Aluminiu și aplicațiile sale. Proprietăți și aplicații din aluminiu. Elemente principale de aliere în aliaje de aluminiu și funcțiile lor

Agenția Federală pentru Educația Federației Ruse

Universitatea Tehnologică de Stat

„Institutul de oțel și aliaje din Moscova”

Olimpiada rusă pentru școlari

„Tehnologii inovatoare și știința materialelor”

Etapa a II-a: Concurență științifică și creativă

Direcție (profil):

"Știința materialelor și tehnologiile materialelor noi "

"Proprietăți și aplicații din aluminiu în industrie și în viața de zi cu zi"

Am făcut lucrarea:

Zaitsev Victor Vladislavovici

Moscova, 2009

1. Introducere

4. Utilizarea aluminiului și a aliajelor sale în industrie și în viața de zi cu zi

4.1 Aviație

4.2 Construirea navelor

4.3 Transport feroviar

4.4 Transport rutier

4.5 Construcții

4.6 Industria petrolieră și chimică

4.7 Articole de gătit din aluminiu

5. Concluzie

5.1. Aluminiul este materialul viitorului

6. Lista literaturilor utilizate

1. Introducere

În eseul meu despre „Proprietățile aluminiului și aplicațiile din industrie și viața de zi cu zi” aș dori să subliniez particularitatea acestui metal și superioritatea sa față de altele. Întregul meu text este o dovadă că aluminiul este metalul viitorului și fără el dezvoltarea noastră ulterioară va fi dificilă.

1.1 Definiția generală a aluminiului

Aluminiu (lat. Aluminiu, din aluminiu - alum) - element chimic III gr. sistem periodic, număr atomic 13, masă atomică 26.98154. Metal alb-argintiu, ușor, ductil, cu o conductivitate electrică ridicată, tm \u003d 660 ° C. Activ chimic (acoperit cu un film protector de oxid în aer). În ceea ce privește prevalența în natură, ocupă locul 3 în rândul elementelor și locul 1 printre metale (8,8% din masa scoarței terestre). În ceea ce privește conductivitatea electrică, aluminiul este pe locul 4, în al doilea rând decât argintul (este pe primul loc), cupru și aur, care, având în vedere ieftinitatea aluminiului, are o importanță practică deosebită. Aluminiul este de două ori mai mare decât fierul și de 350 de ori mai mult decât cupru, zinc, crom, staniu și plumb combinat. Densitatea sa este de numai 2,7 * 10 3 kg / m 3. Aluminiul are o rețea cubică centrată pe față, este stabil la temperaturi de la - 269 ° С până la punctul de topire (660 ° С). Conductivitatea termică la 24 ° C este 2,37 W × cm -1 × K -1. Rezistența electrică a aluminiului de înaltă puritate (99,99%) la 20 ° C este de 2,6548 × 10 -8 Ohm × m, sau 65% din rezistența electrică a standardului internațional de cupru turnat. Reflectivitatea suprafeței lustruite este de peste 90%.

