави знаходять широке застосування в різних областях техніки, головним чином в авіабудуванні, автомобільній промисловості, транспортному машинобудуванні. Вони застосовуються також в промисловому і цивільному будівництві. У США для цих цілей витрачається близько четвертої частини всього виробленого алюмінію. З алюмінієвих сплавів виготовляють також контейнери, із застосуванням яких підвищується продуктивність праці при вантажно-розвантажувальних роботах на транспорті.

Велике значення набувають в даний час спечені алюмінієві порошки (САП) і спечені алюмінієві сплави (САС). Помел порошку здійснюють у контрольованій атмосфері з таким розрахунком, щоб отримати на поверхні частинок певний шар оксиду алюмінію. Потім пудру брикетують і зпікають; отримані заготовки можна обробляти так само, як і алюмінієві сплави. Наявність дисперсних частинок оксиду алюмінію призводить до зміцнення САП, причому високі механічні властивості їх зберігаються до 500 ° С.

Посилання на основну публікацію