Esimerkkejä alumiinin käytöstä. Alumiinin ja sen seosten käyttö

Koti / riidellä

Tällä hetkellä alumiinia ja sen seoksia käytetään lähes kaikilla modernin tekniikan aloilla. Alumiinin ja sen seosten tärkeimmät kuluttajat ovat lento- ja autoteollisuus, rautatie- ja vesiliikenne, koneenrakennus, sähkötekniikka ja instrumenttien valmistus, teollisuus- ja maarakennus, kemianteollisuus sekä kulutustavaroiden valmistus.

Useimmilla alumiiniseoksilla on korkea korroosionkestävyys luonnollisessa ilmakehässä, merivedessä, monien suolojen ja kemikaalien liuoksissa sekä useimmissa elintarvikkeissa. Merivedessä käytetään usein alumiiniseosrakenteita. Meripoijuja, pelastusveneitä, laivoja, proomuja on rakennettu alumiiniseoksesta vuodesta 1930. Tällä hetkellä alumiiniseoksesta valmistettujen laivojen runkojen pituus on 61 m. Alumiinisista maanalaisista putkistoista on kokemusta, alumiiniseokset kestävät hyvin maaperän korroosiota. Vuonna 1951 Alaskaan rakennettiin 2,9 kilometriä pitkä putki. 30 vuoden käytön jälkeen ei ole havaittu yhtään vuotoa tai vakavaa korroosiosta johtuvaa vauriota.

Alumiinia käytetään rakentamisessa suuria määriä verhouspaneelien, ovien, ikkunoiden karmeiden ja sähkökaapeleiden muodossa. Alumiiniseokset eivät altistu kovalle korroosiolle pitkällä aikavälillä joutuessaan kosketuksiin betonin, laastin tai rappauksen kanssa, varsinkin jos rakenteet eivät ole usein märkiä. Toistuvan kosteuden vuoksi, jos alumiinituotteiden pintaa ei ole käsitelty, se voi tummua, jopa mustua teollisuuskaupungeissa, joissa ilmassa on paljon hapettavia aineita. Tämän välttämiseksi valmistetaan erikoisseoksia kiiltävien pintojen saamiseksi kiiltävällä anodisoinnilla - levittämällä metallipinnalle oksidikalvo. Tässä tapauksessa pinnalle voidaan antaa monia värejä ja sävyjä. Esimerkiksi alumiinin ja piin seokset mahdollistavat useiden sävyjen saamisen harmaasta mustaan. Alumiinin ja kromin seokset ovat kullankeltaisia.

Alumiinijauheita käytetään myös teollisuudessa. Niitä käytetään metallurgisessa teollisuudessa: aluminotermiassa seostuslisäaineina, puolivalmisteiden valmistukseen puristamalla ja sintraamalla. Tällä menetelmällä saadaan erittäin kestäviä osia (hammaspyörät, holkit jne.). Jauheita käytetään myös kemiassa alumiiniyhdisteiden valmistukseen ja katalyyttinä (esim. eteenin ja asetonin valmistuksessa). Koska alumiini on erittäin reaktiivinen, erityisesti jauhemuodossa, sitä käytetään räjähteissä ja rakettien kiinteässä ponneaineessa hyödyntäen sen kykyä syttyä nopeasti.

Alumiinin korkean hapettumisenkestävyyden vuoksi jauhetta käytetään pigmenttinä maalauslaitteiden, kattojen, painopaperin ja auton paneelien kiiltojen pintojen pinnoitteissa. Teräs- ja valurautatuotteet on myös päällystetty alumiinikerroksella korroosion estämiseksi.

Sovelluksen laajuudessa alumiini ja sen seokset ovat toisella sijalla raudan (Fe) ja sen seosten jälkeen. Alumiinin laaja käyttö tekniikan eri aloilla ja jokapäiväisessä elämässä liittyy sen fysikaalisten, mekaanisten ja kemiallisten ominaisuuksien yhdistelmään: alhainen tiheys, korroosionkestävyys ilmakehän ilmassa, korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus, sitkeys ja suhteellisen korkea lujuus. Alumiinia on helppo käsitellä eri tavoilla - taonta, meistäminen, valssaus jne. Puhdasta alumiinia käytetään langan valmistukseen (alumiinin sähkönjohtavuus on 65,5 % kuparin sähkönjohtavuudesta, mutta alumiini on yli kolme kertaa kuparia kevyempi, joten alumiini korvaa usein kuparin sähkötekniikassa) ja pakkausmateriaalina käytettävää kalvoa. Suurin osa sulatetusta alumiinista käytetään erilaisten metalliseosten valmistukseen. Suoja- ja koristepinnoitteet levitetään helposti alumiiniseosten pinnoille.

Alumiiniseosten ominaisuuksien moninaisuus johtuu erilaisten lisäaineiden lisäämisestä alumiiniin, jotka muodostavat sen kanssa kiinteitä liuoksia tai metallien välisiä yhdisteitä. Suurin osa alumiinista käytetään kevyiden metalliseosten valmistukseen - duralumiini (94 % alumiinia, 4 % kuparia (Cu), 0,5 % kutakin magnesiumia (Mg), mangaania (Mn), rautaa (Fe) ja piitä (Si)), siluminia ( 85-90% - alumiinia, 10-14% piitä (Si), 0,1% natriumia (Na)) jne. Metallurgiassa alumiinia ei käytetä vain seosten pohjana, vaan myös yhtenä laajalti käytetyistä seosainelisäaineista seoksissa, jotka perustuvat kupariin (Cu), magnesiumiin (Mg), rautaan (Fe), >nikkeliin (Ni) jne.

