Алюминий свойства металла


Алюминий, что такое, основные свойства, где применяется – Алюминиевая Ассоциация

Алюминий чрезвычайно распространен в природе: по этому параметру он занимает четвертое место среди всех элементов и первое — среди металлов (8,8% от массы земной коры), но не встречается в чистом виде. Его в основном добывают из бокситов, хотя известно несколько сот минералов алюминия (алюмосиликаты, алуниты и т. п.), абсолютное большинство которых не подходит для получения металла.

Алюминий обладает замечательными свойствами, которые объясняют широчайший спектр его применения. По объемам использования в самых разных отраслях промышленности он уступает только железу. Ковкий и пластичный, алюминий легко принимает любые формы. Оксидная пленка делает его устойчивым к коррозии, а значит, срок службы изделий из алюминия может быть очень долгим. Кроме того, к списку достоинств необходимо добавить высокую электропроводимость, нетоксичность и легкость в переработке.

Всем этим объясняется огромное значение легкого металла в мировой экономике. Без него аэрокосмическая индустрия никогда не получила бы развития. Алюминий необходим для производства автомобилей, вагонов скоростных поездов, морских судов. Самые разные виды продуктов из алюминия используются в современном строительстве. Алюминий является основным материалом для высоковольтных линий электропередачи. Примерно половина посуды для приготовления пищи, продаваемой каждый год во всем мире, сделана именно из этого металла. Невозможно представить магазин без алюминиевых банок для напитков и аптеку без лекарств, упакованных в алюминиевую фольгу.

Значение алюминия для современной экономики сложно переоценить. Потребление алюминия в промышленности тесно связано с развитием наиболее высокотехнологичных производственных отраслей (автопром, авиация, аэрокосмические проекты, электроника и пр.).

Таким образом, потребление алюминия и алюминиевых сплавов косвенно характеризует уровень развития технологий и инновационность экономики в целом.

Алюминий: свойства, получение и применение

АЛЮМИНИЙ, Al (от лат. alumen — название квасцов, применявшихся в древности как протрава при крашении и дублении * а. aluminium; н. Aluminium; ф. aluminium; и. aluminio), — химический элемент III группы периодической системы Менделеева, атомный номер 13, атомная масса 26,9815. Состоит из одного стабильного изотопа с массовым числом 27. Открыт датским учёным Х. Эрстедом в 1825.

Физические свойства алюминия

Алюминий — серебристо-белый лёгкий металл. Решётка алюминия кубическая гранцентрированная с параметром а = 0,40413 нм (4,0413 Е). Алюминий высокой чистоты (99,996%) характеризуется следующими физическими свойствами: плотность (при 20°С) 2698,9 кг/м3, t плавления 660,24°С, t кипения 2500°С, теплопроводность (при 190°С) 343 Вт/м • К, удельная теплоёмкость (при 100°С) 931,98 Дж/кг • К, электропроводность по отношению к меди (при 20°С) 65,5%, коэффициент термического расширения (от 20 до 100°С) 2,39 • 10-5 град-1. Алюминий обладает невысокими прочностью (предел прочности при растяжении 50-60 МПа) и твёрдостью (170 МПа, по Бринеллю), но высокой пластичностью (до 50%). Алюминий хорошо полируется, анодируется и имеет высокую отражательную способность (90%). Алюминий стоек к действию различных типов природных вод, азотной и органической кислот. На воздухе алюминий покрывается тонкой прочной плёнкой, предохраняющей металл от дальнейшего окисления и коррозии.

Химические свойства алюминия

В обычных условиях алюминий проявляет степень окисления +3, при высоких температурах +1, редко +2.

Алюминий обладает большим сродством к кислороду, образуя окись Al2О3; в порошкообразном состоянии при накаливании в токе кислорода он сгорает, развивая температуру около 3000°С. Эту особенность алюминия используют в алюминотермии для восстановления некоторых металлов из их окислов. При высокой температуре алюминий соединяется с азотом, углеродом и серой, образуя соответственно нитрид AlN, карбид Al4С3 и сульфид Al2S3. С водородом алюминий не взаимодействует; гидрид (AlH3)х получают косвенным путём. Алюминий легко растворяется в щелочах с выделением водорода и образованием алюминатов. Большинство солей алюминия хорошо растворимо в воде.

Алюминий в природе

Алюминий — один из самых распространённых (после кислорода и кремния) элементов в породах земной коры — 8,8% (по массе). Максимальное содержание алюминия отмечено в осадочных породах — 10,45% (по массе), содержание в средних, основных, кислых и ультраосновных соответственно 8,85%, 8,76%, 7,7%, 0,45% (по массе). Известны сотни минералов, в которые он входит в виде главного или достаточно распространённого элемента. Основные носители алюминия — алюмосиликаты. Минералы с максимальным содержанием алюминия — корунд, гиббсит, бёмит, диаспор. Главный источник получения алюминия — бокситы. Кроме того, алюминий частично извлекают из высокоглинозёмистых щелочных пород (уртиты и др.) и алунитов.

Основной особенностью геохимического поведения алюминия в эндогенных процессах является его довольно равномерное распределение в кристаллизующихся алюмосиликатах — полевых шпатах, слюдах, амфиболах и пироксенах. Для постмагматических и гидротермальных образований он не характерен. Единственным своеобразным, но достаточно редким минералом алюминия, связанным с пегматитами, является криолит Na3AlF6. В экзогенных процессах алюминий — весьма слабый мигрант вследствие высокой гидролизуемости его солей с выпадением в осадок малорастворимой гидроокиси Al(OH)3, слабой растворимости его других соединений, высокой кристаллохимической устойчивости алюмокремнекислородных радикалов в алюмосиликатах. Главным концентратором алюминия в экзогенных процессах является каолин, образующийся как остаточный продукт в процессе выветривания кислых, средних и основных пород. Впоследствии при размыве и переотложении каолинитовых кор выветривания алюминий попадает в осадочные породы, главным образом глины. В особо контрастных условиях выветривания (влажные тропики, высокая температура среды) разложение в горных породах достигает стадии формирования остаточных (элювиальных) бокситов. Мало алюминия в живых организмах и гидросфере, хотя и известны отдельные организмы — концентраторы алюминия (плауны, некоторые виды моллюсков). Вместе с тем в почвах и в некоторых водах, богатых органическим веществом, отмечается определённая миграционная подвижность алюминия в виде органо-минеральных соединений. Особая подвижность алюминия устанавливается в некоторых вулканогенно- гидротермальных ультракислых и кислых растворах. Основные генетические типы месторождений и схемы обогащения см. в ст. Алюминиевые руды, Бокситы. 

Получение

Металлический алюминий в промышленности получают электролизом раствора глинозёма в расплавленном криолите или расплаве AlCl3; А. высокой чистоты (99,996%) вырабатывают электролитическим рафинированием с помощью т.н. трёхслойного способа. Принципиально та же технология, но с использованием органических электролитов позволяет доводить чистоту рафинируемого алюминия до 99,999%.

Применение

Благодаря лёгкости, достаточной прочности, способности сплавляться со многими другими металлами и хорошей электропроводности алюминий находит широкое применение в электротехнике, а также как конструкционный материал в машиностроении, авиастроении, строительстве и др. Чистый и сверхчистый алюминий применяют в полупроводниковой технике и для покрытия разного рода зеркал. Алюминий получил применение в ядерных реакторах в связи с относительно низким сечением поглощения нейтронов. В ёмкостях и таре из алюминия транспортируют жидкие газы (метан, кислород, водород), некоторые кислоты (азотную, уксусную), хранят пищевые продукты, воду, масла. Как легирующую добавку алюминий используют в сплавах Cu, Mg, Ti, Ni, Zn, Fe. В ряде случаев алюминий идёт на изготовление взрывчатых веществ (алюминал, алюмотол и др.).

Алюминий: опыт применения

В последние годы алюминий получил широкое применение в промышленности благодаря своему низкому весу и ряду других качеств, которые делают его привлекательной альтернативной стали. Более того, по прогнозам рынок сварки алюминия будет продолжать расти со скоростью 5,5% в год, в частности, из-за продолжающегося распространения алюминия в автомобильной области.

В том, что касается сварки, алюминий уникален. Он имеет свои особенности и не стоит надеяться, что для работы с алюминием Вам хватит опыта работы со сталью. Например, алюминий имеет высокую теплопроводимость и низкую температуру плавления, которые при несоблюдении должных процедур сварки легко приводят к прожиганию и деформациям.

В этой статье мы рассмотрим различные легирующие элементы и их влияние на свойства алюминия, затем поговорим о сварочных процедурах и оптимальных параметрах сварки. Наконец, мы рассмотрим несколько технологических инноваций, которые могут сделать сварку алюминия немного проще.


Легирующие элементы

Чтобы понять алюминий, сначала нужно разобраться с металлургией алюминиевых сплавов. Алюминий может иметь множество первичных и вторичных легирующих элементов, которые придают ему улучшенные механические характеристики, коррозионную стойкость и/или упрощают сварку.
Первичные легирующие элементы алюминиевых сплавов — это медь, кремний, марганец, магний и цинк. Перед тем, как начать говорить о них более подробно, нужно отметить, что сплавы делятся на два типа: пригодные к тепловой обработке и не пригодные.

 

Пригодность к тепловой обработке
Сплавы, пригодные к тепловой обработке, после сварки можно нагреть до определенной температуры, чтобы восстановить утраченные во время сварки механические характеристики. Тепловая обработка сплава подразумевает нагревание до достаточно высокой температуры, чтобы легирующие элементы перешли в состояние твердого раствора, и затем контролируемого охлаждения для образования перенасыщенного раствора. Следующий этап процесса — поддерживание низкой температуры в течение времени, достаточного для отложения нужного объема легирующих элементов.

В случае сплавов, непригодных к тепловой обработке, механические характеристики можно улучшить за счет холодной обработки или упрочнения под механическими нагрузками. Для этого в структуре металла должны произойти механические деформации, которые вызывают повышение сопротивления деформации и снижение жидкотекучести.


 

 

Другие различия
Алюминиевые сплавы могут иметь следующие обозначения  в зависимости от состояния термообработки: F = после отливки, O = отожженное, H = после механического упрочнения; W = с тепловым растворением и T = после термообработки, которая может подразумевать собственно температурную обработку или старение холодной обработкой. Например, сплав может иметь обозначение 2014 T6. Это значит, что в его состав входит медь (серия 2XXX), а T6 указывает на то, что сплав прошел термообработку и искусственное старение.

В рамках этой статьи мы будем говорить только о пластичных сплавах, то есть алюминиевых сплавах, раскатанных из заготовки или отштампованных по формам заказчика. Учтите, что сплавы также могут быть литыми. Литые сплавы используются для изготовления деталей из расплавленного металла, который заливают в формы. Литые сплавы могут быть дисперсионно-твердеющими, но никогда — твердеющим под механическими нагрузками. Пригодность к сварке таких сплавов зависит от типа литья — в многократную форму, под давлением или в песчаную форму — так как для сварки важна поверхность материала. Литые сплавы обозначаются трехзначным числом с одним десятичным знаком, например, 2xx.x. Для сварки пригодны алюминиевые литые сплавы 319.0, 355.0, 356.0, 443.0, 444.0, 520.0, 535.0, 710.0 и 712.0.


Легирующие элементы

Теперь, когда мы разобрались с основной терминологией, давайте поговорим о различных легирующих элементах.:

Медь (имеет обозначение серии пластичных сплавов 2XXX) обеспечивает алюминию улучшенные механические характеристики. Эта серия сплавов пригодна для тепловой обработки и в основном используется для изготовления деталей авиационных двигателей, заклепок и крепежа. Большинство сплавов серии 2ХХХ плохо подходит для дуговой сварки из-за склонности к горячему растрескиванию. Эти сплавы серий обычно сваривают материалами серий 4043 или 4145, которые имеют низкую температуру плавления и снижают вероятность горячего растрескивания. Исключениями из этого правила являются сплавы 2014, 2219 и 2519, для которых хорошо подходит проволока 2319.

