Применение алюминия

Алюминий – один из важнейших металлов для промышленности. Это связано с его свойствами: малой плотностью и электрическим сопротивлением,  высокой теплопроводностью и пластичностью, коррозийной стойкостью.  К тому же, среди всех цветных металлов, алюминий имеет  наиболее низкую стоимость.  Легирование алюминия различными элементами позволяет добиться высокой механической прочности.

Основная часть этого металла потребляется в виде сплавов (литейных – 20% и деформируемых – 80%) в химической, атомной, машиностроительной промышленности, в производстве строительных конструкций и упаковочного материала.

Литейные сплавы. Все известные способы литья подходят для отливок из алюминиевых сплавов, выпуск их регламентируется ГОСТ 1583-93. Сообразно этому стандарту происходит деление на пять групп:

I группа

I I группа

I I I группа

IV группа

V  группа

Al, Si, Mg

Al, Si, Cu

Al, Cu

Al, Mg

Al, прочие компоненты

 

 Международная система обозначения алюминиевых литейных сплавов – трехзначная, разработана ASTM (AmericanSocietyforTestingandMaterials):

Серия

Система сплавов

Свойства и применение

1ххх

  • Ø99,0 % Al

Из чистого алюминия производят фольгу, используемую в различных сферах: в пищевой промышленности (упаковка продуктов питания) или, например, в электротехнике  (электролитические конденсаторы)

2ххх

Al – Cu

Эти сплавы характеризует повышенная твердость при высоких температурах. Недостатки: склонность к образованию кристаллизационных трещин и пониженная жидкотекучесть. Применяются в производстве литых деталей в авиастроении.  

3ххх

AlMg, AlCu, AlCuMg

 

4ххх

AlSi

Так называемые СИЛУМИНЫ, сплавы, на 10-13% состоящие из кремния (Si), с различными примесями. Разделяются на доэвтектические (содержание кремния менее 12%) и заэвтектические (содержание кремния более 12%).

Заэвтектические сплавы отличаются повышенной износоустойчивостью и жидкотекучестью, хорошо обрабатываются резанием алмазным инструментом. Из этих сплавов производят поршни для двигателей ( в т.ч. и ДВС)   

Доэвтектические сплавы - самая важная группа для производства. Они обладают антикоррозийными свойствами, их можно подвергать механической обработке и сварке. Для улучшений отдельных свойств эти сплавы легируют различными добавками (медь, цинк, магний, бериллий и пр.)

Легирование магнием повышает прочностные свойства материала. Отливки из этого сплава выполняют под давлением, позже подвергают термической обработке.  Сплавы используют в автомобиле- и авиастроении. Дополнительное легирование бериллием  позволяет получить особо прочный материал.

Легирование медью повышает износостойкость и прочность сплава.

5ххх

AlMg

Сплавы с магнием обладают хорошей коррозийной стойкостью, прекрасно обрабатываются резанием. После анодирования имеет привлекательный внешний вид. Недостатки: пониженная жидкотекучесть и склонность к окислению в жидком состоянии.

7ххх

AlZn

Прочность сплава растет при старении. Используются для изготовления деталей простейшей формы.

8ххх

AlSn

 

Деформируемые сплавы.  Химический состав сырья регламентирует ГОСТ 1131-76, самих сплавов – ГОСТ 4784-97.

Международная система обозначения алюминиевых деформируемых сплавов – трехзначная, разработана ASTM (AmericanSocietyforTestingandMaterials):

Серия

Система сплавов

Свойства и применение

1ххх

-

Алюминиевая фольга. Плакирующий слой в полуфабрикатах.

2ххх

AlCu

Алюминиевая фольга (заполнители для авиационных конструкций) при использовании при повышенных температурах. Основа для плакированных полуфабрикатов. Конструкционный материал в авиации.

3ххх

AlMn

Алюминиевая фольга (заполнители для авиационных конструкций). Основа для плакированных полуфабрикатов. Детали кузовов автомобилей. Изготовление консервных банок. Анодирование полуфабрикатов со специальной отделкой поверхностей в строительстве.

4ххх

AlSi

Припой для полуфабрикатов с покрытием. Анодирование поверхностей.

5ххх

AlMg

Алюминиевая фольга (заполнители для авиационных конструкций). Внутренняя отделка салона автомобиля. Детали кузовов автомобилей. Анодирование поверхностей.

6ххх

Al – Si – Mg

Основа для плакированных полуфабрикатов. Плакирующий слой в полуфабрикатах. Детали кузовов автомобилей. Анодирование поверхностей.

