Реферат з матеріалознавства на тему властивості алюмінію і його сплавів
2. Історія отримання алюмінію.
3. Класифікація алюмінію по ступені чистоти і
його механічні властивості.
4. Основні легуючі елементи в алюмінієвих
сплавах і їх функції
5. Алюміній - матеріал майбутнього.
Алюміній (лат. Aluminium, від alumen - галун) - хімічний елемент III гр. періодичної системи, атомний номер 13, атомна маса 26,98154. Сріблясто-білий метал, легкий, пластичний, з високою електропровідністю, tпл = 660 ° С. Хімічно активний (на повітрі покривається захисною оксидною плівкою). За поширеністю в природі займає 4-е місце серед елементів і 1-е серед металів (8,8% від маси земної кори). Відомо кілька сотень мінералів Алюмінію (алюмосилікати, боксити, алуніти і ін.). Отримують електролізом глинозему Al2 О3 в розплаві кріоліту Na3 AlF6 при 950 ° С. Алюміній має грати гранецентрированного куба, стійкий при температурах від -269 ° С до точки плавлення (660 ° С). Алюміній не має аллотропических змін, елементарна комірка складається з 4 атомів, атомний діаметр 2,8610 -10 м. Теоретична щільність алюмінію дорівнює
2698,72 кг / м 3. Експериментальні значення для полікристалічного матеріалу знаходяться в межах від 2696,6 до 2698,8 кг / м 3. Коефіцієнт температурного розширення при кімнатній температурі 2310 -6 К -1. Теплопровідність становить при 24С 2,37 Втсм -1 К -1. Електроопір алюмінію високої чистоти (99,99%)
при 20С становить 2,654810 -8 Омм, або 65% електроопору міжнародного зразка з відпаленого міді. Відбивна здатність полірованої поверхні становить більше 90%.
Латинське aluminium походить від латинського ж alumen, що означає галун (сульфат алюмінію і калію KAl (SO4) 2 · 12H2 O), які здавна використовувалися при виробленні шкір і як в'яжучий засіб. Через високу хімічної активності відкриття і виділення чистого алюмінію розтягнулося майже на 100 років. Висновок про те, що з квасцов може бути отримана «земля» (тугоплавка речовина, по-сучасному - оксид алюмінію) зробив ще в 1754 німецький хімік А. Маргграф. Пізніше виявилося, що така ж «земля» може бути виділена з глини, і її стали називати глиноземом. Отримати металевий алюміній зміг тільки в 1825 датський фізик Х. К. Ерстед. Він обробив амальгамою калію (сплавом калію з ртуттю) хлорид алюмінію AlCl3. який можна було отримати з глинозему, і після відгону ртуті виділив сірий порошок алюмінію.
Тільки через чверть століття цей спосіб вдалося трохи модернізувати. Французький хімік А. Е. Сент-Клер Девіль в 1854 запропонував використовувати для отримання алюмінію металевий натрій, і отримав перші злитки нового металу. Вартість алюмінію була тоді дуже висока, і з нього виготовляли ювелірні прикраси.
Більш новими способами отримання чистого алюмінію є метод зонної очищення. кристалізація з амальгам (сплавів алюмінію з ртуттю) і виділення з лужних розчинів. Ступінь чистоти алюмінію контролюється величиною електроопору при низьких температурах.
В даний час використовується наступна класифікація алюмінію за ступенем чистоти:
Більшість металевих елементів сплавляються з алюмінієм, але тільки деякі з них грають роль основних легуючих компонентів у промислових алюмінієвих сплавах. Проте значна кількість елементів використовують в якості добавок для поліпшення властивостей сплавів. Найбільш широко застосовуються:
Берилій додається для зменшення окислювання при підвищених температурах. Невеликі добавки берилію (0,01 - 0,05%) застосовують в алюмінієвих ливарних сплавах для поліпшення плинності у виробництві деталей двигунів внутрішнього згоряння (поршнів і головок циліндрів).
Бор вводять для підвищення електропровідності і як рафінуючі добавку. Бор вводиться в алюмінієві сплави, що використовуються в атомній енергетиці (крім деталей реакторів), тому що він поглинає нейтрони, перешкоджаючи поширенню радіації. Бор вводиться в середньому в кількості 0,095 - 0,1%.
Вісмут. Метали з низькою температурою плавлення, такі як вісмут, свинець, олово, кадмій вводять в алюмінієві сплави для поліпшення оброблюваності різанням. Ці елементи утворюють м'які легкоплавкі фази, які сприяють ламкості стружки і змазування різця.
Галій додається в кількості 0,01 - 0,1% в сплави, у тому числі далі виготовляються витрачаються аноди.
Залізо. У малих кількостях (0,04%) вводиться при виробництві проводів для збільшення міцності і покращує характеристики повзучості. Так само залізо зменшує прилипання до стінок форм при литті в кокіль.
Індій. Добавка 0,05 - 0,2% упрочняют сплави алюмінію при старінні, особливо при низькому вмісті міді. Індієвий добавки використовуються в алюмінієво - кадмієвих підшипникових сплавах.