Марганец (серия 3XXX) при добавлении в алюминий образует непригодные к тепловой обработке сплавы для наплавки и производства общего назначения. Сплавы серии 3ХХХ имеют средние механические характеристики и используются для производства формовкой, в том числе листового алюминия для автотрейлеров и бытового применения. С помощью упрочнения под механическими нагрузками этим сплавам можно придать нужную жидкотекучесть и антикоррозионные свойства. Сплавы серии 3ХХХ не склонны к образованию горячих трещин и хорошо поддаются сварке. Для этого обычно используются материалы серий 4043 или 5356. Впрочем, невысокие механические характеристики не позволяют использовать их для изготовления металлоконструкций.

Кремний (серия 4XXX) позволяет снизить температуру плавления алюминия и улучшить жидкотекучесть. В основном эта серия используется в качестве присадочного материала. Сплавы 4ХХХ отличаются высокими сварочно-технологическими характеристиками и считаются не пригодными к термообработке. В частности, сплав 4047 стал предпочтительным выбором в автомобильной промышленности, потому что он обладает очень высокой жидкотекучестью и хорошо подходит для пайки и сварки.

Магний (серия 5XXX) при добавлении в алюминий обеспечивает высокие сварочно-технологические характеристики с минимальным снижением механических свойств и устойчивость к образованию горячих трещин. Более того, серия 5ХХХ имеет самые высокие сварочно-технологические характеристики среди всех алюминиевых сплавов, не пригодных к тепловой обработке. Благодаря коррозионной устойчивости эти сплавы используют для изготовления резервуаров для химикатов и сосудов высокого давления и температуры, а также металлоконструкций, железнодорожных вагонов, самосвалов и мостов. При сварке с присадочными материалами серии 4ХХХ они теряют жидкотекучесть из-за образования Mg2Si.

Кремний и магний (серия 6XXX) — в этой серии сплавов используются оба этих легирующих элемента. В основном они применяются в автомобильной, трубной, железнодорожной и строительной отрасли, а также для штамповки выдавливанием. Серия 6ХХХ несколько склонна к горячему растрескиванию, но эту проблему можно решить, правильно подобрав сварочные материалы. Сплавы этой серии можно сваривать материалами серий 5XXX и 4XXX без риска трещин – однако для этого необходимо обеспечить должное разбавление основного материала присадочным. Чаще всего для этого используют материалы 4043.


 

 

Цинк (серия 7XXX) при добавлении в алюминий вместе с магнием и медью образует пригодный к тепловой обработке сплав с самыми высокими механическими характеристиками. В основном используется в авиационной отрасли. Сплавы серии 7ХХХ часто плохо подходят для сварки из-за склонности к образованию трещин (из-за широкого температурного интервала плавления и низкого солидуса). Сплавы 7005 и 7039 пригодны для сварки присадочными материалами серии 5ХХХ.

Другие элементы (серия 8XXX) — в эту серию включены все остальные легирующие элементы алюминиевых сплавов (например, литий). Большинство из этих сплавов редко подвергаются сварке, хотя они отличаются очень высокой жесткостью и в основном используются в аэрокосмической отрасли. В качестве присадочного материала для этих сплавов используется серия 4ХХХ.

Чистый алюминий (серия 1XXX) — алюминий без легирующих элементов считается непригодным к тепловой обработке и в основном используется для изготовления резервуаров и труб для химикатов ввиду его высокой коррозионной устойчивости. Эти материалы также часто используют в электрических шинах благодаря высокой электропроводимости. Для сварки серии 1ХХХ хорошо подходят сплавы 1070, 1100 и 4043.

Помимо основных легирующих элементов, также существует и множество вторичных, куда входят хром, железо, цирконий, ванадий, висмут, никель и титан. Эти элементы могут придать алюминию коррозионную устойчивость, повышенные механические характеристики и пригодность к тепловой обработке.

Физические свойства
После того, как мы разобрались с металлургией алюминиевых сплавов, давайте рассмотрим физические свойства алюминия и того, как они соотносятся с другими металлами, например, сталью.

 

 

 

Главная причина настолько широкого распространения алюминия — это его физические свойства. Например, алюминий в три раза легче стали и в то же время при соответствующем легировании имеет более высокую прочность. Он проводит электричество в шесть раз лучше углеродистой стали и почти в 30 раз лучше нержавеющей стали. Высокая проводимость делает влияние вылета проволоки в режиме MIG менее значительной по сравнению со сталью.


 

Кроме того, алюминий имеет высокую коррозионную устойчивость, легко меняет форму и соединяется, а также нетоксичен и может использоваться в пищевой отрасли. Так как это немагнитный металл, во время сварки можно не опасаться отклонения дуги. Благодаря в 5 раз более высокой теплопроводимости по сравнению со сталью алюминий легко поддается сварке в сложных пространственных положениях. Впрочем, алюминий имеет свои недостатки, так как он быстро отводит тепло, что затрудняет сплавление и снижает глубину проплавления.

Так как алюминий имеет низкую температуру плавления — 660 градусов Цельсия (в два раза меньше, чем у стали) — при том же диаметре проволоки для его плавления требуется намного меньшая сила тока. Более того, при равной силе сварочного тока скорость расплавления проволоки примерно в два раза выше стали.


Химические свойства

В том, что касается химического состава, алюминий имеет высокую способность к растворению атомов водорода в жидкой форме и низкую — при температуре затвердевания. Это означает, что даже небольшое количество растворенного в жидком наплавленном металле водорода после затвердевания алюминия будет стремиться выйти из металла, что приведет к образованию пористости.

Кроме того, при механической обработке алюминий вступает в реакцию с кислородом и мгновенно образует слой оксида алюминия. Этот слой очень пористый и может легко удерживать в себе влагу, масло и другие материалы. Пленка оксида обеспечивает хорошую коррозионную устойчивость, но перед сваркой ее следует удалить, так как из-за высокой температуры плавления (2050°C) она ограничивает глубину проплавления. Для этого применяются механическая очистка, растворители, химическая очистка и травление.

 

 

Механические свойства
Механические свойства алюминия, например, предел текучести, предел прочности и относительное удлинение, зависят от комбинации основного металла и сварочных материалов. При сварке шва с разделкой кромок прочность соединения зависит от зоны теплового воздействия. В случае непригодных к тепловой обработке сплавов зона теплового воздействия окажется полностью отожжена и зона теплового воздействия станет самым слабым местом. Для полного отжига пригодных к тепловой обработке сплавов требуется намного больше времени при температуре отжига в сочетании с медленным охлаждением, поэтому надежность сварного шва в этом случае падает меньше. Такие аспекты, как предварительный подогрев, отсутствие охлаждения меду проходами сварки и лишнее тепло из-за низкой скорости сварки или поперечных колебаний, увеличивают как пиковую температуру, так и длительность воздействия повышенной температуры, что увеличивает риск падения механических характеристик.

При угловой сварке механические характеристики зависят от состава используемых сварочных материалов. При изготовлении металлоконструкций использование 5ХХХ вместо 4ХХХ может обеспечить в два раза более высокую прочность.

Сплавы, непригодные к тепловой обработке, имеют высокую жидкотекучесть при использовании сварочных материалов той же серии, хотя при сварке материалами серии 4ХХХ жидкотекучесть становится меньше. Пригодные к тепловой обработке сплавы обычно имеют из-за нее низкую жидкотекучесть.

 

   

 

О металлургии подробнее
После того, как мы обсудили основные положения о металлургии алюминия, давайте применим эту информацию к практической сварке сплава. Сначала мы рассмотрим технологию, которая позволяет получить наилучшее качество сварки алюминия и решить такие распространенные проблемы, как недостаточное проплавление, высокий уровень разбрызгивания, прожигание и пористость.

Современные инверторные сварочные аппараты с запатентованной технологией управления формой волны сварочного тока компании Линкольн позволяют точно регулировать характеристики формы волны, чтобы оптимальным образом контролировать перенос капель расплавленного металла. Это помогает снизить разбрызгивание из-за низкой плотности алюминия, в то время как импульсы пикового тока обеспечивают должную глубину проплавления.

Кроме того, так как изменение химического состава оказывает большое влияние на физические характеристики сплава, эта возможность позволяет индивидуально подобрать форму волны для каждого конкретного сплава с учетом физических характеристик металла.

Так как алюминий имеет высокую способность к растворению водорода в жидком виде и низкую — при застывании, можно разработать пульсирующую форму волны, которая позволит сократить длину волны за счет снижения силы сварочного тока и риска возникновения пористости.

Недавно компания Линкольн вывела эту технологию на новый уровень благодаря программе Wave Designer Software®. Она позволяет сварочным инженерам и сварщикам в реальном времени корректировать и изменять текущую форму волны сварочного тока подключенного к сети аппарата на собственных персональных компьютерах. При использовании в сочетании с инверторными сварочными аппаратами это позволяет обеспечить высокое качество сварки в любых условиях.


Новые методы сварки

Применение источников питания на падающей ВАХ для сварки алюминия в защитном газе имеет долгую и успешную историю. При сварке алюминия падающая ВАХ позволяет обеспечить высокоэнергетический струйный перенос металла, который стабильно и равномерно реагирует на изменения собственно силы сварочного тока, несмотря на колебания длины дуги. В результате падающая ВАХ обеспечивает равномерную глубину проплавления по всей длине шва.

Совершенствование контроля дуги привело к появлению инверторных источников питания с программным управлением. "Оптимизация" характеристик дуги программными методами при MIG-сварке алюминия вышла на новый уровень благодаря разработанной компанией Линкольн Электрик технологии управления формой волны. В этом импульсном режиме с высокоскоростным синергетическим управлением падающая вольт-амперная характеристика модифицируется так, чтобы обеспечить несколько преимуществ при сварке алюминия. Например, сюда входит повышенный сварочный ток в момент пика импульса. Пики импульсов позволяют обеспечить равномерный профиль проплавления по всей длине шва. Также при этом снижается разбрызгивание, улучшается жидкотекучесть сварочной ванны, что позволяет увеличить скорость сварки, и снижается тепловложение и связанный с ним риск деформаций.

Технология управления формой волны выводит импульсную сварку на новый уровень. Она позволяет пользователю создать индивидуальную, "идеальную" для каждой конкретной задачи форму волны. Эта технология и ее возможности индивидуальной настройки поддерживается высокотехнологичными источниками питания, например, инверторными моделями семейства Power Wave®. Аппараты Power Wave можно использовать двумя способами. Оператор может выбрать предустановленную форму волны для сварки алюминия или же создать собственную с помощью программы Wave Designer™. Индивидуально разработанные формы волны затем переносятся с компьютера на аппарат Power Wave.


Анатомия формы волны

Но что именно представляет собой технология управления программы Wave Designer Pro? Благодаря этой технологии источник питания мгновенно регулирует сварочный ток по заданной программе. Учтите, что "форма волны" позволяет влиять на поведение каждой отдельной капли расплавленного присадочного материала. Область ниже формы волны отражает энергию, прилагаемую к этой капле. При струйном переносе металла сила тока на несколько миллисекунд увеличивается настолько, чтобы расплавить металл. В этот момент формируется и отделяется капля металла, которая затем начинает движение вдоль дуги. Теперь в период спуска капли к ней можно приложить дополнительную энергию, которая позволила бы сохранить или увеличить ее жидкотекучесть. После этого импульс переходит в фазу фонового тока, которая позволяет поддержать дугу, охладить материал и подготовиться к следующему пику.