1.2 Istoricul producției de aluminiu

Descoperirea documentată a aluminiului a avut loc în 1825. Pentru prima dată, acest metal a fost obținut de fizicianul danez Hans Christian Oersted, când l-a izolat prin acțiunea amalgamului de potasiu asupra clorurii de aluminiu anhidru (obținut prin trecerea clorului printr-un amestec fierbinte de oxid de aluminiu cu cărbune). După distilarea mercurului, Oersted a obținut aluminiu, totuși, contaminat cu impurități. În 1827, chimistul german Friedrich Wöhler a obținut aluminiu sub formă de pulbere prin reducerea hexafluoroaluminatului cu potasiu. Metoda modernă de producere a aluminiului a fost descoperită în 1886 de tânărul cercetător american Charles Martin Hall. (Din 1855 până în 1890, au fost obținute doar 200 de tone de aluminiu, iar în următorul deceniu, conform metodei Hall, au fost obținute 28.000 de tone de acest metal în întreaga lume) Aluminiul cu o puritate de peste 99,99% a fost obținut pentru prima dată prin electroliză în 1920. În 1925, Edwards a publicat câteva informații despre proprietățile fizice și mecanice ale unui astfel de aluminiu. În 1938. Taylor, Willey, Smith și Edwards au publicat un articol care listează unele dintre proprietățile 99,996% aluminiu pur, obținute și în Franța prin electroliză. Prima ediție a monografiei despre proprietățile aluminiului a fost publicată în 1967. Până de curând se credea că aluminiul, ca un metal foarte activ, nu poate apărea în natură într-o stare liberă, ci în 1978. în rocile platformei sibiene, aluminiul autohton a fost găsit sub formă de băuturi cu o lungime de numai 0,5 mm (cu o grosime de filament de mai mulți micrometri). Aluminiul autohton a fost găsit și în solul lunar adus pe Pământ din regiunile Mării Crizei și Abundenței. Se crede că aluminiul metalic poate fi format prin condensarea din gaz. Cu o creștere puternică a temperaturii, halogenurile de aluminiu se descompun, trecând într-o stare cu cea mai mică valență metalică, de exemplu, AlCl. Când, cu o scădere a temperaturii și absența oxigenului, un astfel de compus se condensează, o reacție disproporționată apare în faza solidă: unii dintre atomii de aluminiu sunt oxidati și devin starea trivalentă obișnuită, iar unii sunt redusi. Aluminiul univalent poate fi redus doar la metal: 3AlCl\u003e 2Al + AlCl3. Această presupunere este susținută de forma filamentară a cristalelor de aluminiu nativ. Cristalele acestei structuri sunt formate de obicei datorită creșterii rapide din faza gazoasă. Probabil, nuggets microscopici de aluminiu în solul lunar s-au format într-un mod similar.

2. Clasificarea aluminiului în funcție de gradul de puritate și de proprietățile sale mecanice

În anii următori, datorită ușurinței comparative de preparare și a proprietăților atractive, au fost publicate multe lucrări asupra proprietăților aluminiului. Aluminiul pur este utilizat pe scară largă în principal în electronice - de la condensatoare electrolitice la culmea ingineriei electronice - microprocesoare; în crioelectronică, criomagnetică. Metode mai noi de obținere a aluminiului pur sunt metoda de purificare a zonei, cristalizarea din amalgame (aliaje de aluminiu cu mercur) și izolarea de soluții alcaline. Puritatea aluminiului este controlată de rezistența electrică la temperaturi scăzute. În prezent, se folosește următoarea clasificare a purității aluminiului:

Proprietățile mecanice ale aluminiului la temperatura camerei:

3. Elementele principale de aliere din aliajele de aluminiu și funcțiile acestora

Aluminiul pur este un metal destul de moale - de aproape trei ori mai moale decât cuprul, astfel încât plăcile și tijele de aluminiu relativ groase sunt ușor de îndoit, dar când aluminiu formează aliaje (există un număr foarte mare dintre acestea), duritatea acestuia poate crește de zeci de ori. Cel mai utilizat:

Se adaugă beriliu pentru a reduce oxidarea la temperaturi ridicate. Adaosuri mici de beriliu (0,01 - 0,05%) sunt utilizate în aliajele de turnare din aluminiu pentru a îmbunătăți fluiditatea producției de piese pentru motoarele cu ardere internă (pistoane și chiulase).

Borul este introdus pentru a crește conductivitatea electrică și ca aditiv de rafinare. Borul este adăugat la aliajele de aluminiu utilizate în energia nucleară (cu excepția părților reactorului), deoarece absoarbe neutronii, împiedicând răspândirea radiațiilor. Borul este introdus în medie în cantitate de 0,095 - 0,1%.

Bismut. La aliajele de aluminiu se adaugă metale cu punct de topire scăzut, cum ar fi bismut, plumb, staniu, cadmiu, pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea. Aceste elemente formează faze moi, cu topire scăzută, care contribuie la fragilitatea cipului și la ungerea sculelor.

Se adaugă galiu într-o cantitate de 0,01 - 0,1% la aliaje, din care sunt obținuți anodii consumabili.

Fier. În cantități mici (»0,04%) este introdus la fabricarea firelor pentru a crește rezistența și a îmbunătăți caracteristicile de fluaj. De asemenea, fierul reduce aderența la pereții matrițelor la turnarea într-o matriță rece.

Indiu. Adăugarea de 0,05 - 0,2% întărește aliajele de aluminiu în timpul îmbătrânirii, în special cu un conținut scăzut de cupru. Aditivii de indiu sunt folosiți în aliaje cu rulmenți de aluminiu-cadmiu.