Alumiiniseoksia käytetään laajalti jokapäiväisessä elämässä, rakentamisessa ja arkkitehtuurissa, autoteollisuudessa, laivanrakennuksessa, ilmailussa ja avaruusteknologiassa. Erityisesti ensimmäinen keinotekoinen maasatelliitti valmistettiin alumiiniseoksesta. Alumiinin ja zirkoniumin (Zr) seos - käytetään laajasti ydinreaktorin rakentamisessa. Alumiinia käytetään räjähteiden valmistuksessa. Käsitellessä alumiinia jokapäiväisessä elämässä on pidettävä mielessä, että vain neutraaleja (happamia) nesteitä voidaan lämmittää ja säilyttää alumiinisäiliöissä (esim. keittää vettä). Jos esimerkiksi keität hapankaalikeittoa alumiinipannussa, alumiini siirtyy ruokaan ja se saa epämiellyttävän "metallisen" maun. Koska oksidikalvo vaurioituu erittäin helposti jokapäiväisessä elämässä, alumiinisten astioiden käyttö ei ole edelleenkään toivottavaa.

Alumiinin ja sen seosten käyttö kaikentyyppisissä kuljetuksissa ja ennen kaikkea lentoliikenteessä on mahdollistanut ajoneuvojen omapainon vähentämisen ja käytön tehokkuuden dramaattisen lisäämisen ongelman. Lentokoneiden rakenteet, moottorit, lohkot, sylinterinkannet, kampikammiot ja vaihteistot valmistetaan alumiinista ja sen seoksista. Alumiinia ja sen seoksia käytetään rautatievaunujen trimmaamiseen, laivojen runkojen ja savupiippujen valmistukseen, pelastusveneiden, tutkamastojen ja käytävien valmistukseen. Alumiinia ja sen seoksia käytetään laajalti sähköteollisuudessa kaapeleiden, virtakiskojen, kondensaattoreiden ja AC-tasasuuntaajien valmistukseen. Instrumenttien valmistuksessa alumiinia ja sen seoksia käytetään filmi- ja valokuvauslaitteiden, radiopuhelinlaitteiden sekä erilaisten ohjaus- ja mittauslaitteiden valmistuksessa. Korkean korroosionkestävyyden ja myrkyllisyytensä vuoksi alumiinia käytetään laajalti vahvan typpihapon, vetyperoksidin, orgaanisten aineiden ja elintarvikkeiden tuotantoon ja varastointiin tarkoitettujen laitteiden valmistuksessa. Alumiinifolio, joka on tinaa vahvempi ja halvempi, on korvannut sen kokonaan elintarvikkeiden pakkausmateriaalina. Alumiinia käytetään yhä enemmän maataloustuotteiden purkitukseen ja varastointiin tarkoitettujen säiliöiden valmistukseen, viljamakasiinien ja muiden esivalmistettujen rakenteiden rakentamiseen. Koska alumiini on yksi tärkeimmistä strategisista metalleista, sitä, kuten sen seoksia, käytetään laajalti lentokoneiden, tankkien, tykistöjen, ohjusten, sytytyslaitteiden rakentamisessa sekä muihin tarkoituksiin sotilasvarusteissa.

Erittäin puhdasta alumiinia käytetään laajasti uusilla tekniikan aloilla - ydinenergiassa, puolijohdeelektroniikassa, tutkassa sekä metallipintojen suojaamiseen erilaisilta kemikaaleilta ja ilmakehän korroosiolta. Tällaisen alumiinin korkeaa heijastavuutta käytetään lämmitys- ja valaistusheijastimien ja peilien valmistukseen sen heijastavista pinnoista. Metallurgisessa teollisuudessa alumiinia käytetään pelkistimenä useiden metallien (esim. kromi, kalsium, mangaani) tuotannossa alumiinitermisillä menetelmillä, teräksen hapettumisenestossa ja teräsosien hitsauksessa.

Alumiinia ja sen seoksia käytetään laajalti teollisuus- ja siviilirakentamisessa rakennuskarmien, ristikon, ikkunanpuiden, portaiden jne. valmistukseen. Esimerkiksi Kanadassa alumiinin kulutus näihin tarkoituksiin on noin 30 % kokonaiskulutuksesta, USA:ssa. - yli 20 %. Tuotannon laajuudessa ja taloudellisessa merkityksessä alumiini on noussut vahvasti ensimmäiselle sijalle muiden ei-rautametallien joukossa.

Alumiini on jaksollisen järjestelmän kolmannen ryhmän kemiallinen alkuaine.

olemme D.I. Mendelejevin elementtejä. Sen sarjanumero on 13, atomimassa

26.98. Alumiinilla ei ole stabiileja isotooppeja.

Kemialliset ominaisuudet

Vuorovaikutus ei-metallien kanssa

Se on vuorovaikutuksessa hapen kanssa vain hienojakoisessa tilassa korkeissa lämpötiloissa:

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3,

reaktioon liittyy suuri lämmön vapautuminen.

Yli 200 °C:ssa se reagoi rikin kanssa muodostaen alumiinisulfidia:

2Al + 3S = Al 2S 3.

500°C:ssa – fosforin kanssa muodostaen alumiinifosfidin:

800°C:ssa se reagoi typen kanssa ja 2000°C:ssa hiilen kanssa muodostaen nitridiä ja karbidia:

2Al + N 2 = 2AlN,

4Al + 3C = Al 4 C 3.

Se reagoi kloorin ja bromin kanssa normaaleissa olosuhteissa ja jodin kanssa kuumennettaessa veden läsnä ollessa katalyyttinä:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

Ei ole suorassa vuorovaikutuksessa vedyn kanssa.

