Что называется чистым алюминием

Алюминий — атомный номер в таблице Менделеева — 13, относится к группе легких металлов.

Алюминий — пластичный, ковкий, электропроводный, не токсичный металл серебристого

цвета. Обладает высокой стойкостью к коррозии благодаря образованию

оксидных прочных пленок, тем самым защищая от взаимодействия с

Физические свойства чистого металла алюминия (99,9998%):

Показатель (обозначение) = числовое значение (ед.измерения)

Плотность, r = 2700 кг/м3

Модуль упругости, E = 71000 Па

Температура плавления, t = 660 C

Температура кипения, t = 2500 С

Предел прочности, G = 60-65 МПа

Теплопроводность, λ = 240 Вт/(м*К)

Удельная теплота плавления, t = 390 кДж/кг

Источник: dzen.ru

Что называется чистым алюминием

Краткие общие сведения
Свойства чистого алюминия

Алюминий. Химические и физические свойства.

Структура. Чем чище алюминий, тем крупнее его зерна. Так, например, протяженность зерен алюминия чистотой 99,99% достигает 10 мм, а алюминия чистотой 99,999% — нескольких десятков миллиметров. Более тонкая макроструктура менее чистого алюминия объясняется присутствием в нем малорастворимых примесей (окиси алюминия, соединений титана), которые служат центрами кристаллизации, вызывая процесс роста одновременно во многих точках в массе расплавленного алюминия.
Плотность алюминия понижается с увеличением степени его чистоты, и для металла, содержащего 99,996% Al, равна 2,6989 г/см3.
Температура плавления возрастает с повышением степени чистоты металла. Температура плавления алюминия чистотой 99,996%) составляет 660,24° С.
Теплопроводность алюминия возрастает с увеличением его чистоты. Для электролитически рафинированного алюминия чистотой выше 99,9% теплопроводность при 190° С составляет 0,82 кал/сек на 1 см2 площади и на 1 см толщины.
Электропроводность алюминия возрастает с увеличением его чистоты. Электропроводность электролитически рафинированного алюминия (99,996 %) по отношению к меди составляет 65%. Электропроводность алюминия чистотой 99,999% повышается до 65,9% от электропроводности меди. Удельное электросопротивление алюминия при 20° С равно 2,655 мком*см.
Отражаемость света возрастает с повышением степени чистоты алюминия. Поверхность листа, изготовленного из электролитически рафинированного алюминия (99,996% Al), отражает 90% падающего на него белого света.
Механические свойства. Чистый алюминий значительно мягче, пластичнее первичного металла и имеет пониженную по сравнению с ним механическую прочность, которая уменьшается с возрастанием его чистоты. Микротвердость чистого алюминия (99,999% Al) равна 19,5 кГ/мм2. Пластическая деформация алюминия, очищенного зонной плавкой, достигает 87%, предел прочности σb =2,6—2,8 кГ/мм2, а твердость HB = 6,4—6,6 кГ/мм2.
Рекристаллизация. Присутствие в алюминии небольших количеств примесных атомов оказывает значительное влияние на склонность алюминия к рекристаллизации после деформации.