Давайте рассмотрим форму волны подробнее. Фаза возрастания (А) — это период увеличения силы тока до пиковой (измеряется в амперах в миллисекунду), в течение которого формируется расплавленная капля на кончике электрода. По достижении пикового значения капля отделяется. Процентная доля "превышения" (B) придает дуге дополнительную жесткость и способствует отделению расплавленной капли от электрода. Длительность пиковой фазы (C) влияет на размер капли: чем она меньше, тем больше становится капля. С этого момента отделившаяся капля зависит от энергии, подаваемой на фазе убывания. Эта фаза состоит из периодов снижения пикового тока (D) и финального тока (E). Период снижения пикового тока позволяет при необходимости увеличить энергию расплавленной капли. Это улучшает жидкотекучесть сварочной ванны в период снижения пикового тока. Фаза финального тока начинается после снижения пикового. Она влияет на стабильность анода и регулировка силы финального тока может помочь избавиться от избыточного распыления мелких капель. С этого момента ток переходит к фоновому значению (F), которое позволяет сохранить дугу. Чем меньше длительность фазы фонового тока, тем больше частота пульсации. Чем выше частота пульсации, тем выше становится средняя сила тока. С другой стороны, увеличение частоты приведет к более сфокусированной дуге.

Форма волны также зависит от "адаптивной характеристики" импульсной MIG-сварки с синергетическим управлением. Адаптивность подразумевает способность дуги сохранять заданную длину дуги несмотря на изменения вылета электрода. Это важный аспект для стабильной сварки и надежности соединения.


Оптимизация сварки через регулировку формы волны

Регулировка формы волны сварочного тока позволяет получить необходимую скорость сварки, хороший внешний вид шва, упростить очистку поверхности после сварки и сократить уровень выделения дыма. Настоящая сила этой технология заключается в возможности самому настраивать форму волны  в программе Wave Designer Pro и том, насколько легко это сделать. Пользователь может в реальном временем менять дугу простым движением мыши в привычной среде PC Windows™. Пятиканальная панель ArcScope позволяет просматривать сделанные изменения, в том числе пиковые значения тока и напряжения, а также расчетное тепловложение. ArcScope собирает данные с частотой 10 КГц. «то ценное опциональное дополнение к программе Wave Designer. ArcScope дает сварочному инженеру визуальное представление разработанной им формы волны. После проведения оценки он может внести поправки.

Например, при сварке тонколистового алюминия технология управления формы волны поможет уменьшить тепловложение, деформации, разбрызгивание, устранить несплавление и прожигание. Это уже смогли подтвердить на своем опыте многие компании. Пользователь может составить программы сварки для определенного диапазона скорости подачи проволоки и/или силы тока и благодаря этому работать с очень широким диапазоном толщин материалов и скорости подачи проволоки.


Заключение

Алюминий имеет целый ряд отличительных особенностей, которые делают его привлекательным выбором для многих задач несмотря на то, что его сварка может быть связана с определенными сложностями. Тем не менее, хорошее понимание его металлургии и знание доступных на современном рынке инструментов и технологий позволят вам справиться с этой задачей.

алюминий | это... Что такое алюминий?

АЛЮМИ́НИЙ -я; м. [от лат. alumen (aluminis) - квасцы]. Химический элемент (Al), серебристо-белый лёгкий ковкий металл с высокой электропроводностью (применяемый в авиации, электротехнике, строительстве, быту и т.п.). Сульфат алюминия. Сплавы алюминия.

АЛЮМИ́НИЙ (лат. Aluminium), Al (читается «алюминий»), химический элемент с атомным номером 13, атомная масса 26,98154. Природный алюминий состоит из одного нуклида 27Al. Расположен в третьем периоде в группе IIIA периодической системы элементов Менделеева. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s2p1. Практически во всех соединениях степень окисления алюминия +3 (валентность III).
Радиус нейтрального атома алюминия 0,143 нм, радиус иона Al3+ 0,057 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома алюминия равны, соответственно, 5,984, 18,828, 28,44 и 120 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность алюминия 1,5.
Простое вещество алюминий — мягкий легкий серебристо-белый металл.
История открытия
Латинское aluminium происходит от латинского же alumen, означающего квасцы (см. КВАСЦЫ) (сульфат алюминия и калия KAl(SO4)2·12H2O), которые издавна использовались при выделке кож и как вяжущее средство. Из-за высокой химической активности открытие и выделение чистого алюминия растянулось почти на 100 лет. Вывод о том, что из квасцов может быть получена «земля» (тугоплавкое вещество, по-современному — оксид алюминия (см. АЛЮМИНИЯ ОКСИД)) сделал еще в 1754 немецкий химик А. Маргграф (см. МАРГГРАФ Андреас Сигизмунд). Позднее оказалось, что такая же «земля» может быть выделена из глины, и ее стали называть глиноземом. Получить металлический алюминий смог только в 1825 датский физик Х. К. Эрстед (см. ЭРСТЕД Ханс Кристиан). Он обработал амальгамой калия (сплавом калия со ртутью) хлорид алюминия AlCl3, который можно было получить из глинозема, и после отгонки ртути выделил серый порошок алюминия.
Только через четверть века этот способ удалось немного модернизировать. Французский химик А. Э. Сент-Клер Девиль (см. СЕНТ-КЛЕР ДЕВИЛЬ Анри Этьен) в 1854 предложил использовать для получения алюминия металлический натрий (см. НАТРИЙ), и получил первые слитки нового металла. Стоимость алюминия была тогда очень высока, и из него изготовляли ювелирные украшения.
Промышленный способ производства алюминия путем электролиза расплава сложных смесей, включающих оксид, фторид алюминия и другие вещества, независимо друг от друга разработали в 1886 году П. Эру (см. ЭРУ Поль Луи Туссен) (Франция) и Ч. Холл (США). Производство алюминия связано с высоким расходом электроэнергии, поэтому в больших масштабах оно было реализовано только в 20 веке. В Советском Союзе первый промышленный алюминий был получен 14 мая 1932 года на Волховском алюминиевом комбинате, построенном рядом с Волховской гидроэлектростанцией.
Нахождение в природе
По распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье место среди всех элементов (после кислорода и кремния), на его долю приходится около 8,8% массы земной коры. Алюминий входит в состав огромного числа минералов, главным образом, алюмосиликатов (см. АЛЮМОСИЛИКАТЫ), и горных пород. Соединения алюминия содержат граниты (см. ГРАНИТ), базальты (см. БАЗАЛЬТ), глины (см. ГЛИНА), полевые шпаты (см. ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ) и др. Но вот парадокс: при огромном числе минералов и пород, содержащих алюминий, месторождения бокситов (см. БОКСИТЫ) — главного сырья при промышленном получении алюминия, довольно редки. В России месторождения бокситов имеются в Сибири и на Урале. Промышленное значение имеют также алуниты (см. АЛУНИТ) и нефелины (см. НЕФЕЛИН).
В качестве микроэлемента алюминий присутствует в тканях растений и животных. Существуют организмы-концентраторы, накапливающие алюминий в своих органах, — некоторые плауны, моллюски.
Промышленное получение
При промышленном производстве бокситы сначала подвергают химической переработке, удаляя из них примеси оксидов кремния и железа и других элементов. В результате такой переработки получают чистый оксид алюминия Al2O3 — основное сырье при производстве металла электролизом. Однако из-за того, что температура плавления Al2O3 очень высока (более 2000 °C), использовать его расплав для электролиза не удается.
Выход ученые и инженеры нашли в следующем. В электролизной ванне сначала расплавляют криолит (см. КРИОЛИТ) Na3AlF6 (температура расплава немного ниже 1000 °C). Криолит можно получить, например, при переработке нефелинов Кольского полуострова. Далее в этот расплав добавляют немного Al2О3 (до 10 % по массе) и некоторые другие вещества, улучающие условия проведения последующего процесса. При электролизе этого расплава происходит разложение оксида алюминия, криолит остается в расплаве, а на катоде образуется расплавленный алюминий:
2Al2О3 = 4Al + 3О2.
Так как анодом при электролизе служит графит, то выделяющийся на аноде кислород реагирует с графитом и образуется углекислый газ СО2.
При электролизе получают металл с содержанием алюминия около 99,7%. В технике применяют и значительно более чистый алюминий, в котором содержание этого элемента достигает 99,999% и более.
Физические и химические свойства
Алюминий — типичный металл, кристаллическая решетка кубическая гранецентрированная, параметр а = 0,40403 нм. Температура плавления чистого металла 660 °C, температура кипения около 2450 °C, плотность 2,6989 г/см3. Температурный коэффициент линейного расширения алюминия около 2,5·10-5 К-1. Стандартный электродный потенциал Al3+/Al –1,663В.
Химически алюминий — довольно активный металл. На воздухе его поверхность мгновенно покрывается плотной пленкой оксида Al2О3, которая препятствует дальнейшему доступу кислорода к металлу и приводит к прекращению реакции, что обусловливает высокие антикоррозионные свойства алюминия. Защитная поверхностная пленка на алюминии образуется также, если его поместить в концентрированную азотную кислоту.
С остальными кислотами алюминий активно реагирует:
6НСl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,
2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3H2.
Алюминий реагирует с растворами щелочей. Сначала растворяется защитная оксидная пленка:
Al2О3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4].
Затем протекают реакции:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2,
NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4],
или суммарно:
2Al + 6H2O + 2NaOH = Na[Al(OH)4] + 3Н2,
и в результате образуются алюминаты (см. АЛЮМИНАТЫ): Na[Al(OH)4] — алюминат натрия (тетрагидроксоалюминат натрия), К[Al(OH)4] — алюминат калия (терагидроксоалюминат калия) или др. Так как для атома алюминия в этих соединениях характерно координационное число (см. КООРДИНАЦИОННОЕ ЧИСЛО) 6, а не 4, то действительные формулы указанных тетрагидроксосоединений следующие: Na[Al(OH)42О)2] и К[Al(OH)42О)2].
При нагревании алюминий реагирует с галогенами:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3,
2Al + 3 Br2 = 2AlBr3.
Интересно, что реакция между порошками алюминия и иода (см. ИОД) начинается при комнатной температуре, если в исходную смесь добавить несколько капель воды, которая в данном случае играет роль катализатора:
2Al + 3I2 = 2AlI3.
Взаимодействие алюминия с серой при нагревании приводит к образованию сульфида алюминия:
2Al + 3S = Al2S3,
который легко разлагается водой:
Al2S3 + 6Н2О = 2Al(ОН)3 + 3Н2S.
С водородом алюминий непосредственно не взаимодействует, однако косвенными путями, например, с использованием алюминийорганических соединений (см. АЛЮМИНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ), можно синтезировать твердый полимерный гидрид алюминия (AlН3)х — сильнейший восстановитель.
В виде порошка алюминий можно сжечь на воздухе, причем образуется белый тугоплавкий порошок оксида алюминия Al2О3.
Высокая прочность связи в Al2О3 обусловливает большую теплоту его образования из простых веществ и способность алюминия восстанавливать многие металлы из их оксидов, например:
3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe и даже
3СаО + 2Al = Al2О3 + 3Са.
Такой способ получения металлов называют алюминотермией (см. АЛЮМИНОТЕРМИЯ).
Амфотерному оксиду Al2О3 соответствует амфотерный гидроксид — аморфное полимерное соединение, не имеющее постоянного состава. Состав гидроксида алюминия может быть передан формулой xAl2O3·yH2O, при изучении химии в школе формулу гидроксида алюминия чаще всего указывают как Аl(OH)3.
В лаборатории гидроксид алюминия можно получить в виде студенистого осадка обменными реакциями:
Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4,
или за счет добавления соды к раствору соли алюминия:
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3Ї + 6NaCl + 3CO2­,
а также добавлением раствора аммиака к раствору соли алюминия:
AlCl3 + 3NH3·H2O = Al(OH)3Ї + 3H2O + 3NH4Cl.
Применение
По масштабам применения алюминий и его сплавы занимают второе место после железа и его сплавов. Широкое применение алюминия в различных областях техники и быта связано с совокупностью его физических, механических и химических свойств: малой плотностью, коррозионной стойкостью в атмосферном воздухе, высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью и сравнительно высокой прочностью. Алюминий легко обрабатывается различными способами — ковкой, штамповкой, прокаткой и др. Чистый алюминий применяют для изготовления проволоки (электропроводность алюминия составляет 65,5% от электропроводности меди, но алюминий более чем в три раза легче меди, поэтому алюминий часто заменяет медь в электротехнике) и фольги, используемой как упаковочный материал. Основная же часть выплавляемого алюминия расходуется на получение различных сплавов. Сплавы алюминия отличаются малой плотностью, повышенной (по сравнению с чистым алюминием) коррозионной стойкостью и высокими технологическими свойствами: высокой тепло- и электропроводностью, жаропрочностью, прочностью и пластичностью. На поверхности сплавов алюминия легко наносятся защитные и декоративные покрытия.
Разнообразие свойств алюминиевых сплавов обусловлено введением в алюминий различных добавок, образующих с ним твердые растворы или интерметаллические соединения. Основную массу алюминия используют для получения легких сплавов — дуралюмина (см. ДУРАЛЮМИН) (94% Al, 4% Cu, по 0,5% Mg, Mn, Fe и Si), силумина (85—90% Al, 10—14% Si, 0,1% Na) и др. В металлургии алюминий используется не только как основа для сплавов, но и как одна из широко применяемых легирующих добавок в сплавах на основе меди, магния, железа, никеля и др.
Сплавы алюминия находят широкое применение в быту, в строительстве и архитектуре, в автомобилестроении, в судостроении, авиационной и космической технике. В частности, из алюминиевого сплава был изготовлен первый искусственный спутник Земли. Сплав алюминия и циркония — циркалой — широко применяют в ядерном реакторостроении. Алюминий применяют в производстве взрывчатых веществ.
Особо следует отметить окрашенные пленки из оксида алюминия на поверхности металлического алюминия, получаемые электрохимическим путем. Покрытый такими пленками металлический алюминий называют анодированным алюминием. Из анодированного алюминия, по внешнему виду напоминающему золото, изготовляют различную бижутерию.
При обращении с алюминием в быту нужно иметь в виду, что нагревать и хранить в алюминиевой посуде можно только нейтральные (по кислотности) жидкости (например, кипятить воду). Если, например, в алюминиевой посуде варить кислые щи, то алюминий переходит в пищу и она приобретает неприятный «металлический» привкус. Поскольку в быту оксидную пленку очень легко повредить, то использование алюминиевой посуды все-таки нежелательно.
Алюминий в организме
В организм человека алюминий ежедневно поступает с пищей (около 2—3 мг), но его биологическая роль не установлена. В среднем в организме человека (70 кг) в костях, мышцах содержится около 60 мг алюминия.