Se adaugă aproximativ 0,3% cadmiu pentru a crește rezistența și a îmbunătăți proprietățile de coroziune ale aliajelor.

Calciul produce plasticitate. Cu un conținut de calciu de 5%, aliajul are un efect de superplasticitate.

Siliciul este cel mai frecvent aditiv în aliajele turnate. În cantitate de 0,5 - 4%, reduce tendința de formare a fisurilor. Combinația dintre siliciu și magneziu face posibilă sigilarea termică a aliajului.

Magneziu. Adăugarea de magneziu crește semnificativ rezistența fără a reduce ductilitatea, crește sudabilitatea și crește rezistența la coroziune a aliajului.

Cupru întărește aliajele, întărirea maximă se realizează cu un conținut de cupru de 4 - 6%. Aliajele de cupru sunt utilizate la fabricarea pistoanelor pentru motoarele cu ardere internă, piese turnate de înaltă calitate pentru aeronave.

Conservele îmbunătățesc performanțele de tăiere.

Titan. Sarcina principală a titanului în aliaje este rafinarea cerealelor în turnare și lingouri, ceea ce crește considerabil rezistența și uniformitatea proprietăților în întregul volum.

Aluminiul este unul dintre cele mai comune și mai ieftine metale. Este dificil să-ți imaginezi viața modernă fără ea. Nu este de mirare că aluminiul se numește metalul secolului XX. Se acordă bine procesării: forjare, ștanțare, laminare, desen, presare. Aluminiul pur este un metal destul de moale; se folosește pentru confecționarea firelor electrice, a părților structurale, foliei alimentare, ustensilelor de bucătărie și vopselei „argintii”. Acest metal frumos și ușor este utilizat pe scară largă în construcții și inginerie aeronavă. Aluminiul reflectă foarte bine lumina. Prin urmare, este utilizat pentru fabricarea oglinzilor - prin pulverizarea metalului în vid.

În prezent, aluminiu și aliajele sale sunt utilizate în aproape toate domeniile tehnologiei moderne. Cei mai importanți consumatori de aluminiu și aliajele sale sunt industria aeronautică și auto, transportul feroviar și de apă, inginerie mecanică, industria electrică și fabricarea instrumentelor, construcții industriale și civile, industria chimică și producția de bunuri de larg consum.

Majoritatea aliajelor de aluminiu sunt foarte rezistente la coroziune în atmosfera naturală, apa de mare, soluții de multe săruri și substanțe chimice și în majoritatea produselor alimentare. Structurile din aliaj de aluminiu sunt adesea utilizate în apa de mare. Cazurile marine, bărcile de salvare, navele, barcile au fost construite din aliaje de aluminiu încă din 1930. În prezent, lungimea carenelor navelor fabricate din aliaje de aluminiu ajunge la 61 m. Există experiență în conductele subterane de aluminiu, aliajele de aluminiu sunt foarte rezistente la coroziunea solului. În 1951, o conductă lungă de 2,9 km a fost construită în Alaska. După 30 de ani de funcționare, nu s-a constatat o singură scurgere sau o deteriorare gravă a coroziunii.

Aluminiul este utilizat pe scară largă în construcții sub formă de panouri, uși, rame pentru ferestre, cabluri electrice. Aliajele de aluminiu nu sunt supuse unei coroziuni puternice timp îndelungat în contact cu betonul, mortarul, tencuiala, mai ales dacă structurile nu sunt expuse la umezirea frecventă. Cu umezirea frecventă, dacă suprafața produselor din aluminiu nu a fost tratată suplimentar, aceasta se poate întuneca, până la înnegrirea în orașele industriale cu un conținut ridicat de oxidanți în aer. Pentru a evita acest lucru, se produc aliaje speciale pentru obținerea suprafețelor strălucitoare prin anodizare strălucitoare - aplicarea unei folii de oxid pe suprafața metalului. În acest caz, suprafeței poate fi oferită o varietate de culori și nuanțe. De exemplu, aliajele de aluminiu-siliciu oferă o gamă de nuanțe de la gri la negru. Aliajele de aluminiu cu crom au o culoare aurie.