Metallien kanssa se muodostaa metalliseoksia, jotka sisältävät metallien välisiä yhdisteitä - aluminideja, esimerkiksi CuAl 2, CrAl 7, FeAl 3 jne.

Vuorovaikutus veden kanssa

Oksidikalvosta puhdistettu alumiini vuorovaikuttaa voimakkaasti veden kanssa:

2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2

Reaktion seurauksena muodostuu niukkaliukoista alumiinihydroksidia ja vapautuu vetyä.

Vuorovaikutus happojen kanssa

Reagoi helposti laimennettujen happojen kanssa muodostaen suoloja:

2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2;

2AI + 3H2S04 = AI 2(SO 4) 3 + 3H2;

8Al + 30HNO 3 = 8Al(NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O (typpi ja ammoniumnitraatti voivat myös olla typpihapon pelkistyksen tuote).

Se ei reagoi väkevän typpi- ja rikkihapon kanssa huoneenlämpötilassa; kuumennettaessa se reagoi muodostaen suolaa ja hapon pelkistystuotteen:

2AI + 6H 2SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6 H 2O;

Al + 6HNO 3 = Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2O.

Vuorovaikutus alkalien kanssa

Alumiini on amfoteerinen metalli, se reagoi helposti alkalien kanssa:

liuoksessa natrimuodostamiseksi:

2Al + 2NaOH + 10H20 = 2Na + 3H2

sulatettuna aluminaatiksi:

2Al + 6KOH = 2KA102 + 2K20 + 3H2.

Metallien talteenotto oksideista ja suoloista

Alumiini on aktiivinen metalli, joka pystyy syrjäyttämään metalleja oksideistaan. Tämä alumiinin ominaisuus on löytänyt käytännön sovellutuksen metallurgiassa:

2Al + Cr 2 O 3 = 2Cr + Al 2 O 3.

Käyttöalueet

Alumiinilla on useita ominaisuuksia, jotka erottavat sen muista metalleista. Tämä on alhainen alumiinitiheys, hyvä sitkeys ja riittävä mekaaninen lujuus, korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus. Alumiini on myrkytön, ei-magneettinen ja korroosionkestävä useille kemikaaleille. Kaikkien näiden ominaisuuksien sekä sen suhteellisen alhaisten kustannusten ansiosta muihin ei-rautametalleihin verrattuna se on löytänyt erittäin laajan sovelluksen monilla modernin tekniikan aloilla.

Merkittävä osa alumiinista käytetään seosten muodossa piin, kuparin, magnesiumin, sinkin, mangaanin ja muiden metallien kanssa. Teolliset alumiiniseokset sisältävät yleensä vähintään kaksi tai kolme seosalkuainetta, jotka lisätään alumiiniin pääasiassa mekaanisen lujuuden lisäämiseksi.

Kaikkien alumiiniseosten arvokkaimmat ominaisuudet ovat alhainen tiheys

(2,65÷2,8), korkea ominaislujuus (vetolujuus/tiheyssuhde) ja tyydyttävä ilmakehän korroosionkestävyys.

Alumiiniseokset jaetaan muokattuihin ja valuseoksiin. Muokatut metalliseokset altistetaan kuuma- ja kylmätyöstölle, joten niillä on oltava korkea sitkeys. Muokatuista seoksista käytetään laajalti duralumiineja, alumiiniseoksia kuparin, magnesiumin ja mangaanin kanssa. Alhaisen tiheyden ansiosta duralumiinin mekaaniset ominaisuudet ovat lähellä pehmeitä teräslajeja. Muotoutuvasta

alumiiniseoksia sekä puhtaasta alumiinista painekäsittelyn (valssauksen, leimaamisen) seurauksena saadaan levyjä, nauhoja, kalvoa, lankaa, eri profiileja ja putkia. Alumiinin kulutus näiden puolivalmiiden tuotteiden valmistuksessa on noin 70 % sen maailmanlaajuisesta tuotannosta.

Loput alumiinista käytetään valimoseosten, jauheiden, hapettumisenestoaineiden valmistukseen ja muihin tarkoituksiin.

Valimoseoksista valmistetaan erilaisia muotoiltuja valukappaleita. Laajalti tunnettuja alumiinipohjaisia valuseoksia ovat silumiinit, joissa pääseoslisäaine on pii (jopa 13 %).

Alumiinin ja sen seosten käyttö kaikentyyppisissä kuljetuksissa ja ennen kaikkea lentoliikenteessä on mahdollistanut ajoneuvojen omapainon vähentämisongelman ja niiden tehokkuuden dramaattisen lisäämisen.

sovellukset. Lentokoneiden rakenteet, moottorit, lohkot, sylinterinkannet, kampikammiot, vaihteistot, pumput ja muut osat valmistetaan alumiinista ja sen seoksista.

Alumiinia ja sen seoksia käytetään rautatievaunujen trimmaamiseen, laivojen runkojen ja savupiippujen valmistukseen, pelastusveneiden, tutkamastojen ja käytävien valmistukseen.

Alumiinia ja sen seoksia käytetään laajalti sähköteollisuudessa kaapeleiden, virtakiskojen, kondensaattoreiden ja AC-tasasuuntaajien valmistukseen. Instrumenttien valmistuksessa alumiinia ja sen seoksia käytetään filmi- ja valokuvauslaitteiden, radiopuhelinlaitteiden sekä erilaisten ohjaus- ja mittauslaitteiden valmistuksessa.