Алюминий – металл ХХ века. Физические и химические свойства

За один урок очень сложно рассказать об элементе, строении его атома, свойствах веществ, в состав которых он входит, получении и применении этих веществ. Предлагаем разработку урока, посвященного алюминию. Этот материал можно использовать и в 11 классе при повторении темы «Металлы».

Статья сопровождается авторской презентацией.

Оборудование и реактивы: Диаграмма «Распространение элементов в земной коре», «Периодическая система химических элементов», инструктивные карты (для каждого ученика), пробирки, штатив пробирочный, спиртовка, спички, пробиркодержатель, алюминий, образцы соединений алюминий, коллекция сплавов на основе алюминия, серная, соляная кислоты (разбавленные растворы), горячая вода в стакане.

Задачи:

  • Образовательные: сформировать знания о химическом элементе алюминии, физических и характерных химических свойствах простого вещества алюминия, сформировать понятие о составе и свойствах оксидов и гидроскидов алюминия.
  • Развивающие: продолжать формирование умений устанавливать взаимосвязь между составом, строением и свойствами веществ, способствовать развитию исследовательских навыков, развивать представление о познаваемости и единстве окружающего мира путем изучения информации об алюминии, его соединениях, нахождении в природе, продолжать формировать умения работать в темпе, экономя время урока.
  • Воспитательные: воспитывать чувство гордости за свою Родину как самую богатую природными ресурсами страну, культуру учебного труда, аккуратность, внимание про проведении эксперимента.

Цели:

  1. Сформировать представление о физических и химических свойствах алюминия.
  2. Развивать умения учащихся прогнозировать свойства вещества на основе знаний о его строении.
  3. Развивать умения проводить анализ, сравнение, обобщение данных.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Побуждение к изучению темы

В 13-ой квартире живу, известный в мире
Как проводник прекрасный,
пластичен, серебрист.
Еще по части сплавов
Завоевал я славу, -
И в этом деле я крутой специалист.
Вот мчусь я словно ветер
В космической ракете.
Спускаюсь в бездну моря –
Там знают все меня.
По внешности я видный,
Хоть плёнкою оксидной
Покрыт: она мне прочная броня.
Я мягкий, легкий, ковкий,
Сверкаю в упаковке
(Обернуты конфеты блестящею фольгой):
Для плиток шоколада
Меня немало надо,
А раньше был я очень дорогой.

Учитель: Итак, мы последуем за словами этого стихотворения и рассмотрим свойства этого чудесного металла, алюминия.

III. Положение алюминия в таблице Д.И. Менделеева. Строение атома, проявляемые степени окисления.

Элемент алюминий расположен в III группе, главное «А» подгруппе, 3 периоде периодической системы, порядковый номер 13, относительная атомная масса Ar(Al)=27. Его соседом слева в таблице является магний – типичный металл, а справа – кремний, который уже не является металлом. Следовательно, алюминий должен проявлять свойства некоторого промежуточного характера и его соединения являются амфотерными, что мы докажем химическими реакциями в ходе лабораторной работы.

Al + 13)2)8)3, p-элемент,

Основное состояние
1s22s22p63s23p1
Возбужденное состояние
1s22s22p63s13p2

Алюминий проявляет в соединениях степень окисления +3: Al0 – 3 e-—> Al+3 (восстановитель)

IV. Нахождение в природе

По распространенности в природе алюминий занимает первое место среди металлов и третье место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.

В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах): коллекция соединений алюминия.

Некоторые из них:

  1. Бокситы, Al2O3·H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)
  2. Нефелины, KNa3[AlSiO4]4
  3. Алуниты, KAl(SO4)2·2Al(OH)3
  4. Глиноземы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)
  5. Корунд, Al2O3
  6. Полевой шпат (ортоклаз), K2O·Al2O3·6SiO2
  7. Каолинит, Al2O3·2SiO2·2H2O
  8. Алунит, (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3
  9. Берилл, 3BeO·Al2O3·6SiO2

Интересные факты из истории открытия алюминия, которые нашли и подготовили ученики.

1-й ученик: В 1855 году на Всемирной выставке в Париже было представлено «серебро из глины», которое произвело большую сенсацию. Это были пластины и слитки из алюминия, полученного французским ученым Сент-Клер Девилем. К чести Девиля, он поступил как подобает настоящему ученому: из алюминия собственного производства он отчеканил медаль с портретом Фридриха Велера и датой «1827» и послал ее в подарок немецкому ученому, который смог выделить крупинки этого металла. Впервые несколько килограммов металлического алюминия получил в 1825 году датский физик Г.Эрстед действием амальгамы калия на хлорид алюминия, однако тогда не удалось точно установить, какой продукт был получен.

2-й ученик: В пробе лунного грунта, взятой автоматической станцией «Луна-20» с лунной поверхности, впервые был обнаружен самородный алюминий. При исследовании лунной фракции были выявлены три крохотные частицы алюминия. Это плоские, слегка удлиненные крупицы с матовой поверхностью и серебристо-серые в свежем изломе. Алюминий – лунный камень. В земных же условиях природный чистый алюминий в столь миниатюрном виде так и не найден.

V. Физические свойства алюминия

Учитель: Перейдем к изучению простого вещества алюминия.

Лабораторная работа «Физические свойства алюминия».

Инструктивная карта:

  1. Рассмотрите алюминиевую пластинку.
  2. Определите агрегатное состояние вещества алюминия.
  3. Какого цвета пластинка?
  4. Определите, имеет ли данная пластинка блеск.
  5. Опустите пластинку на ¼ ее длины в стакан с горячей водой на 10-15 секунд. Вытащите пластинку из воды, протрите салфеткой и определите, обладает ли алюминий теплопроводностью.
  6. Возьмите в руки алюминиевую фольгу. Определите, обладает ли алюминий пластичностью. Легкий ли это металл?
  7. Поместите в стакан с холодной водой алюминиевую пластинку, проверните ее несколько раз. Наблюдается ли растворение алюминия?
  8. Кратко запишите свои наблюдения согласно плану:
    • агрегатное состояние;
    • цвет;
    • блеск;
    • теплопроводность;
    • пластичность;
    • растворимость в воде.

На доске выписаны некоторые дополнительные сведения о свойствах алюминия:

  • легкий, p = 2,7 г/см3;
  • легкоплавкий, t пл = 660°С
  • электропроводный (лишь два металла – серебро и медь – имеют более высокие показатели)

Хотя алюминий является активным металлом, в воде он не растворяется, так как его поверхность покрыта плотной непористой оксидной пленкой.

VI. Химические свойства алюминия

Учитель: Как всякий металл в химических реакциях алюминий проявляет восстановительные свойства.

Реакции с простыми веществами:

2Al + 3S = Al2S3 (сульфид алюминия)

2Al + N2 = 2AlN (нитрид алюминия)

Al + P = AlP (фосфид алюминия)

4Al + 3С = Al4C3 (карбид алюминия)

2Al + 3I2 = 2AlI3 (йодид алюминия)

В виде стружек или порошка он ярко горит на воздухе, выделяя большое количество теплоты:

4Al + 3O2 = 2Al2O3 + 1676 кДЖ

Реакции со сложными веществами:

Взаимодействие с водой:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

без оксидной пленки

ОПЫТ

Взаимодействие с оксидами металлов:

Алюминий хороший восстановитель, так как является одним из активных металлов. Стоит в ряду активности сразу после щелочно-земельных металлов. Поэтому восстанавливает металлы из их оксидов. Такая реакция – алюмотермия – используется для получения чистых редких металлов, например, таких, как вольфрам, ваннадий и другие.

3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe +Q

Лабораторная работа учащихся выполняется в течение 10-15 минут по инструктивным картам.

Инструктивная карта:

  1. Возьмите две пробирки. В каждую положите по кусочку алюминия. Прилейте в одну из них 1-2 мл раствора соляной кислоты, а в другую – столько же раствора разбавленной серной кислоты. Пробирки слегка нагрейте. Что наблюдаете? Запишите уравнение соответствующих реакций.
  2. В пробирку поместите кусочек алюминия и прилейте раствор щелочи. Содержимое пробирки нагрейте. Что происходит? Запишите уравнение реакции.

Работа с книгой: раздел «Химические свойства алюминия». Инструктивные карты сдаются в конце урока.

Вывод: алюминий, а значит, и его соединения проявляют амфотерные свойства.

VII. Получение алюминия

1) Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит Na3AlF6 растворяет Al2O3 как вода растворяет сахар.