Pulberile de aluminiu sunt de asemenea utilizate în industrie. Sunt utilizate în industria metalurgică: în aluminotermie, ca aditivi de aliere, pentru fabricarea de produse semifinite prin presare și sinterizare. Această metodă este utilizată pentru obținerea unor piese foarte durabile (angrenaje, bucși etc.). Pulberile sunt de asemenea utilizate în chimie pentru a produce compuși din aluminiu și ca catalizator (de exemplu, în producția de etilenă și acetonă). Având în vedere reactivitatea ridicată a aluminiului, în special sub formă de pulbere, este utilizat în explozibili și propulsoare solide pentru rachete, folosind proprietatea sa de a se aprinde rapid.

Dată fiind rezistența ridicată a aluminiului la oxidare, pulberea este folosită ca un pigment în acoperiri pentru echipamente de vopsire, acoperișuri, hârtie de tipărire, suprafețe strălucitoare ale panourilor auto. Produsele din oțel și fontă sunt de asemenea acoperite cu un strat de aluminiu pentru a evita coroziunea.

În ceea ce privește scara de aplicare, aluminiul și aliajele sale se situează pe locul doi după fier (Fe) și aliajele sale. Utilizarea pe scară largă a aluminiului în diverse domenii tehnologice și în viața de zi cu zi este asociată cu combinația proprietăților sale fizice, mecanice și chimice: densitate mică, rezistență la coroziune în aerul atmosferic, căldură ridicată și conductivitate electrică, plasticitate și rezistență relativ ridicată. Aluminiul se prelucrează cu ușurință în diverse moduri - forjarea, ștanțarea, rularea etc. Aluminiul pur este utilizat pentru a realiza sârmă (conductivitatea electrică a aluminiului este 65,5% din conductivitatea electrică a cuprului, dar aluminiul este de mai mult de trei ori mai ușor decât al cuprului, deci aluminiul adesea înlocuiește cuprul în inginerie electrică) și folie folosită ca material de ambalare. Partea principală a aluminiului turnat este cheltuită pentru obținerea de diverse aliaje. Învelișurile de protecție și decorative sunt ușor aplicate pe suprafața aliajelor de aluminiu.

Diversitatea proprietăților aliajelor de aluminiu se datorează introducerii în aluminiu a diferiților aditivi, care formează soluții solide sau compuși intermetalici cu acesta. Cea mai mare parte a aluminiului este utilizată pentru a obține aliaje ușoare - duralumină (94% - aluminiu, 4% cupru (Cu), 0,5% fiecare magneziu (Mg), mangan (Mn), fier (Fe) și siliciu (Si)), silumină (85-90% - aluminiu, 10-14% siliciu (Si), 0,1% sodiu (Na)), etc. În metalurgie, aluminiul este utilizat nu numai ca bază pentru aliaje, ci și ca unul dintre aditivii utilizați pe scară largă în aliaje pe bază de cupru (Cu), magneziu (Mg), fier (Fe),\u003e nichel (Ni) etc.

Aliajele de aluminiu sunt utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi, în construcții și arhitectură, în industria auto, în construcții navale, aviație și tehnologia spațială. În special, primul satelit artificial al Pământului a fost realizat dintr-un aliaj de aluminiu. Aliajul de aluminiu și zirconiu (Zr) - este utilizat pe scară largă în construirea reactorilor nucleari. Aluminiul este utilizat la producerea de explozivi. Când manipulați aluminiul acasă, rețineți că doar lichidele neutre (din punct de vedere al acidității) pot fi încălzite și depozitate în recipiente din aluminiu (de exemplu, fierbeți apa). Dacă, de exemplu, supa de varză acră este gătită într-un vas de aluminiu, atunci aluminiul intră în alimente și dobândește un gust „metalic” neplăcut. Deoarece este foarte ușor să deteriorați filmul de oxid în viața de zi cu zi, utilizarea de vase de aluminiu este încă nedorită.

