iCNC > Материалы > Алюминий: физические свойства, получение, применение, история

Алюминий: физические свойства, получение, применение, история

21.07.2015

992_b

Алю­ми­ний – один из самых мяг­ких и лег­ких метал­лов, име­ю­щий сереб­ри­стый цвет и обла­да­ю­щий высо­кой теп­ло­вой и элек­тро­про­вод­но­стью. Тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния алю­ми­ния состав­ля­ет 660 гра­ду­сов. Что каса­тель­но рас­про­стра­нен­но­сти в зем­ной коре, то этот металл зани­ма­ет тре­тье место после кис­ло­ро­да и крем­ния сре­ди ато­мов, а сре­ди метал­лов пер­вое место. Сре­ди пре­иму­ществ алю­ми­ния и спла­вов, в состав кото­рых вхо­дит этот металл, сто­ит отме­тить его неболь­шую плот­ность, а имен­но 2,7 г/см3. Кро­ме это­го алю­ми­ний изве­стен доволь­но высо­ки­ми проч­ност­ны­ми харак­те­ри­сти­ка­ми и отлич­ной теп­ло­про­вод­но­стью. Что каса­тель­но кор­ро­зий­ной стой­ко­сти, то этот металл и здесь име­ет пре­дель­но высо­кие харак­те­ри­сти­ки. Все эти поло­жи­тель­ные каче­ства пред­став­лен­но­го мате­ри­а­ла дают воз­мож­ность пози­ци­о­ни­ро­вать его как один из важ­ных тех­но­ло­ги­че­ских мате­ри­а­лов.

По спо­со­бу полу­че­ния все алю­ми­ни­е­вые спла­вы при­ня­то раз­де­лять на дефор­ми­ру­е­мые, под­вер­га­е­мые обра­бот­ке дав­ле­ни­ем или литьем, кото­рые при­ме­ня­ют­ся в виде фасон­но­го литья. По исполь­зо­ва­нию тер­ми­че­ской обра­бот­ки алю­ми­ний и его спла­вы раз­де­ля­ют на тер­ми­че­ски упроч­ня­е­мые и по систе­мам про­ве­де­ния леги­ро­ва­ния.

Впер­вые алю­ми­ний был полу­чен Ган­сом Эрсте­дом еще в 1825-ом году. Что каса­тель­но совре­мен­но­го мето­да полу­че­ния это­го метал­ла, то его неза­ви­си­мо друг от дру­га раз­ра­бо­та­ли прак­ти­че­ски в одно вре­мя Чарльз Холл – аме­ри­кан­ский метал­лург и фран­цуз Поль Эру. Суть это­го мето­да сво­дит­ся к рас­тво­ре­нию окси­да алю­ми­ния в рас­пла­ве крио­ли­та, после чего про­во­дит­ся элек­тро­лиз с при­ме­не­ни­ем гра­фи­то­вых элек­тро­дов. Пред­став­лен­ный спо­соб полу­че­ния алю­ми­ния хорош во всем, одна­ко при этом тре­бу­ет доволь­но боль­ших затрат элек­тро­энер­гии. Имен­но поэто­му его попу­ляр­ность ста­ла стре­ми­тель­но подать под конец про­шло­го века.

ugolok-aljuminievyj-profil-2

Исполь­зо­ва­ние алю­ми­ния

Алю­ми­ний в насто­я­щее вре­мя широ­ко исполь­зу­ет­ся в каче­стве кон­струк­ци­он­но­го мате­ри­а­ла. Это неслож­но объ­яс­нить высо­ки­ми пока­за­те­ля­ми лег­ко­сти, воз­мож­но­сти лег­кой обра­бот­ки посред­ством штам­пов­ки, а так­же кор­ро­зий­ной стой­ко­стью и высо­кой теп­ло­про­вод­но­сти. Извест­но, что при вза­и­мо­дей­ствии с воз­ду­хом алю­ми­ний покры­ва­ет­ся осо­бо проч­ной плен­кой, кото­рая предот­вра­ща­ет окис­ле­ние метал­ла. Все эти свой­ства сде­ла­ли алю­ми­ний одним из самых часто при­ме­ня­е­мых метал­лов для про­из­вод­ства кухон­ной посу­ды, фоль­ги из алю­ми­ния, а так­же при изго­тов­ле­нии раз­лич­ной про­дук­ции в отрас­ли пище­вой про­мыш­лен­но­сти и для упа­ков­ки про­дук­тов пита­ния.