Электролиз «раствора» оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия – электролитом.

              эл.ток
2Al2O3 —> 4Al + 3O2

В настоящее время по объему производства алюминий прочно занимает среди металлов второе место после железа и его сплавов. Для выплавки 1 тонны алюминия требуется 13-17 тысяч кВт/час электрической энергии, поэтому алюминиевые заводы расположены вблизи крупных ГЭС.

В английской «Энциклопедии для мальчиков и девочек» статья об алюминии начинается следующими словами: «23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век – век алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах». Так, Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем как человек, сделавший из науки великолепный бизнес.

2) 2Al2O3 + 3C = 4Al + 3CO2

VII. Применение алюминия

Учитель демонстрирует презентацию по алюминиевым сплавам. Ученики рассматривают коллекцию сплавов на основе алюминия.

Применение в технике: крупным потребителем алюминия является авиационная промышленность – самолет на 2/3 состоит из алюминия и его сплавов. Самолет из стали оказался бы слишком тяжелым и смог бы нести гораздо меньше пассажиров, поэтому алюминий называют «крылатым» металлом. Из алюминия изготавливают кабели и провода: при одинаковой электрической проводимости их масса в два раза меньше, чем у соответствующих изделий из меди.

Учитывая коррозионную устойчивость алюминия, из него изготавливают детали аппаратов и тару для азотной кислоты. Порошок алюминия является основой при изготовлении серебристой краски для защиты железных изделий от коррозии, а также для отражения тепловых лучей: такой краской покрывают нефтехранилища, костюмы пожарных.

Алюминий широко применяется в таких областях, как ядерная энергетика, полупроводниковая электроника, радиолокация. Его используют для защиты металлических поверхностей от химической и атмосферной коррозии. Отражающие поверхности нагревательных и осветительных рефлекторов и зеркал своим существованием также часто обязаны алюминию – его высокой светоотражающей способности.

Алюминий применяется и в металлургической отрасли промышленности в качестве восстановителя при получении некоторых метталов аллюмотермическими методами, для сварки стальных деталей или раскисления стали. Применяется алюминий и его сплавы также в промышленном и гражданском строительстве, при изготовлении каркасов зданий, ферм, оконных рам, лестниц и других конструкций.

Оксид алюминия используется для получения алюминия, а также как огнеупорный материал.

Гидроксид алюминия – основной компонент всем известных лекарств (маалокса, альмагеля), которые понижают кислотность желудочного сока.

Учитель: Итак, мы сегодня познакомились с чудесным металлом:

Из глины я обыкновенной,
Но я на редкость современный.
Я не боюсь электротока,
Бесстрашно в воздухе лечу,
Служу на кухне я без срока –
Мне все задачи по плечу.
Горжусь своим я именем:
Зовусь я … (Алюминием).

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

Разница между стальной и алюминиевой системой

Разница между стальной и алюминиевой системой

Навесные вентилируемые фасады

проектирование | производство | монтаж

Партнеры

 

 

 

 

  •    Сталь материал хорошо известный. Алюминий – материал современный, легкий, но в то же время прихотливый. При использовании фасадных подсистем из алюминиевого сплава, необходимо четко выполнять ряд требований, выдвигаемых алюминием. В условиях суровых российских реалий строительства, которые с кризисом стали еще более суровыми, когда монтажники подешевле, крепеж попроще, а строить надо побыстрее - выполнить эти требования сложно. Рассмотрим то, о чем умалчивают продавцы алюминиевых подсистем, но то, о чем описано в их каталогах технических решений.

     1.   Сталь имеет более низкий коэффициент термического расширения по сравнению с алюминием. При перепаде температур от –20 до +50 градусов нержавеющая 3х метровая направляющая удлиняется на 2мм, в то время как алюминиевая на 5-6мм. Поэтому в алюминиевых системах предусмотрен целый ряд подвижных соединений и термических швов. В стальных системах все соединения – фиксированные, более простые и надежные. Элементы системы работают в зоне упругих деформаций.

     2.   В стальной системе все кронштейны являются несущими. Поэтому вес облицовки равномерно распределяется по всем кронштейнам на направляющей (в двухконтурной системе – по массиву кронштейнов). Все точки крепления – жесткие, с помощью вытяжных заклепок или саморезов.
       Напомним, что в алюминиевых фасадных системах кронштейны обязательно разделяются на несущие и ветровые. Причем весь вес 3х метровой направляющей с облицовкой должен нести один несущий кронштейн.

     3.   Остальные – работают только на ветровые нагрузки. Для подвижного крепления направляющей к ветровому кронштейну в последнем предназначены продолговатые отверстия. Для создания подвижного соединения положено использовать вытяжные заклепки (не саморезы!). Кроме этого, точка крепления заклепки должна меняться в зависимости от температуры окружающего воздуха, при которой происходит монтаж.

       В условиях реальной стройки много ли монтажников изучают каталоги технических решений? А сколько выполняют предписания? (рисунки- ветровые-несущие кронштейны, точка крепления, температура). 

  •   В стальных системах вентилируемых фасадов используется недорогой, однородный с фасадной системой крепеж. Это оцинкованные стальные заклепки и саморезы для систем из оцинкованной стали и нержавеющие заклепки для систем из нержавеющей стали. Кляймер всегда крепится нержавеющими заклепками.
      В алюминиевых подсистемах теоретически положено использовать крепеж из нержавеющей стали или алюминиевые вытяжные заклепки. У нержавеющих заклепок есть, с точки зрения монтажника, три больших недостатка. Нержавеющая заклепка стоит в четыре раза дороже самореза, установка заклепки занимает в три раза больше времени, чем самореза, для установки нержавеющей заклепки надо иметь дорогой инструмент (800евро). Поэтому очень часто вытяжные заклепки заменяются на… оцинкованные саморезы. Электролитическая пара металл-алюминий говорит сама за себя.   
  •   Предел прочности алюминиевого сплава АД31 20кг/мм.кв, против 54кг/мм.кв. у  стали. Сталь имеет в 2,5 раза большую несущую способность, чем алюминий. Поэтому в стальных системах применяются детали в 2 раза тоньше, чем в алюминиевых. Это позволяет сэкономить вес. 
  •   Стальные фасады пожароустойчивые. Температура плавления стали 1800 градусов. Прессованного алюминия 600-700 градусов. Как показывают испытания, температура во время пожара может достигать 900 градусов на отдельных участках фасада, что может привести к расплавлению алюминия. Для противодействия этому в алюминиевых системах положено устраивать противопожарные отсечки. Это ведет к удорожанию алюминиевого вентилируемого фасада. 
  •   Сталь имеет теплопроводность в 4 раза меньшую, чем алюминий. Теплопроводность алюминия 220 Вт/(мºС), нержавеющей и оцинкованной стали 40 и 45 Вт/(мºС) соответственно. Таким образом, кронштейны в алюминиевых системах вентилируемых фасадов являются большими мостиками холода. Российские коллеги подсчитали, что для равного утепления фасад, при использовании алюминиевой подсистемы необходимо закладывать на 20мм толще утеплитель.

 

  •   Теплопроводность алюминиевых сплавов в 5,5 раз выше, чем у нержавеющей стали. Поэтому для исключения возможности образования мостиков холода в местах крепления кронштейнов к стене, в алюминиевых подсистемах используется терморазрывы толщиной 10 мм (в стальных 2мм), что негативно сказывается на надёжность узла крепления кронштейн-стена, так как головка анкера работает в знакопеременных температурах, что приводит к коррозии самого нагруженного элемента НВФ - анкера. Также наличие в таком ответственном узле пластикового элемента большой толщины не повышает общей надёжности системы. 
  •   Стоимость стальной фасадной системы – немаловажный для заказчика фактор. Фасадные системы из оцинкованной стали – хороший компромисс между ценой и качеством. Стальная двухконтурная система навески вентилируемого фасада дешевле алюминиевой одноконтурной уже изначально, при расчете на глухую стену. Учитывая преимущества, которые дает двухконтурность разница в цене может быть двойная.

Для улучшения работы сайта и его взаимодействия с пользователями мы используем файлы cookie. Продолжая работу с сайтом, Вы разрешаете использование cookie-файлов. Вы всегда можете отключить файлы cookie в настройках Вашего браузера.

Принять

Сочетая преимущества стали и алюминия

Получения новых сочетаний материалов с помощью дуговой сварки

При любом сравнении стали и алюминия, как конструкционных материалов, необходимо учитывать многочисленные технические и экономические критерии. К ним относятся: масса, прочность, жесткость, предел текучести или обрабатываемость, а также доступность ресурсов, стоимость сырья, производственные затраты и последующие расходы. В частности, в сфере производства легких конструкций предпочтительнее выбирать оптимальную комбинацию обоих материалов: твердую сталь для конструкций с тяжелыми условиями работы, в сочетании с легким алюминием для конструкций, испытывающих меньшие напряжения. До недавнего времени, тем не менее, использование дуговой сварки для таких соединений не представлялось возможным, несмотря на многочисленные технические и экономические достоинства технологии. Компании Fronius удалось решить эту проблему.

Легкие конструкции обеспечивают существенные преимущества при использовании в автомобилестроении, например, при создании эксклюзивных автомобилей, в кровельных конструкциях промышленных предприятий или на ветросиловых установках. В автомобилестроении легкие конструкции играют особенно важную роль. Масса кузова составляет большую часть от общей массы автомобиля (порядка 40%). Если транспортному сектору необходимо сократить выбросы CO2, снижение веса и внедрение новых идей — это первое, с чего можно начать. Снижение веса на 100 кг может обеспечить снижение расхода топлива до 0,3 л/100 км, что в свою очередь снизит выбросы CO2 на 700 г/100 км.

Учитывая необходимость обеспечивать приемлемую массу и ёмкость аккумулятора, масса кузова — критически значимый параметр для электромобилей. Значительное сокращение массы таким образом продолжает оставаться основной целью современного кузовостроения.

Это означает, что технология соединения материалов играет значимую роль в сфере производства легких конструкций, в частности в плане соединения стали и алюминия. Для решения данной задачи компания Fronius заключила партнерство с австрийской сталелитейной компанией Voestalpine. Цель проекта состояла в разработке заготовок из стали и алюминия с высокой способностью к формообразованию, причем заготовки из обоих металлов соединяются с использованием технологии термического соединения.


Рис. 1: Элементы, изготовленные из гибридных листов из металлов, способны систематически поглощать, например, энергию удара, возникающего в результате аварии.

Проблемы и ограничивающие условия

Долгое время считалось, что прочное соединение стали и алюминия невозможно обеспечить при использовании термических средств. Основную трудность представляет различие точек плавления, составляющих 1 500°C и 660°C соответственно, и, в частности, формирование интерметаллических фаз (IMP). Это происходит из-за ограниченной взаимной растворимости железа и алюминия при комнатной температуре. IMP образуется в процессе диффузии и, как правило, характеризуется высокой твердостью и чрезвычайно низкой ударной вязкостью. Для примера, твердость сплава Fe2Al5 по Виккерсу составляет около 1 050 HV, а сплава FeAl3 около 900 HV. Чем больше тепловложение в шов, тем меньше IMP — и тем хуже механические и конструкционные свойства шва. Слой IMP должен быть как можно более тонким, и не должен превышать 10 мкм. Дальнейшие сложности вызваны значительно отличающимися коэффициентами теплового расширения, составляющими около 1,2 мм/100°C для стали и 2,34 мм/100°C для алюминия. Еще одним фактором является изменение электрохимического потенциала, равного ок. 1,22 В при использовании стали/алюминия и ок. 0,9 В при использовании цинка/алюминия.