Utilizarea aluminiului și a aliajelor sale în toate tipurile de transport și, în primul rând, în transportul aerian a făcut posibilă rezolvarea problemei reducerii masei proprii („moarte”) a vehiculelor și creșterii dramatice a eficienței utilizării acestora. Structuri, motoare, blocuri, chiulase, manivele, cutii de viteze sunt fabricate din aluminiu și aliajele sale. Cărucioarele de cale ferată sunt tăiate cu aluminiu și sunt fabricate aliajele sale, carenele și coșurile de fum ale navelor, bărcile de salvare, catargurile radar, scările. Aluminiul și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în industria electrică pentru fabricarea de cabluri, bare de bare, condensatoare și redresoare de curent alternativ. În confecționarea instrumentelor, aluminiu și aliajele sale sunt utilizate la producerea de echipamente cinematografice și fotografice, echipamente radiotelefonice și diverse instrumente de control și măsurare. Datorită rezistenței ridicate la coroziune și a non-toxicității, aluminiu este utilizat pe scară largă la fabricarea de echipamente pentru producerea și depozitarea acidului nitric puternic, peroxid de hidrogen, substanțe organice și produse alimentare. Folia de aluminiu, fiind mai puternică și mai ieftină decât stancul, a înlocuit-o complet ca material de ambalare pentru alimente. Aluminiul este din ce în ce mai utilizat pe scară largă la fabricarea de containere pentru conserve și sforăirea produselor agricole, pentru construcția de granaje și alte structuri prefabricate. Ca unul dintre cele mai importante metale strategice, aluminiul, ca și aliajele sale, este utilizat pe scară largă la construcția de aeronave, tancuri, instalații de artilerie, rachete, substanțe incendiare, precum și în alte scopuri în echipament militar.

Aluminiul de înaltă puritate este utilizat pe scară largă în noile domenii ale tehnologiei - energie nucleară, electronice cu semiconductor, radar, precum și pentru a proteja suprafețele metalice de diverse substanțe chimice și coroziune atmosferică. Reflectivitatea ridicată a unui astfel de aluminiu este utilizată pentru a face încălzirea și iluminarea reflectoarelor și oglinzilor de pe suprafețele reflectante ale acestuia. În industria metalurgică, aluminiul este utilizat ca agent de reducere la producerea mai multor metale (de exemplu, crom, calciu, mangan) prin metode aluminiu-termice, pentru dezoxidizarea oțelului, a pieselor din oțel de sudare.

Aluminiul și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în construcții industriale și civile pentru fabricarea de cadre, cleme, rame de ferestre, scări etc. În Canada, de exemplu, consumul de aluminiu în aceste scopuri este de aproximativ 30% din consumul total, în SUA - mai mult de 20%. În ceea ce privește scala de producție și importanța în economie, aluminiul a ocupat în mod ferm primul loc printre alte metale neferoase.

Proprietățile fizice ale aluminiului

Aluminiul este un metal moale, ușor, alb argintiu, cu o conductivitate termică și electrică ridicată. Punctul de topire 660 ° C.

În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, aluminiul se află pe locul 3 după oxigen și siliciu printre toți atomii și pe locul 1 printre metale.

Avantajele aluminiului și aliajelor sale includ densitatea scăzută (2,7 g / cm3), caracteristicile de rezistență relativ ridicate, conductibilitatea termică și electrică bună, fabricabilitatea și rezistența mare la coroziune. Combinația acestor proprietăți permite clasificarea aluminiului drept unul dintre cele mai importante materiale tehnice.

Aluminiul și aliajele sale sunt împărțite conform metodei de producție în forjat, supuse unui tratament sub presiune și turnătorie, folosite sub formă de turnare în formă; pentru utilizarea tratamentului termic - pentru rezistența termică și nu este întărită termic, precum și pentru sistemele de aliere.

primire

Pentru prima dată aluminiu a fost obținut de Hans Oersted în 1825. Metoda modernă de obținere a fost dezvoltată independent una de cealaltă de americanul Charles Hall și francezul Paul Héroux. Constă în dizolvarea oxidului de aluminiu Al2O3 într-o topitură de criolit Na3AlF6, urmată de electroliză folosind electrozi de grafit. Această metodă de obținere necesită cantități mari de energie electrică și, prin urmare, nu a fost necesară decât în \u200b\u200bsecolul XX.

cerere

Aluminiul este utilizat pe scară largă ca și material de construcții... Avantajele principale ale aluminiului în această capacitate sunt ușurința, fiabilitatea la ștanțare, rezistența la coroziune (în aer, aluminiu este acoperit instantaneu cu o peliculă puternică Al2O3, care împiedică oxidarea ulterioară a acesteia), conductivitatea termică ridicată și non-toxicitatea compușilor săi. În special, aceste proprietăți au făcut ca aluminiul să fie extrem de popular în fabricarea de articole de bucătărie, folie de aluminiu în industria alimentară și pentru ambalare.