Алюминий — материал который изменил мир

Так, например, алюминий чистотой 99,99%, содержащий 100 примесных атомов на миллион атомов алюминия, рекристаллизуется после сильной деформации при температуре около 200° С, в то же время металл чистотой 99,998%, содержащий только 20 примесных атомов на миллион атомов алюминия, рекристаллизуется уже при 50—100°С. Алюминий высокой чистоты, содержащий после зонной плавки 10 примесных атомов на миллион атомов алюминия, рекристаллизуется при еще более низкой температуре. Например, при 96%-ной деформации рекристаллизация такого алюминия заканчивается в течение нескольких суток при температуре -38° С и за несколько десятков минут при комнатной температуре. Для алюминия, очищенного зонной плавкой, рекристаллизация наблюдается только в более толстых частях образца, а в более тонких частях сохраняется деформированная структура. Минимальная толщина, начиная с которой наблюдается рекристаллизация чистого алюминия, равна 1500А.
Химические свойства. С повышением чистоты алюминия возрастает стойкость металла к коррозии. Так, например, поверхность пластинок алюминия различной степени чистоты, находясь в 22%-ной соляной кислоте, предварительно очищенной дистилляцией, корродирует по-разному. Было показано, что поверхность электролитически рафинированных пластинок (99,998% Al) через 20 суток покрылась глубокими трещинами. В тех же условиях алюминий, очищенный зонной плавкой, имел незначительные признаки коррозии в виде тонких правильных бороздок вокруг зерен, и только спустя 100 суток пребывания в соляной кислоте на поверхности металла было обнаружено глубокое трещинообразование.
Поверхность алюминия после зонной очистки и электролитической полировки сохранила первоначальный блеск после выдержки в соляной кислоте в течение 100 суток. С повышением чистоты металла уменьшается скорость коррозии. Для алюминия чистотой 99,99% и выше скорость коррозии зависит главным образом от содержания меди. Например, при содержании меди более 20*10в-4% (по массе) алюминиевый лист толщиной 1,5 мм после выдержки в 20%-ной соляной кислоте в течение недели корродировал насквозь, в тех же условиях алюминий, содержащий от 0,9 до 3*10в-4% (по массе) Cu, разрушался только за две недели.
Следовательно, с повышением чистоты алюминия значительно увеличивается стойкость его к соляной кислоте. Испытанию в кислоте подвергали алюминиевую жесть толщиной 0,5 мм различной чистоты — 99,9992% Al и 99,9922% Al. Оба образца 7 ч находились в 10- и 20%-ной соляной кислоте при 20° С. Результаты этих испытаний даны ниже:

Применение чистого алюминия

Алюминий высокой чистоты применяется в электронике и в производстве полупроводниковых материалов. В электронно-лучевых трубках его применяют в форме жести, фольги и проволоки. Его используют и в тех случаях, когда нежелательно катодное распыление, например для катодов ионных рентгеновских трубок и катодных осциллографов, для электродов высоковольтных разрядников, для осветительных ламп. Вследствие малой плотности и незначительного рентгеновского излучения при электронной бомбардировке алюминий используют в высоковольтных электронно-лучевых приборах для изготовления отклоняющих пластин и диафрагм. Благодаря малому поглощению рентгеновского излучения алюминиевая фольга или жесть используется для изготовления окошек рентгеновских трубок.
Сверхчистый алюминий применяют в технологии транзисторов, диодов и термисторов для образования контактного переходного сплава между алюминием и германием или кремнием. Алюминий высокой чистоты применяют для легирования германия и кремния с целью придания им дырочной проводимости. В полупроводниковой технике сверхчистый алюминий используют для получения синтезированных полупроводниковых соединений — арсенида и антимонида алюминия (AlAs и AlSb). Чистейший алюминий применяют для токоподводов к германиевым и кремниевым пластинкам при производстве германиевых и кремниевых выпрямителей электрического тока.
Менее чистый электролитически рафинированный алюминий применяют в специальных областях электротехники (электролитические выпрямители и конденсаторы), в кабельном производстве, в химическом машиностроении, для получения прецизионных сплавов.
В атомной энергетике алюминий высокой чистоты используют как нейтроннопрозрачный материал.

• Техника безопасности при работе с бериллием и его соединениями
• Очистка бериллия с помощью химических транспортных реакций
• Очистка бериллия зонной плавкой
• Электролитическое рафинирование бериллия
• Очистка бериллия вакуумной дистилляцией
• Свойства и области применения чистого бериллия
• Получение чистого магния
• Свойства и область применения чистого магния
• Способы получения чистых кальция, стронция и бария
• Свойства и области применения чистых кальция, стронция и бария

Источник: metal-archive.ru

Классификация алюминия

Алюминий – серебристо-белый металл с низкой температурой плавления и невысокой плотностью, который в природе в чистом виде не встречается. Классификация алюминия зависит от количества примесей и выделяется на основе чистоты металла, назначения и состояния.