В свете этих физических факторов, специалисты в сфере металлургии и эксперты по сварке определили следующие необходимые условия для сварки алюминия и стали:

  • Используемая технология должна обеспечивать наименьшее возможное тепловложение;
  • Поверхность стального листа должна быть оцинкована;
  • Величина интерметаллической фазы должна быть минимизирована, а ее свойства должны использоваться по максимуму.

Поиск технологии теплового соединения предопределил использование технологии CMT (холодный перенос металла). Данная технология дуговой сварки была выбрана во многом благодаря великолепным результатам, демонстрировавшимся на протяжении десяти лет ее использования экспертами по сварке из компании Fronius.


Рис. 2: Прочность
паяно-сварного соединения настолько велика, что при проведении испытания на разрыв, разрыв происходит не в районе шва, а в алюминиевой части элемента.

Пути достижения инновационного соединения

Три основных фактора, обеспечивающих образование бездефектного соединения:

  • две заготовки, которые необходимо соединить
  • технология соединения
  • присадочный металл

Помимо слоя цинка, толщина которого должна быть не менее 10 мкм, еще одним фактором, влияющим на качество и упругость соединения, является подготовка кромок стальных листов. Геометрические характеристики кромки, разработанные компанией «Voestalpine» для листов, подлежащих соединению, запатентованы. Удовлетворительные результаты были достигнуты при использовании стандартных марок особо мягкой стали. Алюминиевые листы изготавливаются из материалов серии AW5xxx или 6xxx. Так же, как и в случае использования традиционной технологии сварки плавящимся электродом в среде защитных газов, поверхность алюминия достаточно просто очистить. Поскольку IMP между двумя соединенными материалами ведет себя аналогично керамике, она чувствительна к нормальным нагрузкам и менее чувствительна к нагрузкам, направленным по касательной. В процессе проектирования необходимо учитывать эти свойства.

Специальная технология дуговой сварки в среде защитного газа CMT отвечает важнейшим требованиям к используемой здесь технологии соединения: низкое тепловложение и хорошая управляемость. Эта технология «холодной» сварки защищена несколькими патентами, выданными компании Fronius. При соединении стали и алюминия, присадочный металл и алюминий смачивают лист оцинкованной стали, а присадочный металл сплавляется с алюминием. На стороне стали получается паяный шов, к которому затем приваривается алюминий. Таким образом, для описания получаемого шва используется термин «паяно-сварное соединение». Для гибридных листов также оказалось предпочтительнее использовать сварные системы, которые обеспечивают «синхронную» пайку-сварку листов с использованием технологии CMT с обеих сторон.


Рис. 3: Технология
пайки-сварки CMT характеризуется сочетанием сварки на алюминиевой стороне и пайки на стальной стороне.

Третьим определяющим фактором является присадочный металл. Компания Fronius также является обладателем патента на особый сплав алюминия, используемый в процессе пайки-сварки. Для получения оптимального шва важно обеспечить правильное позиционирование присадочного металла в процессе пайки-сварки.


Рис. 4: Учет всех различных воздействующих факторов обеспечивает возможность для создания плотного металлургического соединения листов алюминия (справа) и стали (слева).


Рис. 5: Гибридные листы также отвечают практическим требованиям к дальнейшему изменению формы.

Практичные и проверенные — гибридные листы из стали и алюминия

Для выяснения и документирования пригодности продукта для фактического применения, как партнеры компании, так и внешние организации провели обширные испытания гибридных листов из стали и алюминия, соединенных методом пайки-сварки.

Основное исследование: Отправным пунктом здесь являются материалы AW5182-h211 и DX54D, а также присадочный материал Z200, изготовленный из сплава AlSi3Mn1. Институт исследований металлов им. Макса Планка (MPIE) определил размер зерен в околошовной зоне, а также оптимальный присадочный металл. Размер зерен в зоне плавления алюминиевого образца представлен на Рис. 12. Цвета иллюстрируют гранулометрический состав и рост зерен.

Предел прочности на разрыв: Два различных образца имитируют подходящую комбинацию материалов для крыш автомобилей и оконных рам. Ключевым результатом испытания на разрыв стал окончательный разрыв образца в области алюминиевого листа, при этом шов, созданный методом пайки-сварки, не получил никаких повреждений в ходе испытаний. Основные значения указаны в Таблице 1 и на соответствующих фотографиях.

Коррозионные свойства и испытания в солевой камере: Коррозионная стойкость незащищенного гибридного листа из стали и алюминия проверялась в солевой камере (SST). Даже после 300 часов пребывания, следов местной коррозии/коррозии под напряжением или межкристаллитной коррозии не было обнаружено. Легкие следы коррозии были заметны лишь на поверхности.

Способность к деформации: Способность листов к деформации играет ключевую роль в кузовостроении. Гибридные листы из стали и алюминия подходят для неоднократной обработки листового металла только в случае, если они могут удовлетворить данным требованиям. О пригодности листов свидетельствует возможность осуществления различных процессов деформации. Соответствующие данные представлены в Таблице 2. Пример «испытания на вытяжку» наглядно демонстрирует, что даже в пограничной зоне при глубокой вытяжке все равно достигаются положительные результаты.

Испытание на удар: Когда гибридные листы из материалов изначально проектируются как элементы, обеспечивающие безопасность, они могут систематически поглощать энергию удара. При использовании амортизатора ударной нагрузки из гибридных материалов, поглощение происходит практически полностью в алюминиевой части элемента. Как паяно-сварной шов, так и стальная часть элемента остаются нетронутыми. В противоположность этому, элемент, состоящий только из стали и поглощающий то же количество энергии, получает более серьезные повреждения. Надлежащим образом спроектированные элементы из гибридных материалов отвечают требованиям к поглощению энергии, когда это необходимо, обеспечивая при этом соответствие требованиям к геометрическим характеристикам и безопасным расстояниям. Подробная информация содержится в Таблице 3.


Рис. 6: «Испытание на вытяжку» ясно демонстрирует, что даже в пограничной зоне рассматриваемая технология обеспечивает хорошие результаты.


Рис. 7: Паяно-сварной шов остается неповрежденным даже в ходе испытания элемента на удар.


Рис. 8: Гибридные листы размером 300 × 220 мм, толщиной 1,2 / 1,5 мм подвергаются пайке-сварке на скорости 78 см/мин. перед формовкой по модели паяно-сварных несущих конструкций крыши.

Заключение

Компании Fronius и «Voestalpine» разработали технологический процесс, предназначенный для серийного производства гибридных листов из алюминия и стали. Длительные испытания доказали их практическую пригодность, а также позволили документально зафиксировать дополнительные конструкционные преимущества и возможности применения в некоторых отдельных случаях.

Таблица 1: Предел прочности на разрыв

Заготовка Несущая конструкция крыши Оконная рама
Материал DX54 + AW6181 DX54 + AW6016
Толщина [мм] 1,2 + 1,5 1,0 + 1,2
Присадочный металл Z140 Z140
Предел текучести1) Rp0.2 [МПа] 126 132
Предел прочности на разрыв1) Rm [МПа] 210 239

1) с учетом поперечного сечения алюминия

Таблица 2: Деформируемость

Технологическая заготовка Сгиб таврового профиля Испытание на вытяжку
Материал DX54 + AW 5182 DX54 + AW 5182
Толщина [мм] 1,0 + 1,5 1,0 + 1,5
Радиус [мм] 2x10; 2x11 5
Диаметр пуансона [мм] 90
Присадочный металл Z255

Таблица 3: Испытание в имитаторе аварийных ситуаций

Заготовка Амортизатор удара при аварии
Условия испытаний 6,4 кДж при комнатной температуре
Материал h440 + AW6181
Толщина [мм] 1,0 + 2,0
Присадочный металл ZE75/75
Молот, масса [кг] 86
Скорость [км/ч] 44
Начальная высота [мм] 280
Конечная высота [мм] 173
Поглощенная энергия [кДж] 6 523
Сила, макс. [кН] 296


Рис. 9: Сравнение поведения при ударе амортизаторов продольных ударов показывает, что стальная часть гибридного элемента (слева) сохраняет форму и необходимое безопасное расстояние, в то время как элемент, состоящий только из стали (справа) деформируется по всей длине.


Рис. 10: Основные исследования, проведенные Институтом исследований металлов им. Макса Планка (MPIE), расположенном в Дюссельдорфе, указывают на образование гранул в зоне соединения в соответствии с типом материала и размером частиц.

Свойства и параметры алюминия | ADMOT

Алюминий является вторым наиболее используемым металлом после железа.

Это связано с тем, что этот металл сочетает в себе уникальную комбинацию нужных свойств:

»легкий вес,
» высокая прочность,
»пластичность,
» работоспособность,
»высокая коррозионная стойкость,
» хорошая теплопроводность,
»хорошая электропроводность,

ПЛОТНОСТЬ
Плотность алюминия 2,7 кг/дм3, что примерно в три раза ниже, чем у стали.

ПРОЧНОСТЬ
Предел прочности при растяжении алюминиевых сплавов составляет от 70 до 700 Н/мм2.
В отличие от большинства марок стали, алюминий не становится хрупким при низких температурах.
Вт, наоборот, прочность увеличивается еще больше.

ЛИНЕЙНОЕ РАСШИРЕНИЕ
По сравнению с другими металлами алюминий имеет относительно высокий коэффициент линейного расширения. Этот факт необходимо учитывать в некоторых типах конструкций.

ПЛАСТИЧНОСТЬ
Высокая пластичность, являющаяся обязательным условием для экструзии алюминиевых профилей, используется также при гибке и других видах обработки пластмасс, как горячей, так и холодной.

СОЕДИНЕНИЕ
Алюминиевые детали можно надежно соединять: клепкой, скручиванием, сваркой, пайкой и склеиванием. Алюминий
можно успешно комбинировать с другими материалами.

ОБРАБОТКА
Алюминиевые сплавы легко обрабатываются большинством методов.
Механическая обработка - точение, фрезерование, сверление, резка, штамповка, гибка.

УСТОЙЧИВОСТЬ К КОРРОЗИИ
Как и большинство других металлов, алюминий реагирует с кислородом воздуха.
Оксидная пленка, образующаяся таким образом, очень тонкая, ее толщина составляет всего несколько сотых микрометра (1 микрометр равен одной тысячной миллиметра).
Герметичное покрытие обеспечивает очень хорошую защиту от коррозии.
Если оксидный слой поврежден, он самогерметизируется.Алюминий
обладает высокой устойчивостью к нейтральной и слабокислой среде.
В условиях сильной кислотности или щелочности скорость коррозии высока.

НЕТОКСИЧНОСТЬ
Алюминий является третьим элементом, обнаруженным в земной коре после кислорода и кремния, а соединения алюминия являются естественным компонентом нашей пищи.

.

Алюминиевые изделия: алюминиевые листы, прутки

Существует бесчисленное множество видов металлов. Их можно разделить на множество групп в зависимости от их свойств или легкости. Одним из легких металлов является алюминий. Этот металл относится к легкой группе благодаря тому, что его плотность составляет 2,7 г/см3. Это делает этот элемент почти в три раза легче железа. Это также третий распространенный элемент в земной коре, на который приходится 8,1 по массе. До 1886 года добыть чистый металл было непростой задачей.Алюминий также входит в группу цветных и цветных металлов.

Преимущества алюминия

Характеристики этого металла: пластичность, легкость, пластичность и немагнитные свойства. Помимо видимых на первый взгляд признаков, описывающих строение элемента, для этого металла также характерны: - проводимость электрического тока и тепла; - легко окисляется; - устойчивость к потускнению; - хорошая обрабатываемость; - перерабатываемый; - устойчивость к коррозии.