Dezavantajul principal al aluminiului ca material structural este rezistența sa scăzută, de aceea este de obicei aliat cu o cantitate mică de cupru și magneziu (aliajul se numește duralumină).

Conductivitatea electrică a aluminiului este comparabilă cu cea a cuprului, în timp ce aluminiul este mai ieftin. Prin urmare, este utilizat pe scară largă în inginerie electrică pentru fabricarea firelor, ecranarea lor și chiar în microelectronică pentru fabricarea conductoarelor în jetoane. Adevărat, aluminiul ca material electric are o proprietate neplăcută - este dificil de vândut din cauza filmului puternic de oxid.

Datorită complexului său de proprietăți, este utilizat pe scară largă în echipamente termice.

Introducerea aliajelor de aluminiu în construcții reduce consumul de metale, crește durabilitatea și fiabilitatea structurilor în timpul funcționării lor în condiții extreme (temperatură scăzută, cutremur etc.).

Aluminiul este utilizat pe scară largă în diferite tipuri de transport. În etapa actuală a dezvoltării aviației, aliajele de aluminiu sunt principalele materiale structurale în construcția aeronavelor. Aluminiul și aliajele sale sunt din ce în ce mai utilizate în construcțiile navale. Aliajele de aluminiu sunt utilizate pentru fabricarea coca de nave, suprastructurile de punte, comunicații și diverse tipuri de echipamente pentru nave.

Se desfășoară cercetări pentru a dezvolta aluminiu cu spumă ca material suplimentar puternic și ușor.

Aluminiu prețios

Astăzi aluminiul este unul dintre cele mai populare și utilizate pe scară largă metale. De la descoperirea sa la mijlocul secolului al XIX-lea, a fost considerat unul dintre cele mai valoroase pentru calitățile sale uimitoare: alb ca argintul, ușor în greutate și nu este afectat de mediu. Valoarea sa a fost mai mare decât prețul aurului. Nu este surprinzător, aluminiul este utilizat în primul rând în bijuterii și obiecte decorative scumpe.

În 1855, la Expoziția universală din Paris, aluminiul a fost principala atracție. Produsele din aluminiu au fost așezate într-o vitrină adiacentă diamantelor coroanei franceze. Treptat, s-a născut o anumită modă pentru aluminiu. Era considerat un metal nobil, puțin studiat, folosit exclusiv pentru a crea opere de artă.

Cel mai des utilizat de bijutieri. Cu ajutorul unui tratament special de suprafață, bijutierii au obținut cea mai ușoară culoare a metalului, motiv pentru care a fost adesea echivalat cu argintul. În comparație cu argintul, aluminiul avea un luciu mai moale, ceea ce a provocat o iubire și mai mare pentru acesta de către bijutieri.

La fel de proprietăți chimice și fizice ale aluminiului la început erau slab studiate, bijutierii au inventat tehnici noi pentru prelucrarea sa. Aluminiul este ușor de prelucrat din punct de vedere tehnic, acest metal moale vă permite să creați imprimeuri cu orice tipare, să aplicați modele și să creați forma dorită a produsului. Aluminiul a fost placat cu aur, lustruit și finisat cu nuanțe mate.

În timp, aluminiul a început să scadă în preț. Dacă în 1854-1856 costul unui kilogram de aluminiu a fost de 3 mii de franci vechi, atunci la mijlocul anilor 1860 s-au dat aproximativ o sută de franci vechi pe kilogramul acestui metal. Ulterior, din cauza costului redus, aluminiu a ieșit din modă.

În zilele noastre, primele produse din aluminiu sunt foarte rare. Majoritatea dintre ei nu au supraviețuit deprecierii metalului și au fost înlocuite cu argint, aur și alte metale prețioase și aliaje. Recent, a existat un interes reînnoit pentru aluminiu în rândul specialiștilor. Acest metal a făcut obiectul unei expoziții separate organizată în 2000 de Carnegie Museum din Pittsburgh. Situat în Franța Institutul pentru Istoria Aluminiului, care în special cercetează primele bijuterii realizate din acest metal.