7ххх

AlZn

Основа для плакированных полуфабрикатов. Плакирующий слой в полуфабрикатах. Автомобильные бамперы.  Конструкционный материал в авиации. Анодирование поверхностей.

8ххх

Al – Mg – Li  

Al – Cu – Mn

Конструкционный материал в авиастроении.

Изготовление консервных банок.

 

Одна из действующий классификаций построена на делении на два класса: неупрочняемые (1хххб 3ххх, 4ххх, 5ххх) и термически упрочняемые (2ххх, 6ххх, 7ххх, некоторые из 4ххх и 5ххх).

Применение в электротехнике. Массовая доля использования алюминия в электротехнических нуждах составляет около 7% от всего производимого  в мире.

Как было уже сказано ранее, из алюминия производят проводники. Изготавливаются голые, изолированные, обмоточные провода, одно- и многожильные кабели. Часть выпускаемого  кабеля имеет оболочку из алюминия, обладающую устойчивостью к коррозии.

Предел прочности проволоки из отожженного алюминия чистотой 99,6% составляет  0,84-2,04 МН/м2 и зависит от степени отжига. Для получения более прочной проволоки в сплав добавляют легирующие элементы: кремний, железо. При этом проводимость снижается примерно на 17%. Алюминиевую проволоку для линий электропередач упрочняют стальным сердечником.

Обмоточные провода из алюминия имеют такое же сопротивление, как и медные, однако объем обмоток в этом случае значительно увеличивается.

 Для увеличения мощности статических конденсаторов применяют алюминиевую фольгу (6,3мкм). 

Сплавы из этого металла используются в производстве телефонных кабелей и в радиаторах охлаждения выпрямителей. Вообще, способность алюминия не терять прочностных характеристик при низких температурах, активно используют в криогенной индустрии.  

Помимо этого, успешно функционирует производство алюминиевых корпусов электродвигателей небольшой мощности. В асинхронных двигателях обмотка короткозамкнутых роторов - алюминиевая.

Применение алюминия в товарах народного потребления.  В быту алюминий чаще всего используется в мебельщиками при производстве корпусной мебели и кухонь, компаниями по производству окон, производителями  бытовой техники: пылесосов, утюгов, холодильников, стиральных машин и пр.

Упаковочная продукция использует не только алюминиевую металлическую фольгу, но и специально разрабатываемые слоистые материалы: примером может служить любая  упаковка для чая или шоколада или туба для зубной пасты.

Широкое применение алюминиевых сплавов в военной, авиа- и ракетостроении обусловлено его маленькой массой и прочностными характеристиками.

В настоящее время все большее распространение получает пеноалюминий – ячеистый материал с закрытой пористостью.  Размер пор может варьироваться от десятых долей миллиметра до 2-3 см. Это материал с небольшим удельным весом (порядка 0,5-0,6 г/см3).  Способ получения пеноалюминия следующий:  соединения водорода растворяют в расплавленном алюминии.  При температуре  7000 С водород начинает выделяться и вспенивает алюминий. После этого массу быстро охлаждают.  При такой обработке алюминий не только сохраняет все свои положительные свойства, упомянутые ранее, но и получает новые:  способность поглощать удары и звуковые волны. Поверхность из пеноалюминия можно  склеивать и подвергать окрашиванию. Вес этого материала сравним с весом пластмасс и дерева, однако он не обладает недостатками последних: горючестью и токсичностью. Пеноалюминий устойчив к попаданию разнообразных растворителей, горюче-смазочных материалов и солнечному цвету, влагоустойчив. Все чаще его используют как сердцевину при создании многослойных конструкций. Области применения этого материала: промышленность, транспорт, строительство.

Отдельного упоминания заслуживает производство алюминиевых порошков  (размер частиц от 1 до тысячи мкм) и пудр (от 0,015мкм до 17 мм).  Исходные сплавы и методы изготовления  таких материалов разнообразны, что позволяет получать порошки широкого спектра физико-химических свойств.  Использование алюминиевого порошка несет значительную экономическую выгоду и расширяет сферу применения этого металла. Современные технологии позволяют получить материалы с уникальными характеристиками, заменяющие редкие и дорогостоящие металлы и сплавы. Применение алюминиевых порошков:

  • В качестве легирующего элемента в металлургии;
  • В алюмотермии;
  • Для синтеза металлоорганических соединений;
  • Для получения алюминиевых соединений;
  • При производстве взрывчатых веществ;
  • При производстве твердого ракетного топлива;
  • В качестве пигмента, например, в полиграфии;
  • В виде окислов для повышения коррозийной устойчивости в стальных и чугунных конструкциях.