Алюминий в естественных условиях подвергается так называемой пассивации. При этом металл покрывается собственным оксидным слоем. Это покрытие отвечает за ингибирование процесса коррозии. Кроме того, это реактивный элемент, который образует твердые соединения. Образование твердых тел алюминием означает, что для его получения из глинозема необходимо затратить большое количество энергии. Этот метод производства алюминия называется процессом экстракции алюминия. Это лучший метод получения элемента с экономической точки зрения.Чарльз Мартин Холл и Пол Л. Т. Эрулт считаются предшественниками добычи алюминия. Электролиз оксида алюминия используется для получения металла в больших количествах. Его получают из руды или бокситов.

Лучшие изделия из алюминия на рынке

В чистом виде алюминий — мягкий материал. Его прочность увеличивается при добавлении других элементов, например, меди, железа, кремния или магния. Комбинации элементов создают прочные сплавы , отличающиеся кратным увеличением механических свойств.Смешение элементов приводит и к тому, что в быту чаще встречаются сплавы алюминия . Благодаря малой плотности и соответствующей температуре, используемой для технической обработки металла, эти сплавы отличаются удельной прочностью. Эта прочность связана с удельным весом элемента. Дополнительным преимуществом сплавов является то, что их стойкость к растрескиванию при динамическом нагружении не снижается при использовании высокой температуры. Несмотря на высокую ударную вязкость, эти смеси часто имеют низкую усталостную прочность.

Хорошие алюминиевые аксессуары

Металлы всех видов используются в промышленности и ремеслах. Они также находят бесчисленное множество применений в повседневной жизни. Благодаря нашим свойствам алюминий используется для производства алюминиевых листов, профилей, полос или прутков марки . Изделия, изготовленные с использованием алюминия, отличаются безупречной эстетикой, несмотря на прошедшие годы или неблагоприятные погодные условия. Металл не теряет своих свойств с годами, поэтому изделия из него также сохраняют их.

.

Алюминий в электротехнике

Алюминий

, который на 99,5% состоит из алюминия, сегодня является одним из наиболее часто используемых материалов в производстве. Этот чрезвычайно легкий, пластичный и хорошо проводящий металл сегодня используется во многих отраслях промышленности. Одной из областей, где алюминий работает очень хорошо, является электротехника. Давайте посмотрим, для чего в нем используется этот металл.

В электрических кабелях и системах

Благодаря своим свойствам алюминий является высоко ценимым металлом-проводником.Сплавы с добавлением этого металла в основном используются в высоковольтных линиях электропередач. Наиболее популярным материалом является сплав стали и алюминия, в котором сталь выступает в качестве несущего элемента. Однако все большую популярность приобретают и другие сплавы с добавками алюминия, например алюминиево-магниево-кремниевые, обладающие высокой механической прочностью и характеризующиеся меньшей себестоимостью производства.

Важнейшими преимуществами кабелей из алюминия являются хорошая электропроводность и коррозионная стойкость.

Алюминий также широко используется в качестве добавки при производстве алюмелей, т. е. сплава никеля, алюминия (от 1,5 до 3%), марганца (от 0,8 до 2%) и кремния (от 0,8 до 2%) с железом и кобальтом. Алюмель используется для изготовления резисторов и термопар. Стоит пояснить, что это за части. Резисторы (резисторы) — пассивные элементы, присутствующие в электрических системах, задачей которых является снижение напряжения тока. Термоэлектрические элементы (термопары) в свою очередь являются элементами электрических цепей, используемыми в качестве датчиков температуры.

Металл для корпусов

Использование алюминия в электротехнике не ограничивается электропроводкой и электрическими системами. Уже много лет мы можем любоваться прочными и очень эстетичными корпусами, в которых закрыты электрические устройства повседневного использования. Да, эти корпуса во многих случаях сделаны из алюминия. И это вовсе не случайно.

Почему алюминий так популярен? В первую очередь за счет того, что он устойчив к коррозии, легок, прочен и очень универсален.Ведь этот металл легко поддается пластической обработке, что позволяет придавать ему соответствующие, нужные формы (чаще всего методом прессования, т.е. выдавливания).

Но использование алюминия при изготовлении корпусов электрических устройств имеет и технологическую подоплеку. Этот металл немагнитен, поэтому не мешает работе чувствительных магнитов, которые часто встречаются внутри различных устройств.

Алюминий – металл будущего

По мнению многих специалистов, человечество до сих пор не придумало всех способов оптимального использования свойств алюминия.Алюминий и сплавы других металлов уже используются в различных типах наноустройств, которые начинают играть все более важную роль, например, в медицине. Большие надежды связаны и с возможностью использования алюминия в системах получения возобновляемой энергии. Действительно, этот металл может помочь изменить мир в ближайшее время.

На основе: http://nitrid.eu/zastosowanie/spwanie-i-lutowanie/

.

Алюминий или нержавеющая сталь? Свойства и отличия.

Алюминий и нержавеющая сталь — это металлы, обычно используемые во многих отраслях промышленности для производства готовых изделий и полуфабрикатов. Эти металлы обладают многими ценными преимуществами, к которым относятся, например, подверженность формовке и формовке, коррозионная стойкость.

Свойства нержавеющей стали
В промышленности используется множество типов нержавеющей стали.Каждый тип нержавеющей стали имеет различные преимущества, используемые, например, для производства изделий с особыми функциональными потребностями. К основным свойствам нержавеющей стали относятся стойкость к водной и химической коррозии, высоким температурам, долговечность, высокая восприимчивость к пластической обработке и эстетичный внешний вид. Этот материал пригоден для вторичной переработки благодаря тому, что он прост в обработке и чистке, а также биологически нейтрален. TIG, MIG MMA — это методы сварки, которые мы используем в Lakom-Stal для соединения стали.

Свойства алюминия
Как и нержавеющая сталь, алюминий устойчив к коррозии, инертен к большинству химических веществ и нетоксичен. Этот материал идеально поддается формовке. Он также имеет хорошую теплопроводность. Этот материал используется в различных отраслях промышленности при производстве, например, деталей и элементов машин. Он также используется в строительной отрасли при производстве полуфабрикатов, таких как алюминиевые уголки, трубы, полосовой прокат и т. д.

источник: fwserafin.com

Различия между алюминием и нержавеющей сталью
Основное различие между нержавеющей сталью и алюминием заключается в весе. Алюминий однозначно легче. Иллюстрируя разницу в весе, стоит сослаться на простое сопоставление: нержавеющая сталь в два раза тяжелее обычной стали, а алюминий в четыре раза легче.

Вторым важным отличием является механическая прочность. Алюминий считается достаточно прочным материалом, особенно его сплавы с другими элементами.Характеризуется хорошей теплопроводностью. Этот металл очень быстро нагревается по сравнению с нержавеющей сталью.

Еще одна проблема — устойчивость к высоким температурам. Нержавеющая сталь – жаростойкий и огнестойкий металл. Именно поэтому он используется, в частности, в условиях очень высоких температур. Алюминий, в свою очередь, характеризуется низкой температурой плавления.

Коррозионная стойкость — еще один фактор, заслуживающий сравнения. Под воздействием влаги алюминий образует на поверхности защитный слой оксида алюминия, предохраняющий его от дальнейшей глубинной коррозии.С другой стороны, нержавеющая сталь имеет тенденцию к самовосстановлению, что делает ее устойчивой к коррозии.

Компания Лаком-Сталь занимается лазерной резкой и гибкой листов, а также сваркой алюминия и нержавеющей стали. У нас есть обширный склад листового металла, что позволяет нам быстро выполнить услугу. Так же выполняем заказы из материала предоставленного заказчиком. Для соединения стали мы используем такие методы, как TIG, MIG и MMA. Индивидуальный подход к каждому заказу и многолетний опыт гарантируют удовлетворение и своевременное выполнение каждого проекта.

Лаком-Сталь предлагает услуги лазерной резки углеродистых, кислотостойких и алюминиевых листов. Современная и точная лазерная горелка позволяет производить высококачественные элементы с многосерийной повторяемостью.

.

Алюминий (Al) — свойства, действие и возникновение алюминия

Алюминий (Al) — элемент, который не существует на Земле в чистом виде, хотя является двенадцатым по распространенности атомом в космосе. Легкий, но прочный, не ржавеющий и постоянно перерабатываемый, это один из наиболее широко используемых металлов в мире. Жюль Верн писал об алюминии, что он обладает белизной серебра, нерушимостью золота, прочностью железа, плавкостью меди и легкостью стекла.Но что это для человека?

Алюминий в периодической таблице. Источник: Shutterstock
  1. Откуда берется алюминий?
  2. Использование алюминия
  3. Алюминий в организме человека
  4. Алюминий и болезнь Альцгеймера
  5. Так вреден ли алюминий для человека?
  6. Как защитить себя от избытка алюминия?
Алюминий — это элемент, классифицируемый как металл с атомным номером 13. Он мало весит — всего 2.7 г на 1 см3, а его температура плавления 660 градусов С, а температура кипения 2519 градусов С. Его существование было теоретизировано уже во второй половине 18 века, но только в 1825 году датский химик Ганс Кристиан Орстед впервые выделил небольшое количество алюминия. С тех пор методы получения его из природных месторождений постоянно совершенствовались, и, наконец, в конце XIX века ученые открыли способ выделения алюминия из глинозема (метод Холла-Эру) и способ получения последнего из боксит.Эти прорывы позволили снизить цену на очаровательный металл настолько, что он стал широко использоваться.

Откуда берется алюминий?


Алюминий - самый распространенный металл в земной коре (8,2%) - он обычно входит в состав месторождений бокситов, где его гидратированный оксид достигает уровня примерно 40-60%. Остальная часть бокситов состоит из кремнезема, оксидов и гидроксидов железа. Для производства 2 тонн технического алюминия обычно требуется ок.4-5 тонн бокситов. Наибольшая добыча зафиксирована в Австралии, Китае, Бразилии и Гвинее — в последней самые большие месторождения бокситов в мире! Кроме того, в природе встречаются минералы, содержащие сульфаты алюминия, такие как квасцы применяют в дезинфицирующих и косметических целях. Всего сегодня известно около 300 соединений, в которых присутствуют атомы алюминия, в том числе такие драгоценные камни, как рубины и сапфиры.

Крупнейшими производителями технического алюминия (почти 100%) в мире в настоящее время являются Китай, Россия, Индия и Канада.Наиболее эффективным методом производства является электролитическое рафинирование, хотя в металлургических целях применяют электролиз кислорода кислорода в расплавленном криолите.

Использование алюминия


Алюминий — это прежде всего металл с широким промышленным применением — подавляющая часть мировых поставок (58,8 млн метрических тонн в 2016 г.) используется для производства автомобилей и других транспортных средств. Это связано с тем, что низкая плотность и высокая прочность означают, что автомобили, хотя и долговечные, потребляют меньше топлива, будучи более экономически выгодными.Кроме того, алюминий широко используется в строительной отрасли для производства окон, дверей, строительных лесов, покрытий, крыш и т. д., а также в электротехнической и электронной промышленности. Отличным и дешевым ориентиром служит в том числе для производства кабелей или трансформаторов. Кроме того, алюминий используется для производства широкого спектра бытовой техники и оборудования – от мебели до кастрюль и машин промышленного назначения.

Значительное, с точки зрения масштаба, использование алюминия также является упаковкой для продуктов питания и напитков, широко известной как банки.Сохраняемые в них продукты имеют длительный срок хранения, и, что немаловажно с точки зрения экологии, как раздельный мусор они очень легко перерабатываются в новую упаковку. Алюминий как упаковка имеет ряд уникальных преимуществ: он нетоксичен, не впитывает свое содержимое и не склонен откалываться. Наконец, алюминий также в меньших количествах используется в производстве косметики и лекарств — в последних он обычно действует как нейтрализатор кислоты.