În Uniunea Sovietică, aparatele de alimentație publică, ceainicele, etc. erau fabricate din aluminiu. Și nu numai. Primul satelit sovietic a fost realizat din aliaj de aluminiu. Un alt consumator de aluminiu este industria electrică: fire din liniile de transmisie de înaltă tensiune, înfășurări ale motoarelor și transformatoarelor, cabluri, baze de lămpi, condensatoare și multe alte produse sunt realizate din ea. În plus, pulberea de aluminiu este folosită în explozibili și propulsoare solide pentru rachete, folosindu-și proprietatea de a aprinde rapid: dacă aluminiul nu ar fi acoperit cu cea mai subțire peliculă de oxid, acesta ar putea să se aprindă în aer.

Cea mai recentă invenție este aluminiu spumos, așa-numitul. „Cauciuc din spumă metalică”, despre care se prevede un viitor deosebit.

Elementul chimic din aluminiu este un metal argintiu ușor. Aluminiul este cel mai abundent metal din scoarța terestră. Proprietățile fizice și chimice ale aluminiului i-au permis să găsească o aplicație largă în industria modernă și în viața de zi cu zi.

Proprietățile chimice ale aluminiului

Formula chimică a aluminiului Al. Numărul atomic 13. Aluminiul aparține substanțelor simple, deoarece molecula sa conține un atom de un singur element. Nivelul energetic exterior al unui atom de aluminiu conține 3 electroni. Acești electroni sunt donați cu ușurință de atomul de aluminiu în timpul reacțiilor chimice. Prin urmare, aluminiul are o activitate chimică ridicată și este capabil să îndepărteze metalele din oxizii lor. Dar în condiții normale, este destul de rezistent la interacțiunea chimică, deoarece este acoperit cu o peliculă puternică de oxid.

Aluminiul interacționează cu oxigenul doar la temperaturi ridicate. Ca urmare a reacției, se formează oxid de aluminiu. Cu sulf, fosfor, azot, carbon, interacțiunea are loc și la temperaturi ridicate. Dar, cu clor și brom, aluminiu reacționează în condiții normale. Reacționează cu iodul atunci când este încălzit, dar numai dacă apa acționează ca un catalizator. Aluminiul nu interacționează cu hidrogenul.

Prin metale, aluminiul este capabil să formeze compuși numiți aluminuri.

Aluminiul, purificat din peliculă de oxid, reacționează cu apa. Hidroxidul rezultat din această reacție este un compus slab solubil.

Aluminiul interacționează ușor cu acizii diluați pentru a forma săruri. Dar reacționează cu acizii concentrați numai atunci când este încălzit, formând săruri și produse de reducere a acidului.

Aluminiul reacționează ușor cu alcalinele.

Proprietățile fizice ale aluminiului

Aluminiul este un metal puternic, dar în același timp este plastic, poate fi prelucrat cu ușurință: ștanțare, lustruire, întindere.

Aluminiul este cel mai ușor dintre toate metalele. Are o conductivitate termică foarte ridicată. În ceea ce privește conductivitatea electrică, aluminiul nu este practic inferior celui din cupru, dar în același timp este mult mai ușor și mai ieftin.

Aplicarea aluminiului

Pentru prima dată, aluminiul metalic a fost obținut de un fizician danez Hans Christian Oersted în 1825... Și în acele zile, aluminiul era considerat un metal prețios. Fashionistele adorau să poarte bijuterii făcute din ea.

Dar metoda industrială de producere a aluminiului a fost creată mult mai târziu - în 1855 de chimistul francez Henri Etienne Saint-Clair Deville.

Aliajele de aluminiu sunt utilizate în aproape toate industriile inginerești. Industriile moderne ale aviației, spațiului și automobilului și construcțiile navale nu pot face față de astfel de aliaje. Cele mai cunoscute aliaje sunt aliaje duralumină, silumină și turnare. Poate că cea mai solicitată de aceste aliaje este duralumină.

Când prelucrarea aluminiului prin prelucrare la cald și la rece, se obțin profile, sârmă, conducte, benzi, foi. Foi de aluminiu sau bandă sunt utilizate pe scară largă în construcțiile moderne. Deci, o bandă specială de aluminiu este utilizată pentru lipirea capetelor diferitelor panouri de construcție, pentru a oferi o protecție fiabilă împotriva precipitațiilor și a prafului care intră în panou.