Алюминий –серебристо-белый металл с низкой температурой плавления (+600°С) и невысокой плотностью – 2,7 г/см 3 . Для сравнения: плотность железа составляет 7,8 г/см 3 , а температура его плавления +1540°C. У меди эти характеристики составляют соответственно – 8,94 г/см 3 и+1083°C. Алюминий в чистом виде в природе не встречается из-за его высокой химической активности. Металл, называемый первичным, получают обогащением глинозема. Алюминий различной степени химической чистоты используется как самостоятельный материал или в качестве основного компонента алюминиевых сплавов.

Алюминий различной степени чистоты – марки, свойства, области применения

В соответствии с ГОСТ11069-2019 первичный алюминий обозначают буквой А, его классификацияв зависимости от количества примесей выглядит следующим образом:

• марка особой чистоты A999 – содержит 99,999% Al;
• высокой чистоты – А995 (99,995% Al), А99 (99,99% Al), А98 (99,98% Al), А97 (99,97% Al), А95 (99,95% Al);
• технической чистоты –А92 (99,92% Al), А9 (99,9% Al), А85 (99,85% Al), А8 (99,8% Al), А7 (А99,7%Al), А6 (А99,6% Al), А5 (А99,5% Al), А0 (А99,0% Al).

Алюминий отличается высокой коррозионной стойкостью благодаря оксидной пленкеAl2O3, которая образуется на поверхности алюминиевых металлоизделий. Чем чище металл, тем выше его устойчивость к коррозии. Алюминий особой и высокой чистоты востребован при производстве фольги, электрических проводов и кабелей, других токопроводящих элементов.

Характеристики различных марок технического алюминия регламентирует ГОСТ 4784-2019. Эти материалы обладают низкой прочностью, поэтому применяются в областях, для которых важны их основные преимущества: пластичность, хорошая свариваемость, коррозионная стойкость, высокие тепло- и электропроводность. В молекулярной решетке технического металла содержится минимальное количество примесей, рассеивающих поток электронов, поэтому он успешно используется в приборостроении, для изготовления теплообменников и нагревательных приборов, осветительного оборудования.

Области применения технического алюминия:

• устройство технологических трубопроводных систем;
• обустройство палубных надстроек морских и речных судов;
• изготовление электротехнических шин, различных проводников;
• производство цистерн и посуды.

Классификация алюминиевых сплавов по назначению и состоянию

Наиболее распространенные элементы, используемые для получения сплавов на основе алюминия: железо, кремний, марганец, цинк, медь, реже – бериллий, титан, литий, цирконий.

По запланированной области применения алюминиевые сплавы разделяют на:

• Деформируемые. Они предназначаются для получения полуфабрикатов способами горячего и холодного деформирования – прокаткой, прессованием, протяжкой. Это листы, профили, прутки, трубы.
• Литейные, используемые для получения фасонного литья. Характеристики литейных сплавов повышают различными способами термической обработки.
• Получаемые по технологии порошковой металлургии – САС и САП.

Различают несколько видов состояния алюминия и его сплавов, обозначаемые в маркировке буквами русского алфавита:

• М – мягкий, после отжига;
• Т – после закалки и старения в естественных условиях;
• А – плакированный;
• Н – нагартованный;
• П – полунагартованный.

Литейные сплавы на основе алюминия –классификация по характеристикам и химическому составу

Литейные алюминиевые сплавы чаще всего содержат кремний, улучшающий литейные характеристики. Они сочетают низкую плотность с хорошей прочностью, что обеспечивает возможность отливать изделия сложных форм без образования трещин и других дефектов. По характеристикам эти материалы условно разделяют на следующие группы:

• высокогерметичные – АЛ2, АЛ9, АЛ4М;
• с повышенной прочностью и жаростойкостью – АЛ5, АЛ19, АЛ33.