Алюминиевые банки используются для изготовления банок для еды и напитков. Источник: Shutterstock. Да, в организме каждого человека есть небольшое количество этого легкого металла, но, скорее всего, это лишь влияние окружающей среды. Каждый из нас вдыхает взвешенные в воздухе мельчайшие частицы алюминия в концентрации не более 0,005-0,0018 микрограммов на кубический метр.В промышленных зонах этот уровень может быть несколько выше, до 8 мкг на квадратный метр 3 .

Алюминий также присутствует в поверхностных водах, но в этом контексте он не считается опасным – на самом деле в питьевой воде его минимальное количество. Однако он также может попасть в наш организм через продукты питания, косметику и лекарства, и именно этот способ в последние годы стал причиной общественного беспокойства.

Алюминий и болезнь Альцгеймера


В 1965 г.Исследователи обнаружили, что у кроликов, которым вводили высокие дозы алюминия, наблюдались значительные изменения в мозге. Конкретно речь идет о нейрофибриллярных клубках, т.е. патологических белковых скоплениях, которые наблюдаются, в том числе, в у людей, страдающих болезнью Альцгеймера или паркинсонизмом. Отсюда и слухи о том, что распространенные в быту алюминиевые кастрюли, банки и канализационные трубы ответственны за процессы слабоумия. Однако следует подчеркнуть, что дозы, вводимые экспериментальным животным, значительно превышают уровень алюминия, который мог бы накапливаться в организме человека в результате нормальной жизнедеятельности.Следовательно, несмотря на то, что в этой области были проведены десятки экспериментов, до сих пор нет доказательств того, что алюминий в окружающей среде, диете и лекарствах может увеличить риск болезни Альцгеймера. Алюминий присутствует в мозге каждого здорового человека и не оказывает токсического действия.

Диаграмма, показывающая потенциальные источники алюминия в окружающей среде человека; собственное исследование

Так вреден ли алюминий для человека?


ЕвропейскийУправление по безопасности пищевых продуктов установило допустимое еженедельное потребление алюминия в размере 1 мг на кг. Исследования показывают, что у взрослых он иногда достигает 1,5 мг/кг в неделю, а у детей даже 2,3 мг/кг по семидневной шкале. Однако в настоящее время не считается, что эти превышения представляют значительный риск для здоровья. Относительно большему риску подвергаются промышленные рабочие, которые вдыхают повышенное количество алюминия и могут страдать от него поражением легких и хроническим кашлем.Кроме того, было доказано, что алюминий оказывает негативное влияние на людей с заболеваниями почек — они сохраняют большее количество металла в организме и подвергаются более высокому риску заболеваний головного мозга и костей.

У детей повышенное воздействие алюминия, в основном из пищевых источников, также связано с риском заболеваний скелета — алюминий в желудке затрудняет усвоение организмом фосфора, необходимого для правильного развития костей. Однако мы ничего не знаем о потенциальных врожденных дефектах, вызванных алюминием.Да, молодые животные оказываются более слабыми и менее подвижными, если их матери имели контакт с более высокими дозами алюминия во время беременности и грудного вскармливания, но трудно перевести этот факт в реальный риск присутствия алюминия в рационе и воздухе в таких малых количествах. суммы.

Взаимосвязь между использованием дезодорантов, содержащих алюминий, и риском развития рака молочной железы неясна. Ибо есть исследования, подтверждающие эту корреляцию, и другие, которые ей противоречат. Однако до сих пор алюминий не считается канцерогеном!

Алюминиевая фольга обычно используется при приготовлении пищи, напримергриль. Источник: Shutterstock

Как защитить себя от избытка алюминия?


Вездесущий алюминий на Земле трудно избежать. Он содержится даже в грудном молоке, а в немного большем количестве и в модифицированном молоке. Ввиду множества неизвестных, окружающих тему алюминия и его влияние на здоровье, конечно, рационально попытаться ограничить его потребление. Алюминиевые кастрюли и посуда, похоже, не представляют серьезного риска в этом контексте, но ученые считают, что полезно ограничить потребление обработанных пищевых продуктов, содержащих добавки на основе алюминия.Безусловно, разумно отказаться от препаратов, изготовленных с использованием соединений алюминия, а также от антиперспирантов, содержащих соли алюминия. Однако отказываться от рекомендованных и обязательных прививок нельзя ни при каких обстоятельствах – научные исследования не показывают, что соединения алюминия, содержащиеся в вакцинах, оказывают негативное влияние на здоровье человека, а возможный риск абсолютно уступает доказанной пользе – ведь , в эпоху пластиковых эпидемий они остаются высокоэкологичной идеей сохранения продуктов питания.Исследования показывают, что 1 кг переработанного алюминия экономит 8 кг бокситов, 4 кг различных видов фторидов и 15 кВт/ч электроэнергии! Однако следует соблюдать осторожность при использовании непокрытой алюминиевой посуды в контакте с кислыми солеными продуктами, где риск попадания металла в пищу теоретически выше.

Ekologia.pl (Агата Павлинец)

Библиография
  1. Правительство Канады; «Алюминиевые факты»; nrcan.gc.ок; 17.09.2020
  2. Ресурсы лаборатории Джефферсона; «Элемент Алюминий»; Education.jlab.org; 17.08.2020
  3. Иван Айвазовский; «Что такое алюминий»; алюминиевый лидер.com; 17.08.2020
  4. Даниил Рабинович; «Привлекательность алюминия "; природа.com; 17.08.2020
  5. Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний; Заявление об общественном здравоохранении для алюминия; atsdr.cdc.gov; 17.08.2020
  6. Катрин Клотц и др.; Влияние на здоровье воздействия алюминия; ncbi.nlm.nih.gov; 2020-08-17
.

Какое применение алюминия в промышленности?

Алюминий

применяется в транспортной и строительной отраслях, а также в электротехнической промышленности и при производстве различных видов товаров. Алюминий легкий, прочный, устойчивый к коррозии, окрашенный и токопроводящий, что дает широкий спектр применения. Свойства алюминия можно модифицировать, добавляя в него различные элементы, повышающие прочность материала.

Для чего используется алюминий?

В строительстве алюминий применяется для возведения зданий на основе металлических конструкций.Как подчеркивают специалисты оптовиков цветных металлов P.W. Zielonka из Быдгоща, благодаря высокой тепловой эффективности, алюминий обеспечивает оптимальные тепловые условия внутри помещений. Кроме того, хорошие пластические свойства делают алюминиевые полосы легко поддающимися формованию и с их использованием можно создавать даже геометрически сложные формы зданий.

Кроме того, алюминий является металлом, часто используемым в транспортировке из-за его благоприятного соотношения веса и прочности .С его использованием создаются автомобильные детали, ведь меньший вес, используемый для их производства, означает меньший расход топлива. Коррозионная стойкость является дополнительным преимуществом, благодаря которому можно избежать необходимости нанесения защитных покрытий. Более того, за счет достаточно прочных алюминиевых сплавов созданы почти все элементы конструкции самолета.

Алюминий

— широко используемый материал при строительстве линий электропередач. Он имеет меньшую проводимость, чем латунь, но намного легче латуни, что позволяет строить линии дальней связи. Не лишена значения и высокая коррозионная стойкость, что делает алюминиевые жилы устойчивыми к погодным условиям , а благодаря пластичности металла алюминиевые стержни легко формуются в проводники.

Использование алюминия в предметах повседневного обихода

Алюминий все чаще заменяет пластик и сталь в производстве предметов повседневного обихода. Он прочный, легкий и простой в обработке, поэтому позволяет элегантно оформить электронные гаджеты. Например, с использованием алюминия создаются чехлы для телефонов, которые позволяют быстро отводить тепло от устройства . Таким образом, алюминий предотвращает перегрев оборудования.

Алюминиевые сплавы

также используются для производства внутренней отделки и деталей мебели. Алюминий используется для изготовления дверей и окон, а также балюстрад и элементов ограждений. Благодаря пластическим возможностям алюминия отдельные элементы ограждений выглядят очень эффектно.

.

Свойства алюминия и алюминиевых сплавов

Новости

Необработанные, тянутые и экструдированные профили из латуни, полированные, полированные, сатинированные - углы, С-профили, Т-образные профили, профильные трубы, специальные профили следующих марок: CuZn37 / CW508L / CuZn37 / 2.0321 / M63; CuZn39Pb3/CW614N/CuZn39Pb3/2,0401/МО58А; CuZn40Pb2/CW617N/CuZn40Pb2/2,0402/MO58/MO58B/CuZn36Pb2As/CW602N. Предлагаем латунные профили следующих сечений: латунные профили квадратного сечения, латунные профили прямоугольного сечения, латунные профили шестигранного сечения, латунные профили восьмиугольного сечения, латунные равнополочные уголки , уголки неравнополочные латунные, тройники латунные, швеллеры латунные, профили латунные с овальным сечением, профили латунные с эллипсоидальным сечением, трубы латунные желобчатые, профили - трубы латунные предназначенные для строительства, трубы латунные круглые и муфты.

Латунные профили

Купал - биметаллический - Cu-Al - медно-алюминиевые листы применяются в энергетике, электротехнической и электронной промышленности для выполнения медно-алюминиевых соединений. Соединения, выполненные с использованием листов купала, предотвращают электрохимическую коррозию на границе Al-Cu. Купальный лист состоит из электролитической меди Cu-ETP и алюминия 1050А. Предлагаем листы купала толщиной от 0,5 до 2 мм. Мы можем разрезать листы на полосы или формы.

Листы Cupal - биметаллические

Новое серебро - Предлагаем листы альпака - новое серебро, которые обладают очень хорошими эластичными свойствами, поддаются пайке и сварке. У нас есть листы толщиной от 0,1 до 1,0 мм. В настоящее время реализуем новое серебро марки МЗН12 (CuNi12Zn24/CW403J/CuNi12Zn24/2.0730/CuNi12Zn24/C75700). Другие марки можно заказать по запросу (МЗН15, МЗН18, МЗ20Н18). У нас в постоянной продаже новый лист серебра МЗн12 з4=0,2х300х1000 мм; = 0,3х300х1000 мм; = 0,4х300х1000 мм; = 0,6х300х1000 мм; = 0,5х350х1200 мм; = 1,0 х 300 х 1200 мм.

Новое серебро

Мы предлагаем мягкие и полутвердые латунные полосы. «Сразу» предлагаем ленты CuZn37 R350 = 0,2х300 мм и = 0,3х300 мм. Мы можем вырезать для вас формы из вышеперечисленных лент.

Латунные полоски

Мягкие и полутвердые медные ленты - основные размеры предлагаем Cu-ETP R220 0,1x100 мм; 0,1х220 мм; 0,1х300 мм; 0,2х220 мм; 0,2х240 мм; 0,2х300 мм; Cu-ЭТП Р240 0,1х300 мм. Мы можем вырезать для вас формы из вышеперечисленных лент.

Медные полосы

Профиль латунный квадратный в наличии на складе - CuZn37 20x20x1,50 мм; 25х25х1,50 мм; 30х30х1,50 мм; 40х40х1,50 мм; 50х50х1,50 мм и латунный профиль прямоугольного сечения 30х15х1,50 мм. Другие сечения латунных профилей импортируем по желанию заказчика.

Квадратные латунные профили

Формы латунные, вырезанные из листов CuZn37 (мягкие пластмассовые листы) и CuZn39Pb2 (листы жесткие для механической обработки), толщина латунных листов до 40 мм.Мы также режем латунные формы из имеющегося в наличии плоского проката марки CuZn39Pb3.

Пластины латунные

.

Смотрите также