Korkean korroosionkestävyyden ja myrkyllisyytensä vuoksi alumiinia käytetään laajalti vahvan typpihapon, vetyperoksidin, orgaanisten aineiden ja elintarvikkeiden tuotantoon ja varastointiin tarkoitettujen laitteiden valmistuksessa. Alumiinifolio, joka on tinaa vahvempi ja halvempi, on korvannut sen kokonaan elintarvikkeiden pakkausmateriaalina. Alumiinia käytetään yhä enemmän maataloustuotteiden purkitukseen ja varastointiin tarkoitettujen säiliöiden valmistukseen, viljamakasiinien ja muiden esivalmistettujen rakenteiden rakentamiseen. Koska alumiini on yksi tärkeimmistä strategisista metalleista, sitä, kuten sen seoksia, käytetään laajalti lentokoneiden, tankkien, tykistöjen, ohjusten, sytytyslaitteiden rakentamisessa sekä muihin tarkoituksiin sotilasvarusteissa.

Erittäin puhdasta alumiinia käytetään laajasti uusilla teknologia-alueilla - ydinenergiassa, puolijohdeelektroniikassa, tutkassa sekä metallipintojen suojaamiseen erilaisilta kemikaaleilta ja ilmakehän korroosiolta. Tällaisen alumiinin korkeaa heijastavuutta käytetään lämmitys- ja valaistusheijastimien ja peilien heijastaviin pintoihin.

Metallurgisessa teollisuudessa alumiinia käytetään pelkistimenä useiden metallien (esimerkiksi kromi, kalsium, mangaani) tuotannossa aluminotermisillä menetelmillä, teräksen hapettumisenestossa ja teräsosien hitsauksessa.

Alumiinia ja sen seoksia käytetään laajalti teollisuus- ja siviilirakentamisessa rakennuskarmien, ristikkopalkkien, ikkunanpuiden, portaiden jne. valmistukseen. Tuotannon mittakaavassa ja kansantalouden merkityksessä alumiini on noussut vahvasti ensimmäiselle sijalle muiden ei-rakennusten joukossa. rautametallit.

Lähetämme sen ilmaan ja laukaisemme avaruuteen, laitamme sen laatalle, rakennamme siitä rakennuksia, teemme renkaita, sivelemme sitä iholle ja hoitamme sillä haavaumia... Etkö vielä ymmärrä? Puhumme alumiinista.

Yritä luetella kaikki alumiinin käyttötavat ja olet varmasti väärässä. Todennäköisesti et edes tiedä monien niiden olemassaolosta. Kaikki tietävät, että alumiini on lentokonevalmistajien käyttämä materiaali. Mutta entä autoteollisuus tai vaikkapa. lääke? Tiesitkö, että alumiini on elintarvikelisäaine E-137, jota käytetään yleisesti väriaineena antamaan elintarvikkeille hopeanhohtoinen sävy?

Alumiini on alkuaine, joka muodostaa helposti stabiileja yhdisteitä minkä tahansa metallin, hapen, vedyn, kloorin ja monien muiden aineiden kanssa. Tällaisten kemiallisten ja fysikaalisten vaikutusten seurauksena saadaan metalliseoksia ja yhdisteitä, jotka ovat diametraalisesti erilaisia ominaisuuksiltaan.

Alumiinioksidien ja -hydroksidien käyttö

Alumiinin käyttöalue on niin laaja, että valmistajien, suunnittelijoiden ja insinöörien suojelemiseksi tahattomilta virheiltä on maassamme alumiiniseosten merkinnän käyttö tullut pakolliseksi. Jokaiselle seokselle tai yhdisteelle on määritetty oma aakkosnumeerinen merkintä, jonka avulla ne voidaan myöhemmin lajitella ja lähettää jatkokäsittelyyn.

Yleisimmät alumiinin luonnolliset yhdisteet ovat sen oksidi ja hydroksidi. luonnossa ne esiintyvät yksinomaan mineraalien - korundin, bauksiitin, nefeliinin jne. - ja alumiinioksidin muodossa. Alumiinin ja sen yhdisteiden käyttö liittyy koruihin, kosmetologiaan, lääketieteen aloihin, kemianteollisuuteen ja rakentamiseen.

Värilliset, "puhtaat" (ei sameat) korundit ovat jalokiviä, jotka me kaikki tiedämme - rubiinit ja safiirit. Pohjimmiltaan ne ovat kuitenkin vain yleisin alumiinioksidi. Alumiinioksidin käyttö ulottuu koruteollisuuden lisäksi kemianteollisuuteen, jossa se yleensä toimii adsorbenttina, sekä keraamisten astioiden valmistukseen. Keraamisilla padoilla, kattiloilla ja kupeilla on merkittäviä lämmönkestäviä ominaisuuksia juuri niiden sisältämän alumiinin ansiosta. Alumiinioksidia on käytetty myös materiaalina katalyyttien valmistuksessa. Betoniin lisätään usein alumiinioksideja kovettumisen parantamiseksi ja lasista, johon on lisätty alumiinia, tulee lämmönkestävää.

Luettelo alumiinihydroksidin sovelluksista näyttää vieläkin vaikuttavammalta. Koska alumiinihydroksidi pystyy imemään happoa ja sillä on katalyyttinen vaikutus ihmisen immuunijärjestelmään, sitä käytetään lääkkeiden ja rokotteiden valmistuksessa hepatiittityyppejä A ja B sekä tetanusinfektiota vastaan. Ne myös hoitavat munuaisten vajaatoimintaa, jonka aiheuttaa suuri määrä fosfaatteja kehossa. Kun alumiinihydroksidi on joutunut kehoon, se reagoi fosfaattien kanssa ja muodostaa niiden kanssa erottamattomia sidoksia, minkä jälkeen se poistuu luonnollisesti kehosta.