Не лишен алю­ми­ний и недо­стат­ков, глав­ным из кото­рых явля­ет­ся невы­со­кий пока­за­тель проч­но­сти, из-за чего его неред­ко сплав­ля­ют с неко­то­рым коли­че­ством меди с маг­ни­ем. Этот сплав назы­ва­ет­ся дюра­лю­ми­ни­ем. Что каса­тель­но элек­тро­про­вод­но­сти, то этот пара­метр у алю­ми­ния сопо­ста­вим с пока­за­те­ля­ми меди, одна­ко алю­ми­ний при­вле­ка­тель­нее сво­ей более низ­кой сто­и­мо­стью. Имен­но из-за это­го алю­ми­ний ста­ли доста­точ­но широ­ко при­ме­нять в отрас­ли элек­тро­тех­ни­ки и про­из­вод­стве про­вод­ни­ко­вых чипов. Сто­ит отме­тить, что из-за нали­чия доволь­но проч­ной оксид­ной плен­ки алю­ми­ний труд­но спа­и­ва­ет­ся. Бла­го­да­ря высо­ким тех­ни­че­ским харак­те­ри­сти­кам алю­ми­ний неред­ко исполь­зу­ет­ся в отрас­ли про­из­вод­ства теп­ло­во­го обо­ру­до­ва­ния.

Исполь­зо­ва­ние алю­ми­ния при стро­и­тель­стве зда­ний дает воз­мож­ность зна­чи­тель­но сни­зить пока­за­тель метал­ло­ем­ко­сти, а так­же повы­сить дол­го­веч­ность и надеж­ность кон­струк­ции. Этот метал может экс­плу­а­ти­ро­вать­ся даже в экс­тре­маль­ных усло­ви­ях. Широ­кое рас­про­стра­не­ние алю­ми­ний полу­чил и в неко­то­рых видах спор­та. Алю­ми­ний в боль­ших коли­че­ствах исполь­зу­ет­ся в отрас­ли само­ле­то­стро­е­ния, посколь­ку его тех­ни­че­ские харак­те­ри­сти­ки вели­ки, при этом дан­ный метал пре­дель­но легок. Кро­ме это­го алю­ми­ни­е­вые спла­вы и сам алю­ми­ний все чаще начи­на­ют исполь­зо­вать в судо­стро­е­нии. С при­ме­не­ни­ем алю­ми­ни­е­вых спла­вов изго­тав­ли­ва­ют кор­пу­са совре­мен­ных кораб­лей, палуб­ные над­строй­ки и даже ком­му­ни­ка­ци­он­ные линии. Извест­но, что в насто­я­щее вре­мя метал­лур­ги про­во­дят иссле­до­ва­ния пени­сто­го алю­ми­ния в каче­стве одно­го из осо­бо проч­ных метал­лов, име­ю­щих мини­маль­ный вес.

В насто­я­щее вре­мя алю­ми­ний мож­но пози­ци­о­ни­ро­вать в каче­стве одно­го из самых вос­тре­бо­ван­ных метал­лов, при­ме­ня­е­мых во мно­гих отрас­лях. С момен­та откры­тия это­го метал­ла, то есть в кон­це 19-го века его ста­ли счи­тать одним из самых цен­ных метал­лов, посколь­ку он име­ет сереб­ри­стый отте­нок, пре­дель­но малый вес, и высо­кие пока­за­те­ли устой­чи­во­сти к воз­дей­ствию внеш­ней сре­ды. При­ме­ча­тель­но, что ранее сто­и­мость алю­ми­ния пре­вы­ша­ла сто­и­мость золо­та. Имен­но поэто­му ранее было при­ня­то изго­тав­ли­вать юве­лир­ные укра­ше­ния из алю­ми­ния.

pic1

Обра­ти­те вни­ма­ние, что в 1855-ом году имен­но алю­ми­ний на выстав­ке метал­лов в Пари­же стал глав­ной досто­при­ме­ча­тель­но­стью. Рабо­ты из это­го метал­ла рас­по­ла­га­лись на вит­рине по сосед­ству с брил­ли­ан­та­ми фран­цуз­ской коро­ны. Спу­стя неко­то­рое вре­мя алю­ми­ний стал очень попу­ляр­ным мате­ри­а­лом, при этом счи­та­лось, что он дра­го­це­нен и его свой­ства еще не изу­че­ны в пол­ной мере. До наших вре­мен дошло нема­ло про­из­ве­де­ний искус­ства, кото­рые были изго­тов­ле­ны имен­но из алю­ми­ния.

В те вре­ме­на чаще все­го при­ме­ня­ли алю­ми­ний имен­но юве­ли­ры. При про­ве­де­нии осо­бен­но тон­кой обра­бот­ки им уда­ва­лось полу­чить алю­ми­ний свет­ло­го цве­та. Имен­но из-за это­го его часто при­рав­ни­ва­ли к сереб­ру и неред­ко с ним пута­ли. По срав­не­нию с сереб­ром изде­лия из алю­ми­ния обла­да­ли менее сла­бым блес­ком. Имен­но поэто­му юве­ли­ры очень люби­ли рабо­тать с этим метал­лом.