По химическому составу литейные алюминиевые сплавы делят на:

• Силумины. Содержат значительное количество кремния. В составе наиболее популярной марки силуминов АЛ2 содержится 10-13% Si. Материал – дешевый, с хорошей коррозионной стойкостью, но низкими механическими характеристиками. Применяется при производстве изделий, не рассчитанных на восприятие серьезных нагрузок. Марки литейных алюминиевых сплавов АЛ4 и АЛ9, дополнительно легированные магнием, востребованы для изготовления средне нагружаемых деталей.
• Медьсодержащие алюминиевые сплавы – АЛ7, АЛ19. После термообработки хорошо обрабатываются резанием, имеют высокие механические характеристики при комнатных и повышенных температурах. Их минусы – низкие линейные свойства, из-за которых материал подвержен сильной усадке, склонен к образованию горячих трещин. Еще один существенный недостаток – слабая устойчивость к коррозии, поэтому отливки из этих материалов обычно анодируют. Области применения – изготовление деталей относительно простой конфигурации – кронштейнов, различного рода арматуры.
• Алюминиево-магниевые марки. Могут содержать модифицирующие добавки титана, циркония, бериллия. Обладают низкими литейными характеристиками, но имеют другие ценные технические характеристики. Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, отличаются повышенными механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью. Из марок АЛ8 и АЛ27 производят литые детали, предназначенные для эксплуатации во влажной среде, например, в судах и самолетах. Марки АЛ13 и АЛ 22 содержат до 1,5% кремния, повышающего литейные качества. Эти материалы используются в судо- и авиастроении.

Деформируемые алюминий и алюминиевые сплавы – виды и их характеристики

Деформируемый алюминий технической чистоты, в соответствии с ГОСТом 4784-2019, обозначают буквами АД и цифрами, характеризующими чистоту металла:

Обозначение деформируемого алюминия	Количество алюминия, %
АД000	99,8
АД00	99,7
АД0	99,5
АД1	99,3
АД	99,0

Деформируемые сплавы на основе алюминия по способности повышать прочностные характеристики при термической обработке разделяют на упрочняемые и неупрочняемые.

Упрочняемые деформируемые сплавы на основе алюминия

Дюралюмины

Дюралюмин, изготавливаемый в листах, для повышения коррозионной стойкости и улучшения декоративных качеств, плакируют – покрывают слоем алюминия высокой химической чистоты (не менее 99,95%Al). Толщина защитного слоя – не менее 4% от толщины дюралюминиевого листа. Минус плакирования – снижение прочности материала. Еще один способ повышения коррозионной стойкости – электрохимическое оксидирование (анодирование).

Дюралюмины упрочняют закалкой и естественным старением. Такая термообработка обеспечивает высокую коррозионную стойкость и способность к хорошей обработке режущим инструментом. Дюралюмины хорошо свариваются точечной сваркой и плохо сваркой плавлением из-за склонности к появлению трещин. Способность к ковке – удовлетворительная.

Дюралюмин Д16 широко востребован в областях, требующих высоких технических характеристик: машино-, судо-, приборостроении, авиастроении, строительстве.

Сплавы авиаль

Авиали (авиационные сплавы), содержащие в качестве легирующих элементов магний, кремний, марганец, хром, медь, уступают дюралюминам по прочности, но опережают по пластичности в горячем и холодном состояниях. Основная упрочняющая фаза– Mg2Si. К авиалям относят сплавы АВ, АД31, АД35.

Авиационные сплавы упрочняют закалкой с естественным или искусственным старением. Искусственное старение необходимо проводить сразу после закалки. Длительный промежуток времени между закалкой и искусственным старением приводит к снижению прочности материала.

После упрочняющей ТО для авиалей характерны:

• хорошая обрабатываемость режущими инструментами;
• хорошая свариваемость точечной и аргонной сваркой;
• достаточно высокая общая устойчивость к коррозии, но возможна склонность к межкристаллитной коррозии.

Высокопрочные сплавы (В)

Популярный представитель этого семейства – сплав марки В95, в состав которого входят следующие примеси и легирующие элементы:

• железо – 0,5%;
• кремний – 0,5%%
• медь – 1,4-2,0%;
• марганец – 0,2-0,6%;
• магний – 1,8-2,8%;
• хром – 0,1-0,25%;
• цинк – 5,0-7,0%;
• титан – 0,05%.

Повышение процентного содержания цинка и магния приводит к улучшению прочностных характеристик, но одновременно и к снижению коррозионной стойкости и пластичности. Устойчивость к коррозии улучшают введением марганца.