Приблизно 0,3% кадмію вводять для підвищення міцності і поліпшення корозійних властивостей сплавів.
Кальцій надає пластичність. При вмісті кальцію 5% сплав володіє ефектом сверхпластичности.
Кремній є найбільш використовуваної добавкою в ливарних сплавах. В кількості 0,5 - 4% зменшує схильність до утворення тріщин. Поєднання кремнію з магнієм роблять можливим термоуплотненіе сплаву.
Магній. Добавка магнію значно підвищує міцність без зниження пластичності, підвищує зварюваність і збільшує корозійну стійкість сплаву.
Мідь зміцнює сплави, максимальне зміцнення досягається при вмісті міді 4 - 6%. Сплави з міддю використовуються у виробництві поршнів двигунів внутрішнього згоряння, високоякісних литих деталей літальних апаратів.
Олово покращує обробку різанням.
Титан. Основне завдання титану в споавах - подрібнення зерна в виливках і злитках, що дуже підвищує міцність і рівномірність властивостей у всьому обсязі.
Хоча алюміній вважається одним з найменш благородних промислових металів, він досить стійкий у багатьох окисних середовищах. Причиною такої поведінки є наявність безперервної окисної плівки на поверхні алюмінію, яка негайно утворюється знову на зачищених ділянках при впливі кисню, води та інших окислювачів.
Більшість алюмінієвих сплавів мають високу корозійну стійкість в природній атмосфері, морській воді, розчинах багатьох солей і хімікатів і в більшості харчових продуктів. Остання властивість у поєднанні з тим, що алюміній не руйнує вітаміни, дозволяє широко використовувати його у виробництві посуду. Конструкції з алюмінієвих сплавів часто використовують в морській воді. Морські бакени, рятувальні шлюпки, судна, баржі будуються із сплавів алюмінію з 1930 р В даний час довжина корпусів кораблів із сплавів алюмінію досягає 61 м. Існує досвід алюмінієвих підземних трубопроводів, сплави алюмінію володіють високою стійкістю до грунтової корозії. У 1951 році на Алясці був побудований трубопровід довжиною 2,9 км. Після 30 років роботи не було виявлено жодної течі або серйозного пошкодження через корозію.
Промисловий алюміній випускається у вигляді двох видів сплавів - ливарних, деталі з яких виготовляються литтям, і деформаційні - сплави, що випускаються у вигляді деформованих напівфабрикатів - листів, фольги, плит, профілів, дроту. Виливки з алюмінієвих сплавів отримують усіма можливими способами лиття. Найбільш поширене лиття під тиском, в кокіль і в піщано - глинисті форми. При виготовленні невеликих партій застосовується лиття в гіпсові комбіновані форми і лиття по виплавлюваних моделях. З ливарних сплавів виготовляють
литі ротори електромоторів, литі деталі літальних апаратів та ін. Деформуємі сплави використовуються в автомобільному виробництві для внутрішньої обробки, бамперів, панелей кузовів і деталей інтер'єру; в будівництві як оздоблювальний матеріал; в літальних апаратах і ін.
У промисловості використовуються також і алюмінієві порошки. Застосовуються в металургійній промисловості: в алюминотермии, в якості легуючих добавок, для виготовлення напівфабрикатів шляхом пресування і спікання. Цим методом отримують дуже міцні деталі (шестерні, втулки і ін.). Також порошки використовуються в хімії для отримання сполук алюмінію і в якості каталізатора (наприклад, при виробництві етилену і ацетону). З огляду на високу реакційну здатність алюмінію, особливо у вигляді порошку, його використовують у вибухових речовинах і твердому паливі для ракет, використовуючи його властивість швидко запалюватися.
З огляду на високу стійкість алюмінію до окислення, порошок використовуються як пігмент в покриттях для фарбування обладнання, дахів, паперу в поліграфії, блискучих поверхонь панелей автомобілів. Також шаром алюмінію покривають сталеві і чавунні вироби щоб уникнути їх корозії.
Вже зараз важко знайти галузь промисловості, де б не використовувався алюміній або його сплави - від мікроелектроніки до важкої металургії. Це обумовлюється хорошими механічними властивостями, легкістю, малої температурою плавлення, що полегшує обробку, високим зовнішніми якостями, особливо після спеціальної обробки. З огляду на перелічені та багато інших фізичних та хімічні властивості алюмінію, його невичерпна кількість в земній корі, можна сказати, що алюміній - один з найперспективніших матеріалів майбутнього.
Список використаної літератури.
1. Алюмінієві сплави. Застосування алюмінієвих сплавів. Довідкове керівництво. Редакційна колегія І.В. Гориніна і ін. Київ «Металургія», 1978.
2. Алюміній. Властивості і фізичне металознавство. Довідник. Дж.Е.Хетч. Київ, «Металургія», 1989.
3. Алюміній. Н.Г.Ключніков, А.Ф.Колодцев. Учпедгиз, 1958.
Реферат з матеріалознавства на тему: "Властивості алюмінію та його сплавів"