Использование алюминия: сферы применения чистого металла и его сплавов

Использование алюминия: сферы применения чистого металла и его сплавов

Алюминий, как наиболее легкий и пластичный металл, обладает широкой сферой использования. Он отличается устойчивостью к коррозии, имеет высокую электропроводность, а также легко переносит резкие температурные колебания. Еще одной особенностью является при контакте с воздухом появление на его поверхности особой пленки, которая защищает металл.

Все эти, а также другие особенности послужили его активному использованию. Итак, давайте узнаем подробнее, каковы области применения алюминия.

Использование оксидов и гидроксидов алюминия

Сферы применения алюминия настолько обширны, что для ограждения товаропроизводителей, конструкторов и инженеров от непреднамеренных ошибок, в нашей стране применение маркировки сплавов алюминия — стало обязательным. Каждому сплаву или соединению присваивается свое буквенно-цифровое обозначение, которое в дальнейшем позволяет быстро отсортировать их и направить для дальнейшей обработки.

Наиболее распространенные природные соединения алюминия — его оксид и гидроксид. в природе они существуют исключительно в виде минералов — корундов, бокситов, нефелинов, пр. — и в качестве глинозема. Применение алюминия и его соединений связано с ювелирной, косметологической, медицинской сферами, химической промышленностью и строительством.

Цветные, «чистые» (не мутные) корунды — это известные всем нам драгоценности — рубины и сапфиры. Однако по своей сути они — не что иное, как самый обычный оксид алюминия. Помимо ювелирной сферы, применение оксида алюминия распространяется на хим.промышленность, где он обычно выступает адсорбентом, а также на производство керамической посуды. Керамические котелки, горшочки, чашки обладают замечательными жаропрочными свойствами именно благодаря содержащемуся в них алюминию. Свое применение окись алюминия нашла и как материал для изготовления катализаторов. Нередко оксиды алюминия добавляют в бетон для его лучшего затвердевания, а стекло, в которое добавили алюминий, становится жаропрочным.

Перечень областей применения гидроксида алюминия выглядит еще более внушительно. Благодаря способности поглощать кислоту и оказывать каталитическое действие на иммунитет человека, гидроксид алюминия используется при изготовлении лекарств и вакцин от гепатитов типа «А» и «В» и столбнячной инфекции. Им также лечат почечную недостаточность, обусловленную наличием большого числа фосфатов в организме. Попадая в организм, гидроксид алюминия вступает в реакцию с фосфатами и образует неразрывные с ними связи, а затем естественным путем выводится из организма.

Гидроксид, в виду его отличной растворимости и не токсичности, нередко добавляют в пасту для чистки зубов, шампунь, мыло, примешивают к солнцезащитным средствам, питательным и увлажняющим кремам для лица и тела, антиперсперантам, тоникам, очищающим лосьонам, пенкам и пр. Если необходимо равномерно и стойко окрасить ткань, то в краситель добавляют немного гидроксида алюминия и цвет буквально «втравляется» в поверхность материи.

Сфера применения титана

Сплавы на основе титана нашли широкое применение в металлургии, а том числе и в роли легирующего элемента в производстве жаростойких и нержавеющих сталей. Также Ti добавляют в медь, алюминий, никель с целью повышения прочности последних. Двуокись титана применяется в производстве сварочных электродов, четыреххлористый Ti используется в военном деле для организации дымовых завес. В радиотехнике и электротехнике применяется порошкообразный титан в роли поглотителя газов. В ряде случаев Ti является незаменимым в судостроении и промышленности – из него производятся детали, использующиеся для работы с агрессивными жидкостями, в коррозионно активных средах, при анодировании различных деталей. Также титан используется в производстве элементов для гальванических ванн, гидрометаллургических аппаратов и многого другого.

Области применения сплавов алюминия с другими металлами

Наибольшее распространение сплавы алюминия получили в авиастроении – из сплавов алюминия, цинка и магния производят прочные материалы для обшивки корпусов самолетов.

Алюминиевый профиль активно используется в строительных и ремонтных работах (укладка гипсокартона и пр.).