Hydroksidia lisätään sen erinomaisen liukenevuuden ja myrkyttömyyden vuoksi usein hammastahnaan, shampoon, saippuaan, sekoitettuna aurinkovoiteisiin, ravitseviin ja kosteuttaviin kasvo- ja vartalovoiteisiin, antiperspirantteihin, toniceihin, puhdistusemulsioihin, vaahtoon jne. Tarvittaessa värjää kangas tasaisesti ja pysyvästi, sitten väriaineeseen lisätään hieman alumiinihydroksidia ja väri kirjaimellisesti "syövytetään" materiaalin pintaan.

Alumiinikloridien ja sulfaattien käyttö

Kloridit ja sulfaatit ovat myös erittäin tärkeitä alumiiniyhdisteitä. Alumiinikloridia ei esiinny luonnossa, mutta sitä on melko helppo saada teollisesti bauksiitista ja kaoliinista. Alumiinikloridin käyttö katalyyttinä on melko yksipuolista, mutta käytännössä korvaamatonta öljynjalostusteollisuudelle.

Alumiinisulfaatteja esiintyy luonnollisesti mineraaleina vulkaanisissa kivissä ja ne tunnetaan kyvystään imeä vettä ilmasta. Alumiinisulfaatin käyttö ulottuu kosmetiikka- ja tekstiiliteollisuudelle. Ensimmäisessä se toimii lisäaineena antiperspiranteissa, toisessa - väriaineen muodossa. Alumiinisulfaatin käyttö hyönteiskarkotteissa on mielenkiintoista. Sulfaatit eivät vain karkoita hyttysiä, kärpäsiä ja kääpiöitä, vaan myös nukuttavat puremakohtaa. Kuitenkin konkreettisista eduista huolimatta alumiinisulfaatilla on moniselitteinen vaikutus ihmisten terveyteen. Alumiinisulfaatin hengittäminen tai nieleminen voi aiheuttaa vakavan myrkytyksen.

Alumiiniseokset - pääsovellukset

Keinotekoisesti valmistetuilla alumiiniyhdisteillä metallien (seosten) kanssa, toisin kuin luonnollisilla muodostelmilla, voi olla valmistajan itsensä toivomat ominaisuudet - riittää, että muutetaan seosaineiden koostumusta ja määrää. Nykyään on lähes rajattomat mahdollisuudet alumiiniseosten valmistukseen ja niiden käyttöön.

Tunnetuin alumiiniseosten käyttöteollisuus on lentokoneiden valmistus. Lentokoneet on lähes kokonaan valmistettu alumiiniseoksesta. Sinkin, magnesiumin ja alumiinin seokset tarjoavat ennennäkemättömän lujuuden, joita käytetään lentokoneiden kuorissa ja rakenneosissa.

Alumiiniseoksia käytetään vastaavasti laivojen, sukellusveneiden ja pienten jokien rakentamisessa. Tässä on edullisinta tehdä päällysrakennerakenteet alumiinista, ne vähentävät aluksen painoa yli puoleen luotettavuudestaan tinkimättä.

Kuten lentokoneet ja laivat, autot ovat yhä enemmän "alumiinisia" joka vuosi. Alumiinia ei käytetä vain korin osissa, vaan nyt myös rungoissa, palkkeissa, pilareissa ja ohjaamon paneeleissa. Alumiiniseosten kemiallisen inerttisyyden, alhaisen korroosioalttiuden ja lämmöneristysominaisuuksien vuoksi nestemäisten tuotteiden kuljetussäiliöt valmistetaan alumiiniseoksista.

Alumiinin käyttö teollisuudessa on laajalti tunnettua. Öljyn ja kaasun tuotanto ei olisi sitä mitä se on nykyään, ellei se olisi erittäin korroosionkestäviä, kemiallisesti inerttejä alumiiniseoksista valmistettuja putkistoja. Alumiinista valmistetut porat painavat useita kertoja vähemmän, joten niitä on helppo kuljettaa ja asentaa. Ja tässä puhumattakaan kaikenlaisista säiliöistä, kattiloista ja muista konteista...

Kattilat, pannut, uunipellit, kauhat ja muut kodin välineet valmistetaan alumiinista ja sen seoksista. Alumiiniset astiat johtavat hyvin lämpöä, lämpenevät erittäin nopeasti, ovat helppoja puhdistaa eivätkä vahingoita terveyttä tai ruokaa. Paistamme lihaa uunissa ja paistamme piirakat alumiinifoliolla, öljyt ja margariinit, juustot, suklaa ja karkit pakataan alumiiniin.

Erittäin tärkeä ja lupaava alue on alumiinin käyttö lääketieteessä. Aiemmin mainittujen käyttötarkoitusten (rokotteet, munuaislääkkeet, adsorbentit) lisäksi tulee mainita myös alumiinin käyttö haava- ja närästyslääkkeissä.

Kaikesta yllä olevasta voidaan tehdä yksi johtopäätös - alumiinilaadut ja niiden sovellukset ovat liian erilaisia, jotta niille voitaisiin omistaa yksi pieni artikkeli. Alumiinista on parempi kirjoittaa kirjoja, koska sitä ei turhaan kutsuta "tulevaisuuden metalliksi".

Kevyimpana ja sitkeimpana metallina sillä on laaja käyttöalue. Se kestää korroosiota, sillä on korkea sähkönjohtavuus ja se kestää helposti äkillisiä lämpötilanvaihteluja. Toinen ominaisuus on, että joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa sen pinnalle ilmestyy erityinen kalvo, joka suojaa metallia.

Kaikki nämä, samoin kuin muut ominaisuudet, vaikuttivat sen aktiiviseen käyttöön. Joten selvitetään tarkemmin, mitä alumiinia käytetään.