В те вре­ме­на хими­че­ские свой­ства алю­ми­ния были изу­че­ны лишь поверх­ност­но, поэто­му неред­ко юве­ли­ры само­сто­я­тель­но при­ду­мы­ва­ли мето­ди­ки обра­бот­ки это­го метал­ла. В плане тех­ни­че­ской обра­бот­ки алю­ми­ний мож­но пози­ци­о­ни­ро­вать как очень подат­ли­вый мате­ри­ал. На нем юве­ли­ры мог­ли рас­по­ла­гать слож­ней­шие узо­ры, а так­же нано­сить рисун­ки и про­из­во­дить изде­лия любой фор­мы и раз­ме­ров. Позд­нее юве­ли­ры нача­ли покры­вать алю­ми­ни­е­вые изде­лия тон­ким сло­ем золо­та, а так­же дово­дить из до мато­вых оттен­ков посред­ством поли­ров­ки. Спу­стя неко­то­рое вре­мя алю­ми­ний начал стре­ми­тель­но падать в сто­и­мо­сти. Во вре­ме­на 54-х годов сто­и­мость кило­грам­ма это­го метал­ла дости­га­ла 3 000 ста­рых фран­ков, одна­ко уже в сере­дине 1860-х кило­грамм это­го метал­ла не сто­ил уже и сот­ни ста­рых фран­ков. Сра­зу после рез­ко­го паде­ния сто­и­мо­сти дан­но­го метал­ла он вышел из моды.

Сего­дня древ­ние изде­лия из алю­ми­ния пред­став­ля­ют огром­ную ред­кость. Мно­гие из них попро­сту не смог­ли выдер­жать обес­це­ни­ва­ние метал­ла и были заме­не­ны сереб­ря­ны­ми ана­ло­га­ми. В послед­нее вре­мя уро­вень инте­ре­са спе­ци­а­ли­стов к алю­ми­нию начал стре­ми­тель­но воз­рас­тать. Имен­но этот метал стал глав­ной темой орга­ни­за­ции выстав­ки в 2000-ом году в Питс­бур­ге, где орга­ни­за­то­ром это­го меро­при­я­тия высту­пил Музей Кар­не­ги. На тер­ри­то­рии Фран­ции нахо­дит­ся Инсти­тут исто­рии алю­ми­ния, кото­рый на про­тя­же­нии мно­гих лет актив­но зани­ма­ет­ся иссле­до­ва­ние ста­рин­ных юве­лир­ных изде­лий, кото­рые были изго­тов­ле­ны из это­го метал­ла.

Во вре­ме­на СССР из алю­ми­ния изго­тав­ли­ва­лись обще­пи­тов­ские при­бо­ры, чай­ни­ки и дру­гие изде­лия. Сто­ит отме­тить, что самый пер­вый совет­ский спут­ник был сде­лан из алю­ми­ния. Еще одним нема­лым потре­би­те­лем алю­ми­ния и его спла­вов – элек­тро­тех­ни­че­ская про­мыш­лен­ность. Имен­но из это­го метал­ла про­из­во­дят высо­ко­вольт­ные про­во­да, обмот­ки для элек­тро­мо­то­ров, цоко­ли ламп и даже кон­ден­са­то­ры. Сто­ит отме­тить, что алю­ми­ни­е­вый поро­шок исполь­зу­ет­ся для изго­тов­ле­ния взрыв­ча­тых веществ и для про­из­вод­ства твер­до­го топ­ли­ва ракет, посколь­ку он может очень быст­ро вос­пла­ме­нять­ся. Сто­ит заме­тить, что на воз­ду­хе этот металл не воз­го­ра­ет­ся толь­ко из-за сво­е­го уни­каль­но­го свой­ства покры­вать­ся проч­ной оксид­ной плен­кой. Пено­алю­ми­ний явля­ет­ся одной из самых послед­них раз­ра­бо­ток, тех­ни­че­ское назва­ние кото­ро­го — метал­ли­че­ский поро­лон. В насто­я­щее вре­мя это­му метал­лу про­ро­чит­ся боль­шое буду­щее. В насто­я­щее вре­мя мно­гие алю­ми­ни­е­вые спла­вы широ­ко исполь­зу­ют­ся в раз­ных отрас­лях про­мыш­лен­но­сти бла­го­да­ря сво­им высо­ким тех­ни­че­ским харак­те­ри­сти­кам и доступ­ной сто­и­мо­сти по срав­не­нию с ана­ло­га­ми.