По сравнению с дюралюминами марки В более чувствительны к концентраторам напряжений и обладают меньшей коррозионной стойкостью под напряжением. Благодаря пресс-эффекту, обусловленному присутствием в материале хрома и марганца, прессованные профили обладают более высокой прочностью по сравнению с листами из этого сплава. Для улучшения коррозионной стойкости листового проката применяют плакирование.

Сплав В95 хорошо деформируется в горячем состоянии и удовлетворительно в холодном состоянии после отжига. Он хорошо соединяется точечной сваркой, обрабатывается резанием. Его применяют для создания нагруженных конструкций в авиастроении, длительно эксплуатируемых при повышенных температурах (+100…+120°C), при устройстве строительных конструкций, способных выдерживать значительные нагрузки.

Сплавы для ковки и штамповки (АК)

Такие материалы пластичны, благодаря чему могут использоваться не только для ковки, штамповки, но и для получения отливок. После ковки и штамповки полуфабрикаты обычно подвергают термообработке – закалка + старение. Наиболее распространенные ковочные марки – АК6 и АК8. Марка АК6 востребована при производстве деталей сложной конфигурации, от которых требуется средний уровень прочности. Марка АК8 применяется для изготовления тяжело нагружаемых деталей способом горячей штамповки.

Области применения изделий из сплавов марки АК:

• хорошая обрабатываемость режущими инструментами;
• способность к соединению элементов контактной и аргонной сваркой;
• подверженность межкристаллитной коррозии и коррозии при существенных нагрузках на изделие или конструкцию.

Термически неупрочняемые деформируемые сплавы на основе алюминия

К таким сплавам относятся марки АМц(алюминиево-марганцевые) и АМг (алюминиево-магниевые). Алюминиево-магниевые марки могут дополнительно легироваться марганцем, измельчающим зерно и упрочняющим структуру. Эти материалы обычно применяются после отжига с охлаждением на воздухе. Для упрочнения алюминиево-магниевых и алюминиево-марганцевых сплавов может использоваться нагартовка – деформационный процесс, при котором уплотняются верхние слои металла. Эффект нагартовки исчезает в зоне сварного шва.

Для этих материалов характерны:

• высокая устойчивость к коррозии;
• хорошая обрабатываемость деформациями – штамповкой, гибкой;
• хорошая свариваемость;
• затрудненная обработка режущими инструментами.

Марки АМц и АМг применяются в областях, в которых не предъявляются высокие требования к прочности, но необходима хорошая устойчивость к коррозии. Из этих материалов изготавливают:

• конструктивные элементы железнодорожных вагонов;
• перегородки зданий и переборки судов;
• узлы грузоподъемного оборудования.

Виды порошковых алюминиевых сплавов и области их применения

Способами порошковой металлургии на основе алюминия получают спеченные алюминиевые порошки (САП) и спеченные алюминиевые сплавы (САС).

Спеченные алюминиевые порошки

Структурно эти материалы представляют собой алюминиевую матрицу, в которой равномерно распределены мелкодисперсные включения оксида алюминия, обеспечивающие упрочнение металла. Основные характеристики САП:

• высокая жаропрочность;
• способность хорошо деформироваться в горячем и холодном состояниях;
• хорошая обрабатываемость режущими инструментами;
• удовлетворительная свариваемость;
• высокие электропроводность и коррозионная стойкость.

Спеченные алюминиевые сплавы САС

К этим материалам относятся системы:

• САС-1 – алюминий-кремний, никель;
• САС-2 – алюминий-кремний-железо.

Структура САС содержит дисперсные включения интерметаллидов и кремния. Для этих материалов характерны высокие прочность и твердость, сопровождаемые низкой пластичностью. Области их применения: изготовление деталей приборов, функционирующих в паре со стальными деталями и узлами.

Низкосортный алюминий имеет еще одну важную сферу использования – раскисление стали. При протекании этого процесса из расплава железа и углерода удаляется кислород, негативно влияющий на механические характеристики стали.

Источник: www.adamantsteel.ru