Tätä rakennemetallia käytetään laajasti. Varsinkin sen käytön myötä lentokonevalmistus, rakettitiede, elintarviketeollisuus ja astioiden valmistus aloittivat työnsä. Ominaisuuksiensa ansiosta alumiini mahdollistaa laivojen paremman ohjattavuuden alhaisemman painonsa ansiosta.

Alumiinirakenteet ovat keskimäärin 50 % kevyempiä kuin vastaavat terästuotteet.

Erikseen on syytä mainita metallin kyky johtaa virtaa. Tämän ominaisuuden ansiosta siitä tuli sen tärkein kilpailija. Sitä käytetään aktiivisesti mikropiirien valmistuksessa ja mikroelektroniikan alalla yleensä.

Suosituimpia käyttöalueita ovat mm.

Lentokoneiden valmistus: pumput, moottorit, kotelot ja muut elementit;
Rakettitiede: rakettipolttoaineen palavana komponenttina;
Laivanrakennus: rungot ja kansirakenteet;
Elektroniikka: johdot, kaapelit, tasasuuntaajat;
Puolustustuotanto: konekiväärit, tankit, lentokoneet, erilaiset laitteistot;
Rakenne: portaat, kehykset, viimeistely;
Rautatiealue: öljytuotteiden säiliöt, osat, autojen rungot;
Autoteollisuus: puskurit, jäähdyttimet;
Kotitalous: folio, astiat, peilit, pienet kodinkoneet;

Sen laaja jakautuminen selittyy metallin eduilla, mutta sillä on myös merkittävä haittapuoli - alhainen lujuus. Sen minimoimiseksi metalliin lisätään myös magnesiumia.

Kuten jo ymmärrät, alumiinia ja sen yhdisteitä käytetään pääasiassa sähkötekniikassa (ja yksinkertaisesti tekniikassa), jokapäiväisessä elämässä, teollisuudessa, koneenrakennuksessa ja ilmailussa. Nyt puhumme alumiinimetallin käytöstä rakentamisessa.

Tämä video kertoo alumiinin ja sen seosten käytöstä:

Käyttö rakentamisessa

Ihmisten alumiinin käyttö rakennusalalla määräytyy sen korroosionkestävyyden perusteella. Näin siitä voidaan tehdä rakenteita, jotka on suunniteltu käytettäväksi aggressiivisissa ympäristöissä sekä ulkona.

Katon materiaalit

Alumiinia käytetään aktiivisesti. Tällä peltimateriaalilla on hyvien koristeellisten, kantavien ja sulkevien ominaisuuksiensa lisäksi myös edullinen hinta muihin kattomateriaaleihin verrattuna. Lisäksi tällainen katto ei vaadi ennakoivaa tarkastusta tai korjausta, ja sen käyttöikä ylittää monet olemassa olevat materiaalit.

Lisäämällä muita metalleja puhtaaseen alumiiniin saat mitä tahansa koristeellisia ominaisuuksia. Tämä katto mahdollistaa laajan värivalikoiman, joka sopii täydellisesti yleiseen tyyliin.

Ikkunapuitteet

Alumiinia löytyy lyhtyjen ja ikkunoiden karmeista. Jos sitä käytetään samaan tarkoitukseen, se osoittautuu epäluotettavaksi ja lyhytikäiseksi materiaaliksi.

Teräs peittyy nopeasti korroosiolla, sillä on suuri sidepaino ja sitä on hankala avata. Alumiinirakenteilla puolestaan ei ole tällaisia haittoja.

Alla oleva video kertoo alumiinin ominaisuuksista ja käytöstä:

Seinäpaneelit

Alumiinipaneelit on valmistettu tämän metallin seoksista ja niitä käytetään talojen ulkokoristeluun. Ne voivat olla tavallisia leimattuja levyjä tai valmiita kotelopaneeleja, jotka koostuvat levyistä, eristyksestä ja verhouksesta. Joka tapauksessa ne säilyttävät lämpöä talon sisällä niin paljon kuin mahdollista, eivätkä ne kestä perustuksen kuormitusta, koska ne ovat kevyitä.

Alumiinia käytetään siihen perustuvien tuotteiden ja seosten valmistukseen.

Lejeeraus on prosessi, jossa sulatteeseen lisätään lisäelementtejä, jotka parantavat perusmateriaalin mekaanisia, fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia. Lejeeraus on yleinen käsite useista teknisistä toimenpiteistä, jotka suoritetaan metallimateriaalin saamisen eri vaiheissa metallurgisten tuotteiden laadun parantamiseksi.

Erilaisten esittely seosaineita alumiinissa muuttaa merkittävästi sen ominaisuuksia ja joskus antaa sille uusia erityisominaisuuksia.

Puhtaan alumiinin lujuus ei täytä nykyajan teollisia tarpeita, joten teollisuuteen tarkoitettujen tuotteiden valmistuksessa ei käytetä puhdasta alumiinia, vaan sen seoksia.

Eri dopingilla ne lisääntyvät lujuus, kovuus, lämmönkestävyys hankitaan ja muita ominaisuuksia. Samalla tapahtuu ei-toivottuja muutoksia: se väistämättä vähenee sähkönjohtavuus, monissa tapauksissa pahenee korroosionkestävyys, lisääntyy lähes aina suhteellinen tiheys. Poikkeuksena on seostus mangaanilla, joka ei vain vähennä korroosionkestävyyttä, vaan jopa lisää sitä hieman, ja magnesium, joka myös lisää korroosionkestävyyttä (jos se ei ole yli 3%) ja vähentää suhteellista tiheyttä, koska se on kevyempi kuin alumiinia.

