Свойства алюминия и область его применения

29.01.2017

Алюминий — металл серебристо-белого цвета, по своим свойствам он очень выгодно отличается от многих металлов. Для него характерны: небольшой удельный вес, высокая электропроводность, достаточная механическая прочность, хорошая теплопроводность и большая коррозионная устойчивость ко многим химическим веществам. Эти свойства делают алюминий и его сплавы очень ценными и обеспечивают им широкое применение в самых разнообразных отраслях современной техники.
Основные свойства алюминия приведены в табл. 1.
Свойства алюминия и область его применения

Алюминий легко подвергается механической обработке: прокатке, резанию, волочению, ковке и т. п.
Предел прочности технического литого алюминия на разрыв составляет 9—12 кг/мм2, прокатанного — 18—28 кг/мм2 (против 38—41 кг/мм2 для мягкой стали и 24 кг/мм2 для меди). Твердость по Бринелю литого алюминия — 24—32, прокатанного — 45—60 (против 150—500 для стали и 90 для меди).
При повышении температуры механическая прочность алюминия значительно снижается.
В периодической системе элементов Д.И. Менделеева алюминий находится в третьей группе. По своим химическим свойствам он амфотерен. В атмосферных условиях алюминий при обыкновенной температуре обнаруживает значительную химическую стойкость, превышающую стойкость железа. При хранении на воздухе поверхность алюминия покрывается тонкой плотной пленкой окиси сероватого цвета (толщиной около 0,0002 мм), которая защищает его от дальнейшего окисления и обусловливает большую коррозийную стойкость алюминия. Даже в расплавленном состоянии поверхность алюминия сравнительно хорошо предохраняется этой пленкой от дальнейшего окисления.
Тонкоизмельченный алюминий при нагревании воспламеняется и сгорает на воздухе с выделением большого количества тепла.
Вода (даже при нагревании) не действует на алюминий. Алюминий достаточно легко разрушается (растворяется) едкими щелочами, соляной и серной кислотой. Концентрированная азотная кислота и органические кислоты на алюминий не действуют.
Обладая большим химическим сродством к кислороду, алюминий способен отнимать его от многих окислов (марганца, хрома, железа и др.), восстанавливая их при этом.
Такие газы, как водород, азот, окись углерода и др., заметно растворяются в расплавленном алюминии. При этом часть из них соединяется с алюминием, образуя химические соединения. Растворимость газов в алюминии увеличивается с повышением температуры и заметно понижается при температуре затвердевания алюминия.
Алюминиевые сплавы. Алюминий обладает способностью образовывать с другими металлами сплавы, которые имеют более высокие механические свойства, чем сам чистый алюминий. Из обычно применяемых в технике металлов алюминий не дает сплавов только со свинцом.
Алюминиевые сплавы, применяемые в промышленности, можно подразделить на две группы: литейные и деформируемые сплавы, т. е. сплавы, применяемые для фасонного литья, и сплавы, идущие па производство проката, прессованных деталей и т. п.
Одним из важнейших сплавов, хорошо выдерживающим механическую обработку, прокатку, волочение, штамповку, является дюралюминий. В состав его входит 3,4—4% меди; 0,4—0,8% марганца; 0,4—0,8% магния; допускается не более 0,8% железа и 0,8% кремния, остальное составляет алюминии. Дюралюминий обладает небольшим удельным весом (2,85 г/см3) и по своим механическим свойствам приближается к некоторым сортам мягкой стали. Механические свойства сплава значительно повышаются после термической обработки и деформации в холодном состоянии. Сопротивление на разрыв отожженного дюралюминия составляет 18—24 кг/мм2, относительное удлинение 18—22% и твердость по Бринелю 50—60 кг/мм2. После закалки при температуре 495—505° дюралюминий имеет предел прочности 38—42 кг/мм2, относительное удлинение 15—20% (против 38—44 кг/мм2 и 22% для мягкой стали). Температура плавления дюралюминия — около 650°.
Из литейных сплавов наиболее распространенными являются сплавы алюминия с кремнием — типа силумина, обладающие удельным весом даже меньшим, чем у алюминия (2,6), и небольшой усадкой при затвердевании. Техника получения алюминиевых сплавов в настоящее время достигла очень высокого развития.
Применение алюминия и его сплавов в технике. Алюминий и его сплавы нашли широкое применение в авиаконструкциях, автопромышленности и в транспортном машиностроении, благодаря малому удельному весу и прочности, легкости изготовления и обработки, высокой теплопроводности, хорошей устойчивости против коррозии и красивому внешнему виду. Применение алюминия и его сплавов в машиностроении позволяет увеличить скорость движения и снизить расход энергии при работе станков и агрегатов.
Широко используется алюминий в электротехнике и радиотехнике — для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей переменного тока, экранов и т. д.
Особенно широкое применение за последнее время получили многожильные провода со стальной сердцевиной при сооружении высоковольтных линий.
Высокая, стойкость алюминия против воздействия морской воды позволяет широко использовать его в судостроении: из алюминия и его сплавов готовятся напалубные покрытия, рамы окон, дымовые трубы, радарные мачты и др. Благодаря высокой коррозионной стойкости алюминия его широко применяют в качестве материала в химическом машиностроении.
Большое сродство алюминия к кислороду используется для получения трудновосстановимых тугоплавких металлов из их окислов (хрома, марганца, вольфрама и др.), а в последнее время — щелочно-земельных металлов (кальция, бария) и щелочных металлов (лития). Алюминотермические процессы составляют в настоящее время особую отрасль металлургии. Алюминотермические реакции используются также при сварке железных и стальных деталей.
Важное значение имеет применение алюминия в черной металлургии для раскисления стали.
Алюминий находит широкое применение как упаковочный материал в виде фольги. Алюминиевая фольга не пропускает воздух, влагу и масло, она легка и дешева и поэтому является ценным упаковочным материалом.
Широкое применение находят алюминий и его сплавы в быту (мебель, посуда и др.) и для всякого рода декоративных целей.
Благодаря легкости, высокой антикоррозийной стойкости и большой механической прочности алюминий и его сплавы в ряде стран стали широко применяться в конструктивных элементах промышленного и жилищного строительства, где они применяются для покрытия крыш, изготовления комнатных перегородок, оконных и дверных рам. Алюминий и его сплавы используются как основной материал для поддерживающих колонн и несущих ферм.
Алюминий завоевал себе прочное место в технику и в быту и в настоящее время нельзя представить себе жизнь без алюминия, так же как и без черных металлов.