Итак, алюминиевые соединения и сплав сегодня востребованы во многих сферах. Алюминий, цена на который полностью соответствует его характеристикам, можно приобрести в нашей компании на сайте или по телефону. В каталоге представлены алюминиевые профили различных типов.

Конкурентные ниши для строительного алюминия

Таким образом, применение алюминия в качестве строительного материала может достигаться в тех конкурентных нишах, где может проявляеться хотя бы один из главных его преимуществ:

коррозионная стойкость и

В области гражданского строительства таким конкурентными нишами для алюминия являются:

Сложные крыши с длинными пролетами, в которых динамические нагрузки являются малыми по сравнению со статическими нагрузками. К таким конструкциям относятся сетчатые пространственные конструкции и геодезические купола, накрывающие большие площади, например, над концертными залами и стадионами (рисунок 3);

Конструкции, которые расположены в труднодоступных районах, а также далеко от места их изготовления, и для которых стоимость доставки и легкость возведения являются очень важными. Это относится, например, к электрическим опорам, которые могут переноситься к месту установки вертолетом (рисунок 4);

Конструкции, которые расположены в коррозионных или влажных средах, такие как крыши плавательных бассейнов, речные мосты, гидравлические сооружения и верхние конструкции на нефтяных платформах в открытом море (рисунок 5);

Конструкции, включающие подвижные части, такие как мостовые краны водоочистных станций и подъемные мосты (рисунок 6), когда малый вес означает экономию энергии при их эксплуатации;

Специальные конструкции, для которых операции технического обслуживания являются особенно трудными и должны сводиться к минимуму. Это относится к мачтам, осветительным и антенным башням (рисунок 7), порталам с дорожными знаками (рисунок 8).

Рисунок 3 — Алюминиевая крышная система Межамериканского выставочного центра Сан-Паоло в Бразилии [1]

Рисунок 4 — Транспортирование вертолетом алюминиевой электрической опоры [1]

Рисунок 5 — Алюминиевые надводные конструкции нефтяных платформ [1]

Рисунок 6 — Алюминиевый мобильный пешеходный мост [1]

Рисунок 7 — Алюминиевая башня для параболических антенн [1]

Рисунок 8 — Алюминиевая конструкция для дорожных знаков и сигналов на железнодорожном переезде [2]

Химический состав алюминиевых сплавов

Особенности производства

Весь цикл производства алюминиевых листов включает в себя несколько стадий: термическая деформация, холодное волочение или прокатка.

Определенные габариты и форму листа получить несложно, потому что алюминиевые сплавы, как уже было сказано выше, являются очень пластичными. В конечной продукции не должно быть никаких трещин, пузырьков, разрывов и следов коррозии.

Также алюминий листовой классифицируется на следующие типы:

• неплакированные и плакированные изделия (плакировка может быть нормальной или же утолщенной);
• искусственно или естественно состаренные;
• без термической обработки;
• полунагартованные;
• отожженные;
• нагартованные, подвергнутые закалке и естественному старению.

Листы из алюминия — очень востребованный материал, что обусловлено общедоступностью и прекрасным эксплуатационным свойствам.

Получение

Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл. Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов. Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.

Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур. При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов. Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.

Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.

В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера. В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма. Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.

Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия. Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С). Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.

Алюминиевые сплавы в моторостроении

Детали поршневых двигателей отливают из сплавов АЛ31, АЛ5, АЛ25 и АЛ30 и так же используют деформируемые сплавы АК9, АК2, АК4, АК4-1. Детали реактивных двигателей изготавливают из АК4, АК4-1, Вд17 и литейные сплавов группы АЛ. Эти же сплавы используются в поршневых двигателях (картеры, головки цилиндров, поршни, детали топливной аппаратуры).

Основные свойства материалов для изготовления двигателей должны быть следующие:

1. небольшая плотность;
2. отличная теплопроводность, низкий температурный коэффициент линейного расширения;
3. высокая жаростойкость (устойчивость к коррозии при повышенных температурах);
4. высокая жаропрочность, сохранение всех механических свойств при высоких температурах;
5. устойчивость к постоянным вибрациям.

Указанным требованиям вполне удовлетворяет ряд алюминиевых сплавов.

Поршни из деформируемых сплавов изготовляют путем горячей деформации-ковки и штамповки, термическая.