Alumiiniseokset

Alumiiniseokset jaetaan kahteen ryhmään tuotteiden valmistusmenetelmän mukaan:
1) muotoutuva (sillä on korkea plastisuus kuumennettaessa),
2) valimo (on hyvä juoksevuus).

Tämä jako heijastaa metalliseosten teknisiä perusominaisuuksia. Näiden ominaisuuksien saavuttamiseksi alumiiniin lisätään erilaisia materiaaleja. seosaineita ja erisuuruisina määrinä.

Molempien seosten valmistuksen raaka-aineet eivät ole vain teknisesti puhdasta alumiinia, vaan myös alumiinin kaksoiseoksia piin kanssa, jotka sisältävät 10-13 % Si ja eroavat hieman toisistaan raudan, kalsiumin epäpuhtauksien määrässä. , titaani ja mangaani. Epäpuhtauksien kokonaispitoisuus niissä on 0,5-1,7 %. Näitä seoksia kutsutaan silumiineiksi. Muokattujen metalliseosten saamiseksi alumiiniin lisätään pääasiassa liukenevia seosaineita määrinä, jotka eivät ylitä niiden liukoisuusrajaa korkeissa lämpötiloissa. Paineen alaisena kuumennettaessa muotoaan muuttavilla metalliseoksilla tulee olla homogeeninen kiinteä liuosrakenne, joka tarjoaa suurimman sitkeyden ja pienimmän lujuuden. Tämä määrittää niiden hyvän työstettävyyden paineen alla.

Tärkeimmät seosaineet erilaisissa muokatuissa seoksissa ovat kuparia, magnesiumia, mangaania ja sinkkiä; lisäksi piitä, rautaa, nikkeliä ja joitain muita alkuaineita lisätään myös suhteellisen pieninä määrinä.

Duralumiini - alumiinin ja kuparin seokset

Tyypillisiä karkaistuja metalliseoksia ovat duralumiini - alumiini-kupariseokset, jotka sisältävät pysyviä piin ja raudan epäpuhtauksia ja jotka voidaan seostaa magnesiumin ja mangaanin kanssa. Kuparin määrä niissä on 2,2-7 %.

Kuparia liukenee alumiiniin 0,5 % huoneenlämmössä ja 5,7 % eutektisessa lämpötilassa 548 C.

Duralumiinin lämpökäsittely koostuu kahdesta vaiheesta. Se kuumennetaan ensin liukoisuusrajan yläpuolelle (yleensä noin 500 C). Tässä lämpötilassa sen rakenne on homogeeninen kiinteä kupariliuos alumiinissa. Kovettamalla, ts. nopea jäähdytys vedessä, tämä rakenne on kiinnitetty huoneenlämpötilaan. Tässä tapauksessa liuos ylikyllästyy. Tässä tilassa ts. kovettuneessa tilassa duralumiini on erittäin pehmeää ja taipuisaa.

Kovetetun duralumiinin rakenne on vähän stabiili ja siinä tapahtuu spontaaneja muutoksia jopa huoneenlämpötilassa. Nämä muutokset kiteytyvät siihen tosiasiaan, että ylimääräisen kuparin atomit ryhmitellään liuoksessa järjestykseen, joka on lähellä kemiallisen yhdisteen CuAl kiteille ominaista järjestystä. Kemiallista yhdistettä ei ole vielä muodostunut, varsinkaan erotettu kiinteästä liuoksesta, mutta atomien epätasaisesta jakautumisesta kiinteän liuoksen kidehilassa tapahtuu siinä vääristymiä, jotka johtavat merkittävään kovuuden ja lujuuden lisääntymiseen. samanaikainen lejeeringin sitkeyden heikkeneminen. Prosessia, jossa muutetaan kovetetun metalliseoksen rakennetta huoneenlämpötilassa, kutsutaan luonnollinen ikääntyminen.

Luonnollinen vanheneminen tapahtuu erityisen intensiivisesti ensimmäisten tuntien aikana, mutta se on täysin valmis, jolloin seoksesta saadaan maksimaalinen lujuus 4-6 päivän kuluttua. Jos seos kuumennetaan 100-150 C:een, niin keinotekoinen ikääntyminen. Tässä tapauksessa prosessi tapahtuu nopeasti, mutta kovettumista tapahtuu vähemmän. Tämä selittyy sillä, että korkeammassa lämpötilassa kupariatomien diffuusioliikkeet tapahtuvat helpommin, jolloin CuAl-faasi muodostuu kokonaan ja erottuu kiinteästä liuoksesta. Tuloksena olevan faasin vahvistava vaikutus osoittautuu pienemmäksi kuin luonnollisen ikääntymisen aikana tapahtuvan kiinteän liuoshilan vääristymisen vaikutus.

Duralumiinin ikääntymisen tulosten vertailu eri lämpötiloissa osoittaa, että maksimaalinen vahvistuminen saavutetaan luonnollisella ikääntymisellä neljän päivän ajan.

Alumiiniseokset mangaanin ja magnesiumin kanssa

Kovettamattomista alumiiniseoksista Al-Mn- ja Al-Mg-pohjaiset seokset ovat saavuttaneet suurimman merkityksen.

Mangaani ja magnesium, kuten kuparilla, on rajoitettu liukoisuus alumiiniin, mikä heikkenee lämpötilan laskiessa. Kovettumisvaikutus niiden lämpökäsittelyn aikana on kuitenkin pieni. Tämä selitetään seuraavasti. Enintään 1,9 % Mn:a sisältävien metalliseosten valmistuksessa tapahtuvan kiteytysprosessin aikana kiinteästä liuoksesta vapautuvan mangaanin ylimäärän pitäisi muodostaa alumiinin kanssa siihen liukeneva kemiallinen yhdiste Al (MnFe), joka on alumiiniin liukenematon. Näin ollen myöhempi kuumennus rajoittavan liukoisuusviivan yläpuolelle ei takaa homogeenisen kiinteän liuoksen muodostumista, vaan seos pysyy heterogeenisena, joka koostuu kiinteästä liuoksesta ja Al (MnFe) -hiukkasista, mikä johtaa sammutuksen ja myöhemmän vanhenemisen mahdottomuuteen.

Al-Mg-järjestelmän tapauksessa syy kovettumisen puutteeseen lämpökäsittelyn aikana on erilainen. Magnesiumpitoisuudella enintään 1,4 % ei voi tapahtua kovettumista, koska näissä rajoissa se liukenee alumiiniin huoneenlämpötilassa eikä ylimääräisiä faaseja saostu. Korkeammalla magnesiumpitoisuudella kovettuminen, jota seuraa kemiallinen vanheneminen, johtaa ylimääräisen faasin - kemiallisen yhdisteen MgAl - vapautumiseen.

Tämän yhdisteen ominaisuudet ovat kuitenkin sellaiset, että sen eristämistä edeltävät prosessit ja sitten tuloksena olevat sulkeumat eivät aiheuta havaittavaa vahvistavaa vaikutusta. Tästä huolimatta sekä mangaanin että magnesiumin lisääminen alumiiniin on hyödyllistä. Ne lisäävät sen lujuutta ja korroosionkestävyyttä (magnesiumpitoisuus enintään 3%). Lisäksi magnesiumseokset ovat kevyempiä kuin puhdas alumiini.

Muut seosaineet

Lisäksi joidenkin alumiinin ominaisuuksien parantamiseksi seosaineelementteinä käytetään seuraavia:

Berylliumia lisätään vähentämään hapettumista korotetuissa lämpötiloissa. Pieniä berylliumlisäyksiä (0,01-0,05 %) käytetään alumiinivaluseoksissa sujuvuuden parantamiseksi polttomoottorin osien (mäntien ja sylinterinkansien) tuotannossa.

Booria käytetään lisäämään sähkönjohtavuutta ja jalostuslisäaineena. Booria lisätään ydinenergiassa käytettäviin alumiiniseoksiin (paitsi reaktorin osiin), koska se absorboi neutroneja ja estää säteilyn leviämisen. Booria lisätään keskimäärin 0,095-0,1 %.

Vismutti. Metalleja, joilla on alhainen sulamispiste, kuten vismutti, lyijy, tina ja kadmium, lisätään alumiiniseoksiin koneistettavuuden parantamiseksi. Nämä elementit muodostavat pehmeitä, sulavia faaseja, jotka edistävät lastun haurautta ja leikkurin voitelua.

Seoksiin lisätään galliumia 0,01 - 0,1 %, josta sitten valmistetaan kuluvia anodeja.

Rauta. Sitä käytetään pieninä määrinä (> 0,04 %) lankojen valmistuksessa lujuuden lisäämiseksi ja virumisominaisuuksien parantamiseksi. Rauta myös vähentää tarttumista muotin seinämiin, kun se valutetaan kylmämuottiin.

Indium. Lisäys 0,05 - 0,2 % vahvistaa alumiiniseoksia vanhenemisen aikana, erityisesti kun kuparipitoisuus on alhainen. Indium-lisäaineita käytetään alumiini-kadmium-laakeriseoksissa.

Kadmium. Noin 0,3 % kadmiumia lisätään lisäämään lujuutta ja parantamaan seosten korroosioominaisuuksia.

Kalsium lisää plastisuutta. Kalsiumpitoisuuden ollessa 5 % lejeeringillä on superplastisuusvaikutus.

Pii on eniten käytetty lisäaine valimoseoksissa. 0,5-4 %:n määrä vähentää halkeilua. Piin ja magnesiumin yhdistelmä mahdollistaa metalliseoksen kuumasaumauksen.

Tina parantaa leikkaustehoa.

Titaani. Titaanin päätehtävänä seoksissa on jalostaa rakeita valuissa ja harkoissa, mikä lisää huomattavasti ominaisuuksien lujuutta ja tasaisuutta koko tilavuuden läpi.

Alumiiniseosten käyttö

Useimmilla alumiiniseoksilla on korkea korroosionkestävyys luonnollisessa ilmakehässä, merivedessä, monien suolojen ja kemikaalien liuoksissa sekä useimmissa elintarvikkeissa. Jälkimmäinen ominaisuus yhdistettynä siihen, että alumiini ei tuhoa vitamiineja, mahdollistaa sen laajan käytön astioiden valmistuksessa. Merivedessä käytetään usein alumiiniseosrakenteita. Alumiinia käytetään rakentamisessa suuria määriä verhouspaneelien, ovien, ikkunoiden karmeiden ja sähkökaapeleiden muodossa. Alumiiniseokset eivät altistu kovalle korroosiolle pitkällä aikavälillä joutuessaan kosketuksiin betonin, laastin tai rappauksen kanssa, varsinkin jos rakenteet eivät ole usein märkiä. Myös alumiinia käytetään laajasti koneenrakennuksessa, koska on hyvät fyysiset ominaisuudet.

Mutta tärkein toimiala, joka on tällä hetkellä yksinkertaisesti mahdotonta ajatella ilman alumiinin käyttöä, on tietysti ilmailu. Ilmailussa kaikki alumiinin tärkeät ominaisuudet käytettiin täydellisimmin