Deoarece aluminiul are o conductivitate electrică ridicată, este utilizat pentru fabricarea de fire electrice și bare de bare.

Aluminiul nu este un metal prețios. Dar o parte din compușii săi sunt folosiți în industria bijuteriilor. Probabil că nu toată lumea știe că rubinul și safirul sunt cristale unice de oxid de aluminiu, care au adăugat oxizi coloranți. Culoarea roșie a rubinului este dată de ionii de crom, iar culoarea albastră a safirului este din conținutul de ioni de fier și titan. Alumina cristalină pură se numește corindon.

Într-un mediu industrial, se creează corindon artificial, rubin și safir.

Aluminiul este folosit și în medicină. Face parte din unele medicamente care au un efect absorbant, învăluitor și analgezic.

Este dificil să găsești o ramură a industriei moderne care nu folosește aluminiu și compușii săi.

Aluminiul are multe proprietăți valoroase:

  • densitate mică - aproximativ 2,7 g / cm 3,
  • conductivitate termică ridicată și conductibilitate electrică ridicată de 13,8 107 Ohm / m,
  • bună ductilitate și rezistență mecanică suficientă.

Aluminiul formează aliaje cu multe elemente... În aliaje, aluminiul își păstrează proprietățile. În stare topită, Al este fluid și poate umple bine mucegaiurile; în stare solidă, se deformează bine și este ușor de tăiat, lipit și sudat.

Afinitatea aluminiului pentru oxigen este foarte mare... În timpul oxidării sale, se degajă o cantitate mare de căldură (~ 1670000 J / mol). Aluminiul măcinat fin când: încălzit, se aprinde și arde în aer. Al se combină cu oxigenul din aer și în condiții atmosferice. În acest caz, aluminiu este acoperit cu o peliculă subțire (~ 0,0002 mm) densă de oxid de aluminiu, care îl protejează de oxidarea ulterioară; prin urmare, Al este rezistent la coroziune. Suprafața Al este bine protejată de oxidare de acest film chiar și în stare topită.

Dintre aliajele de aluminiu, cele mai importante sunt duralumină și silumine . Compoziția duraluminii, pe lângă Al, include 3,4-4% cupru, 0,5% Mn și 0,5% Mg, nu mai mult de 0,8% Fe și 0,8% Si sunt permise... Duraluminul este bine deformat și în proprietățile sale mecanice este aproape de unele grade de oțel, deși este de 2,7 ori mai ușor decât oțelul ( densitatea duraluminii 2,85 g / cm3).

Proprietățile mecanice ale acestui aliaj cresc după tratamentul termic și deformarea la rece. Rezistența la tracțiune crește de la 147-216 MPa la 353 - 412 MPa, iar duritatea Brinell crește de la 490-588 la 880-980 MPa. În același timp, alungirea relativă a duraluminii aproape că nu se schimbă și rămâne destul de mare (18-24%).

Siluminele sunt aliaje de turnătorie din aluminiu cu siliciu. Au proprietăți bune de turnare și mecanice.

cerere

Aluminiul și aliajele sunt utilizate pe scară largă în multe industrii, inclusiv aviație, transport, metalurgie, industria alimentară etc.... Aluminiul și aliajele sale sunt utilizate pentru fabricarea caroseriei de aeronave, motoare, blocuri de cilindri, cutii de viteze, pompe și alte părți din industria aviației, automobilelor și tractoarelor, precum și nave pentru depozitarea produselor chimice. Aluminiul este utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi, în industria alimentară, în inginerie și electronică. Multe părți ale sateliților artificiali ai planetei noastre și navele spațiale sunt fabricate din aluminiu și aliajele sale.

Datorită afinității chimice ridicate a aluminiului pentru oxigen, este utilizat în metalurgia feroasă ca agent de deoxidare, precum și pentru obținerea de metale greu de recuperat (calciu, litiu etc.) folosind așa-numitul procedeu aluminotermic..). În ceea ce privește producția totală de metale din lume, aluminiul ocupă locul doi după fier.

 

Ar putea fi util să citiți: