Где используется алюминий?

Алюминий: сфера применения

Одним из самых популярных металлов и наиболее часто применяемым в быту, строительстве, ремонте, медицине и других сферах является алюминий. Это легкий и пластичный материал, распространенное химическое соединение, которое содержится в земной коре.

Алюминий имеет ряд преимуществ:

1. Устойчив к коррозии.
2. Подвержен штамповке.
3. В своих соединениях не токсичен, не выделяет вредных веществ, экологически безопасен.
4. Обладает электропроводимостью.
5. Не теряет своих свойств и не портится при резких перепадах температуры.
6. При взаимодействии с воздухом на поверхности алюминия образуется твердая пленка, которая замедляет процесс естественного старения.

Почти все знают, что алюминий используется в авиастроении, однако мало кто знает, что он также используется и в автомобилестроении, и в медицине в качестве составляющих лекарств, и в пищевой промышленности (распространенная добавка Е-137, используемая как краситель, который придает продуктам серебристый оттенок).

Каждый конкретный сплав или соединение алюминия подвергается буквенно-цифровой классификации. Это упрощает процесс сортировки и помогает использовать каждое соединение согласно своему назначению.

Области применения оксидов и гидроксидов алюминия

Оксид и гидроксид алюминия – наиболее распространенные соединения этого металла. В природе они имеются только в виде минералов – корунды, бокситы, нефелины.

1. Ювелирная сфера. Корунды, незамутненные и чистые – это известные во всем мире драгоценности – рубины и сапфиры.
2. В химической промышленности эти соединения служат адсорбентом, также используются в производстве керамической посуды: котелки, ковши, чашки, кастрюли обладают повышенной жаропрочностью именно благодаря алюминию. Оксид алюминия применяется и для производства катализаторов. Кроме того, его иногда добавляют в бетон – для лучшего затвердевания, в стекло – для жаропрочности материала.
3. Гидроксид алюминия активно используется в медицине (разнообразные лекарства, вакцины от гепатитов «А» и «В») – во внимание фармацевтов попадают его свойства поглощать кислоту и каталитически воздействовать на иммунитет человека. Это соединение быстро выводит фосфаты из организма, что позволяет эффективно лечить почечную недостаточность.
4. Косметическая сфера. Так как соединения алюминия экологически чистые, абсолютно безопасны для окружающей среды, здоровья и жизни человека, то его часто добавляют в шампуни, солнцезащитные и увлажняющие крема для лица и тела, зубную пасту, мыло, косметические маски и лосьоны, тоники, пенки и антиперсперанты.

Области применения хлоридов и сульфатов алюминия

Хлорид алюминия не встречается в чистом виде, его получают искусственным путем из бокситов и каолинов. Больше всего его используют в нефтеперерабатывающей промышленности.

Сульфаты алюминия активно применяются в косметической сфере – в качестве добавки к косметическим средствам (например, антиперсперантам), и текстильной – в качестве красителя тканей, промышленности. Кроме того, соединение можно использовать как защиту от насекомых – комаров, мух, мелких мошек. Сульфаты алюминия способы и обезболить место укуса. Тем не менее, это соединение небезвредно для человека, при длительном контакте (если вдохнуть или проглотить его) возможно серьезное отравление.

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.

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.

Основные области применения алюминия и его сплавов

Данный конструкционный металл имеет широкое распространение. В частности именно с его использования начали свою работу авиастроение, ракетостроение, пищевая промышленность и изготовление посуды. Благодаря своим особенностям алюминий позволяет улучшить маневренность судов за счет меньшей массы.

Отдельно стоит упомянуть способность металла проводить ток. Такая особенность позволила сделать его главным конкурентом меди. Он активно применяется при производстве микросхем и в целом в области микроэлектроники.

Наиболее популярными сферами использования можно назвать:

• Авиастроение: насосы, двигатели, корпуса и прочие элементы;
• Ракетостроение: как горючий компонент для ракетного топлива;
• Судостроение: корпуса и палубные надстройки;
• Электроника: провода, кабели, выпрямители;
• Оборонное производство: автоматы, танки, самолеты, различные установки;
• Строительство: лестницы, рамы, отделка;
• Область ЖД: цистерны для нефтепродуктов, детали, рамы для вагонов;
• Автомобилестроение: бампера, радиаторы;
• Быт: фольга, посуда, зеркала, мелкие приборы;

Широкое распространение объясняется преимуществами металла, однако есть у него и существенный недостаток – это невысокая прочность. Чтобы минимизировать его, в металл добавляется медь и магний.

Как вы уже поняли, основное свое применение получили алюминий и его соединения в электротехнике (и просто технике), быту, промышленности, машиностроении, авиации. Теперь же мы поговорим о применении металла алюминия в строительстве.

О применении алюминия и его сплавах расскажет это видео:

Использование в строительстве

Использование алюминия человеком в области строительства обуславливается его устойчивостью к коррозии. Это дает возможность изготавливать из него конструкции, которые планируется использовать в агрессивных средах, а также на открытом воздухе.

Кровельные материалы

Алюминий активно используется для производства кровли. Этот листовой материал помимо хороших декоративных, несущих и ограждающих особенностей, отличается и доступной стоимостью по сравнению с остальными кровельными материалами. При этом такая кровля не требует профилактического осмотра или ремонта, а срок ее службы превышает многие существующие материалы.

При добавлении в чистый алюминий других металлов можно получить абсолютно любые декоративные особенности. Такая кровля позволяет иметь широкую цветовую гамму, которая идеально впишется в общий стиль.

Оконные переплеты

Можно встретить алюминий среди фонарных и оконных переплетов. Если с аналогичной целью использовать древесину, то она проявит себя как ненадежный и недолговечный материал.

Сталь же быстро покроется коррозией, будет иметь большой вес переплета и неудобства в его открытии. В свою очередь алюминиевые конструкции такими недостатками не обладают.

О свойствах и использовании алюминия расскажет видеоролик ниже:

Стеновые панели

Алюминиевые панели производятся из сплавов этого металла и используются для внешней отделки домов. Они могут иметь вид обычных штампованных листов или готовых ограждающих панелей, состоящих из листов, утеплителя и облицовки. В любом случае они максимально сдерживают тепло внутри дома и, обладая небольшим весом, не несут нагрузку на фундамент.

Отдельной характеристики заслуживает применение сплава алюминия разных марок.

Соединения металла

Сплавы получается в результате искусственного добавления к алюминию других металлов с целью получения необходимых свойств. И на сегодняшний момент существует нескончаемое количество составов таких сплавов, имеющих самое широкое применение.

• Наиболее известной сферой их применения является авиастроение. Для производства самолетов используются сплавы, состоящие из алюминия, цинка и магния, что в результате позволяет получить сверхпрочный и надежный материал.
• Также нередко используются сплавы алюминия с железом, титаном, никелем.

Если вы захотите самостоятельно изготовить что-либо из алюминия, то следующее видео расскажет вам о его расплавке в домашних условиях:

Алюминий: свойства, как добывают, сферы применения, инвестиции в металл

Алюминий – один из самых распространенных металлов в земной коре.

• Исторические факты
• Нахождение в природе
• Как получают алюминий
• Физические и химические свойства
• Где и как производят алюминий
• Сферы применения металла
  • Применение в качестве восстановителя
  • Виды сплавов
  • Алюминий в ювелирных изделиях
  • Другие сферы применения
• Токсичность металла
• Алюминий в инвестициях
• Интересные факты об алюминии

Алюминий обладает серебристо-белым окрасом, легкой массой и высокой электропроводностью. Плавится металл при температуре 660 °С. Среди плюсов отмечают низкую плотность, достаточно высокую прочность, отличную проводимость тепла, стойкость к коррозии.

Благодаря этому считается одним самых важных технических металлов. Алюминиевые сплавы получают литейным, деформируемым и другими способами.

Исторические факты

Впервые об этом металле упоминается во времена римского императора Тиберия. Неизвестно, миф это или правда, но правителю в дар принесли чашу из очень легкого металла, визуально похожего на серебро. Испугавшись, что новый материал обесценит лежавшее в казне золото и серебро, он казнил изобретателя и уничтожил работы из алюминия. Заговорили вновь о легком серебристом металле спустя полторы тысячи лет. Известный немецкий врач и испытатель Парацельс фон Гогенгейм открыл алюминий в процессе исследования квасцовой земли. В то время её называли глиноземом.

Нахождение в природе

Одним из самых распространенных среди металлов считается алюминий. Он занимает 8,8 % всей массы земной коры. Его соединения – боксит, алюмосиликаты, корунд. Большую часть земной коры составляют алюмосиликаты. Боксит относится к горным породам, из которого добывают алюминий.

Практически весь металл алюминий в природе находится лишь в соединения. В редких случаях находят чистый металлический алюминий в очень маленьких количествах. Среди основных соединений стоит отметить такие:

• Бокситы;
• Нефелины;
• Алуниты;
• Глиноземы;
• Корунд;
• Полевые шпаты;
• Каолинит;
• Берилл;
• Хризоберилл.

Также его находят в природных водах в форме низкотоксичных соединений, таких как фторид. Чистый алюминий включает только устойчивый изотоп 27 AI.

Как получают алюминий

Химический элемент алюминий достаточно сложно получить в чистом виде. Для получения алюминия потребуется провести множество этапов по отделению его от других элементов. Как получают алюминий? Сам процесс состоит из нескольких этапов: измельчение бокситной руды и добыча глинозема, получение конечного элемента из него. Другими словами его называют кристаллической окисью алюминия, которую электролизуют в криолите. Температура плавления 960 — 970 °С. Для этой процедуры требуется большое количество электроэнергии, поэтому производство вещества часто находится вблизи масштабных электростанций.

Физические и химические свойства

Основные физические свойства алюминия заключаются в высокой теплопроводности, практически в два раза больше чем сталь. Кроме того он имеет плотность в три раза меньше, чем у железа и цинка. И ко всему этому стоит добавить высокую прочность материала. Алюминий реагирует с такими веществами: медь, магний, кремний и другие.

Химические свойства алюминия:

• Образование соединений ионного и ковалентного вида;
• Высокая энергия ионизации;
• Высокая плотность заряда наряду с катионами других подобных материалов;
• Слабая подверженность коррозии;
• Реакция с кислородом, галогенами, неметаллами, фтором, серой, азотом, углеродом, водой.

Где и как производят алюминий

Добыча и производство алюминия в целом состоит из трех стадий. Первый и второй этапы – выработка бокситов и образование из них глинозема. На последнем из глинозема получают чистый материал в процессе электролиза. На 4-5 тонн алюминийсодержащей руды приходится 2 глинозема и 1 алюминий.

Добыча алюминия в мире может производиться из других алюминиевых руд, но самыми распространенными считаются бокситы. Основа их — оксид алюминия и других минералов. Качество определяется высоким содержанием металла. Общий мировой запас алюминиевых руд составляет более 18 миллиардов тонн. Учитывая теперешнюю добычу алюминия в мире по странам, его должно хватит более чем на один век.

Большая часть бокситов находится в странах с тропическим поясом. Только 73 % приходится на Индию, Гвинею и Австралию. Больше всего бокситов сосредоточено в Гвинее. Они имеют высокое качество и минимум минеральных примесей. По подсчетам 2014 года отмечают такие страны — лидеры по добыче алюминия: Китай, Австралия, Бразилия, Гвинея, Индия, Ямайка, Россия и Казахстан.

Как правило, добыча алюминия осуществляется открытым методом. При помощи специального оборудования убирают слой земной коры, которая перевозится для следующего этапа переработки. Есть точки добычи руды с глубоким залеганием. Для получения ее приходится сооружать шахты. Самая глубокая шахта находится в России. Глубина ее составляет 1550 метров.

Россия по добыче алюминия находится на 7 месте мирового рейтинга. В этой стране существует более пятидесяти месторождений. Одним из самых старых считается Радынское, находящееся в Ленинградской области. Среди всех мест добычи алюминия в России выделяют «Красную шапочку», Кальинское, Ново-Кальинское в Североуральске, Черемузовское в Свердловской области. Наша страна славится также большим разнообразием заводов-производителей металла. Наиболее крупным в России и не только является «Русал», который производит более 3 миллионов тонн металла.

Сферы применения металла

Алюминий получил широкое применение в качестве конструкционного материала. Главные преимущества его – легкая масса, гибкость штамповки, устойчивость к коррозии, высокий уровень тепло или электропроводности, нетоксичность соединений. Именно эти достоинства привели к его широкому использованию в производстве посуды для кухни, упаковочной тары и фольги для пищевой отрасли.

Говоря о недостатках, следует в первую очередь отметить невысокую прочность. Поэтому в алюминий стали добавлять малую долю меди и магния. Также материал успешно применяется в производстве электротехники, поскольку его электропроводность на высоком уровне. Единственный минус – сложность пайки из-за прочной оксидной пленки.

Легкий металл используется в разных видах транспорта. В сфере авиации он является главным конструкционным материалом. Применение алюминия коснулось и область судостроения. При помощи сплавов из него производят корпусы, палубы и оборудование для суден.

Применение в качестве восстановителя

Алюминий успешно применяется в качестве восстановителя. Алюминиевое восстановление металлов достаточно распространено. Выплавка алюминия позволяет восстанавливать редкие виды металлов. Также его применяют для пиротехники.

Виды сплавов

Для производства конструктивных материалов требуется большая прочность. Алюминий таковой не обладает, поэтому его соединяют с другими химическими элементами в меньшем количестве. Самые распространенные сплавы:

1. Алюминиево-магниевые. Отличаются высокой прочностью, гибкостью, устойчивостью к коррозии, вибростойкостью и свариваемостью. Процент магний в сплавах составляет не более 6 %.
2. Алюминиево-марганцевые. Обладают также высокой прочностью, пластичностью, неподверженностью коррозии и свариваемостью.
3. Алюминиево-медные. Одни из самых высокотехнологичных. Улучшенный вариант низкоуглеродистых сталей. Существенный минус – подверженность коррозии.

Алюминий в ювелирных изделиях

Особенную ценность представлял металл во времена Наполеона III. В тот период из него изготавливали ювелирные изделия, пуговицы, посуду. Ее оценивали наряду с золотой и серебряной. Но спрос на драгоценности из алюминия быстро прошел, после того как возникли новые возможности его добычи.

Другие сферы применения

Легкий металл используют в разных отраслях, в том числе военной промышленности. Это как правило касается оружейного производства. Также известно его применение в ракетной технике в качестве твердого топлива и горючих компонентов.

Токсичность металла

Хотя алюминий очень распространен в мире, живые существа не используют его из-за небольшой токсичности. Соединения его долгое время оказывают вредное действие на людей и животных. Наибольшее влияние оказывают ацетат и гидроксид алюминия. Они воздействуют негативным образом на нервную систему и выделительную функцию организма.

Алюминий в инвестициях

В настоящее время выгодно инвестировать деньги в алюминий. Динамика цен на алюминий в 2018 году колеблется до 2, 562 доллара за тонну. Такой рост обусловлен множеством санкций и последствиями их. Цены на металл на бирже в апреле-мае не достигали выше 2,280 долларов.

Интересные факты об алюминии

Этот металл имеет такие особенности:

• Его соединения существуют не только на нашей планете, но и на Луне и Марсе;
• В организме человека имеется более 100 мг данного вещества;
• Суточная необходимость в нем составляет 2, 4 мг;
• Больше всего химического элемента находится в яблоках;
• Первый слиток чистого металла был произведен в 1932 году.

АЛЮМИНИЙ — дороги, которые он выбирает

Металл алюминий — мечта многих производств. Коррозия ему не страшна, он прекрасно проводит электрический ток, цветной металл легче железа почти в три раза, отличается прочностью. Не магнитится, легко образует сплавы с металлами.

Второе имя алюминия — крылатый металл. Появление чистого алюминия открыло человеку дорогу в небо.

Как искали неизвестный алюминий

История открытия алюминия вяло тянулась с античности. Плиний пишет о квасцах (Alumen). Но под квасцами понимались разные вещества. Это антимоний, тартар, щелочь, гипс.

Лавуазье высказал здравую мысль: алюмина является окислом неизвестного металла. Тут химики оживились и стали пытаться «выцепить» незнакомца. Попыток было много, но только в 1825 году датчанин Эрстед извлек-таки неизвестный металл, напоминающий олово. Назвали его алюминием.

Свойства крылатого металла

Алюминий (Aluminium) имеет несчастливый 13 номер в периодической таблице Менделеева. Однако на счастливую судьбу металла это не повлияло.

Этот легкий серебристый металл послушно поддается механической обработке и литью, имеет большую тягучесть.

Редкая способность — быстро образовывать окисные пленки на поверхности чистого металла. Но эти пленки не слишком хорошо защищают от коррозии. Надежнее химическое и электрохимическое оксидирование. Формула оксидной пленки А12Оз.

Химические и физические характеристики алюминия:

• плотность 2,7 г/см3;
• температура плавления 660°С;
• кипит цветной металл при температуре 2518°С;
• строение кристаллической решетки гранецентрированное, кубическое;
• степени окисления 0; +3.

С помощью металлического алюминия (его взаимодействия с оксидами металлов) получают трудновосстанавливаемые металлы. Этот метод называется алюминотермия.

Алюминий имеет один стабильный изотоп, 27Al.

Неправда, но хорошо придумано

В печатных изданиях, а сейчас и в интернете гуляет история о крестьянине, который вел «крамольные беседы о полете на Луну». Крестьянина (или мещанина), по одним сведениям Петрова, по другим Никифорова, сослали в киргизский поселок Байконур» Якобы известие о факте напечатано был в Московских губернских новостях», в 1848 году. Сейчас, когда с космодрома Байконура ушли в космос не один десяток спутников и станций, этот факт выглядит пророческим и мистическим.

Алюминиевые сплавы, плюсы и минусы

Чистый алюминий в строительных конструкциях применять нецелесообразно. Прочностные характеристики у него «так себе». А вот алюминиевые сплавы — другое дело. Сейчас известны и используются около 60 сплавов. Можно выбрать для любых нужд, на любой вкус.

Классификация сплавов проводится по составу, свойствам, по способности к термической обработке.

Добавки меди, магния и марганца, цинка существенно улучшают характеристики сплава в сравнении с чистым металлом. Этими металлами чаще всего легируют алюминий. Титан, литий, ванадий, церий, скандий, некоторые редкоземельные элементы для легирования применяются реже, но свойства этих сплавов также востребованы в промышленности.

Дюраль

Дюралюмины — сплавы алюминия с медью (4%), магнием (0,5%) и небольшого количества железа, марганца, кремния. Недостаток дюралей — подверженность коррозии; с ней справляются, применяя анодирование, плакировку, авиационную грунтовку, окрашивание.

Востребованные свойства сплава: хорошая статическая и усталостная прочность, высокая вязкость разрушения.

Широко применяется в деталях и конструкциях, где большую роль играет масса изделия. Главные потребители сплава — авиация, судостроение, космонавтика.

Сплав 7075

Разрабатывался компанией Sumitomo Metal Corporation (Япония) в строжайшей тайне.

Представляет соединение алюминия с цинком (до 6%), магния (2-2,5%), меди (до 1,5%). В тот же сплав добавлены титан, кремний, марганец, хром, железо. Добавки эти составляют не более 0,5%, но свой вклад в свойства сплава вносят.

• 7075-0;
• 7075-06;
• 7075-Т651;
• 7075-Т7;
• 7075-АСР.

Сплавы устойчивы к коррозии, хорошо полируются.

Применяются в производстве винтовок для армии и граждан. Промышленности автомобильная, авиационная, морская активно используют сплав. Его минус — достаточно высокая цена.

Сплавов разных много

В России довольно много сплавов с разными свойствами:

• D1, D16, 1161, 1163 — алюминий, магний, медь;
• АМГ1 — АМГ6, сплав алюминия и магния;
• AD31, AD33, AD35, AB — алюминий, кремний, магний. Список легко продолжить.

Старость в радость

Не всегда старость — это плохо. Металл — как человек или вино; с возрастом свойства алюминия меняются; он становится лучше, крепче, сильнее.

Естественное старение металла происходит при нормальных условиях; можно сказать, что металл «дозревает».

Искусственное старение проходит при термообработке и пластическом деформировании.

Термическая обработка бывает разных видов. Выбор зависит от назначения будущего сплава.

Вид термообработки	Что дает термообработка
Закалка с полным искусственным старением	Высокая прочность сплава, но некоторое снижение пластичности
Закалка со стабилизирующим старением	Хорошая прочность, довольно высокая стабильность структуры
Закалка с последующим смягчающим отпуском	Хорошая пластичность, но снижение прочности сплава
Искусственное старение	Повышает прочность сплава, улучшает возможность обработки резанием
Отжиг	Повышение пластичности, уменьшение остаточных напряжений металла
Закалка	Улучшает прочностные характеристики
Закалка и неполное искусственное старение	Повышает прочность при сохранении пластичности

Минералы, месторождения…а самородный алюминий?

Запасы алюминия в природе огромны. Среди металлов он держит первое место по распространенности. Но «общительность», активность элемента привела к тому, что в чистом виде металл практически отсутствует.

Минералов, содержащих алюминий, много:

• бокситы;
• глиноземы;
• полевые шпаты;
• нефелины;
• корунды.

Так что добыча алюминиевого сырья не составляет большого труда.

Если все запасы на Земле истощатся (что сомнительно), то алюминий можно добывать из морской воды. Там его содержание составляет 0,01 мг/л.

Кто захочет увидеть самородный алюминий, тому придется опускаться в жерла вулканов.

Происхождением такой металл из самых глубин нашей планеты.

Как производят крылатый металл

Производство металла можно разделить на две стадии.

• Первая — добыча бокситов, их дробление и отделение кремния при помощи пара.
• Вторая стадия: глинозем смешивают с расплавленным криолитом и воздействуют на смесь электротоком. В процессе реакции жидкий алюминий оседает на дне ванны.

Образовавшийся металл отливают в слитки; далее он отправляется потребителям или на производство сплавов и высокочистого алюминия.

Метод энергозатратный, «кушает» много электричества.

Бывает технический и сверхчистый

Полученный алюминий называется техническим или нелегированным. В нем содержание чистого металла не менее 99%. Его потребляет электронная промышленность, он необходим в производстве теплообменных и нагревательных устройств, осветительного оборудования.

Часть этого металла отправляется на дополнительную очистку, «рафинирование». В результате имеем металл высокой чистоты, с содержанием алюминия не менее 99,995%.

Его употребляют в электронике, в производстве полупроводников. Кабельное производство, химическое машиностроение сейчас не обойдется без сверхчистого алюминия.

Металл для крыльев

Без такого металла, как алюминий, невозможно покорение неба. Крыльев людям не дано, а летать хочется человеку с давних времен. Не напрасно миф об Икаре живет с античных времен. Попытки взлететь предпринимались неоднократно.

Но прорыв случился в 1903 году, когда романтики неба и замечательные механики братья Райт подняли в воздух самолетик. Этот самолет открыл путь в небо.

Где применяется

Применение легкого и прочного металла необходимо не только в авиации.

В пуленепробиваемых и бронированные стеклах, экранчиках смартфонов присутствует сапфир. У таких стекол высокая прочность на сжатие.

Из алюминия делают фольгу, которую используют в электрических конденсаторов. Домохозяйки с удовольствием запекают в фольге вкусняшки для домашних. Кастрюли, сковородки, другие изделия для домашнего хозяйства производят из «крылатого металла».

Тонко молотый порошок металла используют для производства прочной краски.

Вы удивитесь, но алюминиевая кастрюлька в кухне, самолет и перстень с сапфиром — родня. В каждом есть наш герой.

Оксид алюминия — это корунд. А к ним относятся сапфиры, рубины, изумруды — все эти короли драгоценных камней содержат алюминий. Сам корунд используют как наждак.

Купить металл

Стоимость металла на бирже 148 USD за тонну (на 05.05.2020).

Алюминий: свойства, применение, виды, способы получения

Алюминий – металлический элемент серебристо-белого цвета, его механические характеристики и технологические свойства обеспечивают широкое применение в различных отраслях промышленности, строительстве и быту.

Алюминий сочетает малую плотность и прочность, устойчивость к коррозии и резким температурным перепадам. В периодической таблице Менделеева обозначается как Al, атомный номер – 13. Этот элемент распространен в земной коре, по содержанию в ней занимает третье место после кислорода и кремния. В недрах его содержится примерно 8%. Для сравнения – золото в земной коре присутствует в количестве, равном всего миллионным долям процента.

Технологии промышленного получения алюминия

Впервые о существовании этого металла в 16 веке догадался Парацельс, выделивший из квасцов «квасцовую землю». В нейон выявил оксид неизвестного на тот момент металла, очень заинтересовавший ученого. В 18 веке его опыты повторил немецкий химик Маргграф, который и дал имя новому элементу. В переводе с латыни переводится как «вяжущий». Только в конце позапрошлого века был найден экономически выгодный способ промышленного получения алюминия.

Чаще всего этот металл получают из бокситов –вторичных пород. Они образовались при распаде алюмосиликатов первичного происхождения, которые, в свою очередь, сформировались в высокотемпературных условиях вулканических извержений. В России алюминий выделяют из нефелиновых руд, добываемых на Кольском полуострове и в Кемеровской области. Вторичные продукты добычи Al из нефелиновых руд: портландцемент, сода, удобрения.

Популярная технология получения глинозема (оксида алюминия) из бокситов – щелочной метод Байера, разработанный российскими учеными в конце 19 века. Полученный в результате этого процесса оксид Al₂O₃ – прочное химическое соединение, плавящееся при +2050°C. Металл в чистом виде получают электролизным восстановлением оксида. ОсобочистыйAlполучают трехслойным электролизом. Дополнительную очистку, если такая требуется, проводят рафинирующим электролизом с электролитом из алюмоорганических соединений, а также с помощью зонного плавления или дистилляции через субфторид.

Основные свойства алюминия

Этот элемент химически активен, но образующаяся на его поверхности плотная оксидная пленка защищает полуфабрикаты и готовые изделия от коррозионного разрушения.

Для алюминия характерны следующие физические свойства:

• плотность – 2,7 г/см 3 (для сравнения – плотность железа составляет 7,85 г/см 3 );
• температура плавления +600°C (железа+1535°C);
• высокие электро- и теплопроводность;
• парамагнетизм – металл притягивается магнитом исключительно при наличии магнитного поля;
• объемная гранецентрированная металлическая кристаллическая решетка.

Основные естественные примеси, присутствующие в Al после восстановления из оксида (кремний, цинк, титан, железо, медь), влияют на физические и технологические параметры металла. Чем он чище, тем выше его электропроводность, теплопроводность, коррозионная стойкость и, конечно, цена. Основные механические параметры: предел прочности после холодного пластического деформирования– 150 МПа, относительное удлинение – 50%.

Alлегко формуется, поддается механической обработке, сваривается различными видами сварки. Для повышения коррозионной стойкости поверхность деталей и конструкций анодируют. Анодирование – электрохимический процесс создания толстой оксидной пленки.

Химические характеристики металла алюминия:

• Химическая активность. В мелкофракционном состоянии при высоких температурах Al активно соединяется с кислородом, фосфором, серой, азотом, йодом, углеродом. При комнатных температурах реагирует с бромом, хлором, щелочами.
• Взаимодействие с другими металлами с образованием сплавов, содержащих алюминиды, – интерметаллические соединения.
• При наличии на поверхности плотной оксидной пленки –стойкость к атмосферной коррозии, пресной и соленой воде, инертность к органическим кислотам, разбавленной и концентрированнойHNO₃. При очищенной оксидной пленке этот металл активно вступает в реакцию с водой.

Виды алюминия по степени очистки

В зависимости от процентного содержания основного элемента принята следующая классификация степеней чистоты:

• 99,5-99,79% – промышленная чистота (техническая);
• 99,8-99,949% – высокочистая;
• 99,95-99,9959% – сверхчистая;
• 99, 9960-99,9990 % – особо чистая;
• свыше 99,999% – ультрачистая.

Алюминий технической чистоты имеет широкое применение в промышленности, где важны его главные физические свойства – небольшая плотность, электро- и теплопроводимость. Он выпускается в виде алюминиевых листов, труб, плит, прутков, профильного проката. Их применяют для изготовления деталей и элементов конструкций, не запланированных для значительных нагрузок. Из высокоочищенных материалов выпускают фольгу и токопроводящие элементы.

Виды алюминиевых сплавов

Основная область применения алюминия– производство сплавов, которые разделяют на деформируемые и литейные.

Деформируемые

Такие марки хорошо обрабатываются на всех стадиях обработки, сочетают прочность и пластичность. Используется при производстве листов, прутков, труб, поковок, штамповок. Применяемые способы деформирования: прокатка, волочение, прессование, ковка. По способности повышать прочностные характеристики деформируемые материалы на базе алюминия подразделяют на термически неупрочняемые и термически упрочняемые.

Популярный сплав, относящийся к этой группе, – дюралюминAl-Cu-Mg, в который дополнительно вводится марганец, повышающий устойчивость к коррозии. Если ранее наиболее распространенным был материал Д1, то постепенно его заменила более технологичная марка Д16. В Евросоюзе и США используются марки 2017, 2024, 2117.Дюралюмин, выпускаемый в листах, для дополнительного улучшения коррозионной стойкости плакируют – покрывают поверхность слоем чистого Al.

Еще один представитель этой группы – авиаль (АВ), материал, используемый в авиастроении. Он немного уступает по прочности дюралюминам, но превышает их по пластичности в нормальном и нагретом состояниях. Удовлетворительно обрабатывается режущими инструментами, сваривается аргонодуговой и контактной сваркой.

Высокопрочные сплавы на основе алюминия обладают повышенными прочностными свойствами, но меньшей пластичностью по сравнению с дюралюминами. Марка В95широко применяется в самолетостроении для конструкций, эксплуатируемых при температурах выше +100°C. Хорошо сваривается точечной сваркой и обрабатывается режущими инструментами.

Литейные

Алюминиевые сплавы для фасонного литья отличаются жидкотекучестью, небольшой усадкой, стойкостью к образованию горячих трещин, коррозии. Количество легирующих элементов в таких материалах выше, чем в деформируемых. Наиболее распространены композиции Al-Si, Al-Cu, Al-Mg, дополнительно легированные небольшими количествами марганца, хрома, никеля.

Примеры использования алюминия и его сплавов при производстве различных видов транспорта

Современные отрасли транспортостроения невозможно представить без материалов, созданных на основе Al, которые сочетают достаточно высокую прочность, пластичность, малую плотность и хорошую устойчивость ко многим видам коррозии.

Самолетостроение

В РФ при создании авиационной техники широко используют тремоупрочняемые высокопрочные марки, содержащие, помимо AL, цинк, магний, медь. Марки повышенной прочности и среднепрочные, не имеющие в своем составе цинка, используются для изготовления киля, крыла, фюзеляжа. Для гидросамолетов востребованы магнийсодержащие марки АМг5, АМг6 с хорошей свариваемостью и марки В92, 1915, 1420.

Создание объектов космической техники

В этой области используют сплавы на основе алюминия, обладающие хорошей устойчивостью к низким температурам. Из марки 2219, способной работать при криогенных температурных условиях в контакте с жидким кислородом, гелием, водородом, изготавливались листы, применяемые при создании космических «Шаттлов». Из алюминиево-литиевой марки 2090 изготавливают емкости для жидкого водорода.

Судостроение

Алюминиевая промышленность изготавливает полуфабрикаты из алюминия и его сплавов для использования в судостроении. Из них производят судовое оборудование, корпуса судов, коммуникационные системы, надстройки для палубы. Применение этих материалов вместо стали уменьшает массу судна, улучшает его маневренность и максимально допустимую скорость. Чаще всего в этой отрасли востребованы магний- и марганецсодержащие марки.

Железнодорожный транспорт

Подвижной состав, эксплуатируемый на железной дороге, изготавливается только из прочных, износостойких, коррозионностойких, долговечных материалов. Такие свойства имеют алюминий и сплавы на его основе. Из них изготавливают емкости для перевозки сырой нефти, темных и светлых нефтепродуктов, масел.

Автомобильный транспорт

Сочетание небольшой плотности, прочности, декоративных характеристик и коррозионной устойчивости позволяет успешно использовать алюминиевые марки в автомобилестроении. Их применение расширяет ассортимент перевозимых товаров, среди которых могут быть жидкости и газы высоких классов опасности.

Применение алюминия в металлургии

Алюминий – высокоактивный металл, поэтому его используют в металлургии в качестве мощного восстановителя при производстве хрома, кальция, марганца. Для раскисления стали используется низкокачественный материал, не подходящий для производства полуфабрикатов и готовой металлопродукции. В ходе этого процесса из расплавленного железа удаляется кислород, негативно влияющий на эксплуатационные свойства конечного продукта.

Где используется алюминий?

25 апреля 2017 г. в 16:01

Редактор: Светлана Светачева

«Крылатый металл» является одним из самых распространенных в быту и производстве. Алюминий используется при создании мостов, автомобилей, самолетов и лаже смартфонов.

О том, где еще может использоваться алюминий, рассказывает Life.ru.

В небе и в космосе

Впервые алюминий «полетел» в 1900 году — в виде каркаса и винтов огромного дирижабля LZ-1 Фердинанда Цеппелина. Но мягкий чистый металл годился только для медлительных летательных аппаратов легче воздуха. По-настоящему «крылатый» алюминий был уже прочнее в пять раз, поскольку содержал в своём составе марганец, медь, магний, цинк в разных процентных соотношениях — небо и космос покоряли разновидности дюралюминия, сплава, изобретённого ещё в начале ХХ века немецким инженером Альфредом Вильмом.

Материал был перспективным, но имел и немало ограничений — требовал так называемого старения, то есть набирал заложенную в него прочность не сразу, а лишь со временем. Да и сварке не поддавался… И тем не менее покорение космоса началось именно с дюраля, из которого в том числе выполнен и шар знаменитого первого искусственного спутника Земли.

Гораздо позже, в разгар космической эпохи, начали появляться сплавы и материалы на основе алюминия с куда более замечательными свойствами. К примеру, дружба алюминия с литием позволила сделать детали самолётов и ракет значительно легче, не снижая прочности, а сплавы с титаном и никелем обладают свойством «криогенного упрочнения»: в космическом холоде пластичность и прочность их только возрастают. Из тандема алюминия и скандия была выполнена обшивка космического челнока «Буран»: алюминиево-магниевые пластины стали гораздо прочнее на разрыв, сохранив при этом гибкость и вдвое повысив температуру плавления.

Более современные материалы — не сплавы, а композиты. Но и в них основой чаще всего является алюминий. Один из современных и перспективных авиакосмических материалов называется «бороалюминиевый композит», где волокна бора прокатываются сэндвичем со слоями алюминиевой фольги, образуя под высокими давлениями и температурами крайне прочный и лёгкий материал. К примеру, лопатки турбин продвинутых авиационных двигателей представляют собой бороалюминиевые несущие стержни, одетые в титановую «рубашку».

В автопроме и на транспорте

Сегодня у новых моделей Range Rover и Jaguar доля алюминия в конструкции кузова составляет 81%. Первые же эксперименты с алюминиевыми кузовами принято приписывать компании Audi, презентовавшей A8 из лёгких сплавов в 1994 году. Однако ещё в начале ХХ века этот лёгкий металл на деревянном каркасе был фирменным стилем кузовов знаменитых британских спорткаров Morgan. Настоящее «алюминиевое вторжение» в автопром началось в 1970-е, когда заводы массово принялись использовать этот металл для блоков цилиндров двигателей и картеров коробок передач вместо привычного чугуна; чуть позже распространение получили легкосплавные колёса вместо штампованных стальных.

В наши дни ключевой тренд автопрома — электричество. И лёгкие сплавы на основе алюминия приобретают особую актуальность в кузовостроении: «энергосберегающий» металл делает электромобиль легче, а значит, увеличивает пробег на одном заряде батарей. Алюминиевые кузова использует марка Tesla — законодатель мод на рынке автомобилей будущего, и этим, собственно, всё сказано!

Отечественных автомобилей с алюминиевыми кузовами пока нет. Но нержавеющий и лёгкий материал уже начинает проникать в российскую транспортную сферу. Характерный пример — ультрасовременные скоростные трамваи «Витязь-М», чьи салоны полностью выполнены из алюминиевых сплавов, практически вечных и не нуждающихся в постоянной подкраске. Стоит отметить, что на создание одного трамвайного интерьера требуется до 1,7 тонны алюминия, который поставляет Красноярский алюминиевый завод «Русала».

«Потолок, стены, стойки — всё алюминиевое. И это не просто обшивка листами, детали сложные, совмещающие в себе и отделочные, и несущие элементы, и туннели для вентиляции и проводки, — рассказывает Виталий Деньгаев, гендиректор компании «Красноярские машиностроительные компоненты», где были созданы алюминиевые салоны «Витязя». — Плюс помимо эстетики мы получаем ещё и высочайшую безопасность: в отличие от пластиков и синтетики алюминиевый салон не выделяет вредных веществ, если возникло возгорание!»

С 17 марта этого года 13 трамваев «Витязь-М» начали ходить по Москве и к 5 апреля уже перевезли первую сотню тысяч пассажиров! Этот быстрый и бесшумный городской транспорт с салонами на 260 человек, с Wi-Fi, климат-контролем, местами для инвалидов и детских колясок и прочими элементами комфорта, рассчитан на срок службы в 30 лет, что вдвое больше, чем у составов прошлых моделей. В ближайшие три года столица получит 300 «Витязей», 100 из которых встанут на рельсы уже в этом сезоне.

В принтерах будущего

Элементарными любительскими 3D-принтерами, печатающими из пластиковой нити, уже никого не удивишь. Сегодня начинается эра полноценной серийной 3D-печати деталей из металла. Алюминиевый порошок — едва ли не самый распространённый материал для технологии, называемой AF (от Additive Fabrication, «аддитивное производство»). Additive по-английски — «добавка», и в этом глубокий смысл названия технологии: деталь производится не из болванки, от которой в процессе обработки отрезается лишний материал, а наоборот — добавлением материала в рабочую зону инструмента.

Металлический порошок выходит из дозатора AF-машины и послойно спекается лазером в единую прочную массу монолитного алюминия. Детали, которые делаются цельными по методу AF, поражают воображение своей пространственной сложностью; выполнить их классическими методами даже на самых современных металлообрабатывающих станках — невозможно! За счёт ажурной конструкции детали, созданные на машинах аддитивной печати из порошков алюминиевых сплавов, имеют прочность, как у монолита, будучи при этом в несколько раз легче. Производятся они безотходно и быстро — такие металлические «кружева» незаменимы в биомедицине, авиации и космонавтике, в точной механике, при изготовлении пресс-форм и так далее.

Ещё недавно все технологии, связанные с Additive Fabrication, были иностранными. Но сейчас активно развиваются отечественные аналоги. Например, в Уральском федеральном университете (УрФУ) готовится к запуску экспериментальная установка по производству металлических порошков для AF-3D-печати. Установка работает на принципе распыления расплавленного алюминия струёй инертного газа, такой метод позволит получать металлические порошки с любыми заданными параметрами размерности зерна.

В строительстве и освещении

Алюминий может быть также фасадным и кровельным материалом, срок службы которого не ограничивается парой лет и который крайне удобен для дизайнеров и монтажников! Для строительства разработаны особые патентованные сплавы и композиты с самыми разными свойствами — Alclad, Kal-Alloy, Kalzip, Dwall Iridium. Из алюминия можно штамповать детали, в которых кровельная плоскость составляет единое целое с несущими элементами. Это необходимо, к примеру, для создания раздвижных крыш стадионов.

Покрытые специальной разновидностью фторполимера, родственной тефлону, алюминиевые детали крыш выдерживают огромные нагрузки от ветра и осадков. А при сооружении кровель огромных размеров, где общая длина листа от края до края может достигать нескольких десятков метров, используют особую технологию, разработать которую также позволила пластичность алюминия. Чтобы избежать ненадёжного соединения множества небольших листов, на стройплощадку подвозят алюминиевую ленту шириной в несколько метров, свёрнутую в огромный рулон, и прямо на стройплощадке пропускают через специальную машину, делающую ровную ленту профилированной, а значит жёсткой. По специальным направляющим с роликами алюминиевый профиль подают на крышу здания. Эту технологию разработала британская Corus Group, один из мировых лидеров в области производства кровельных алюминиевых листов (ныне в составе Tata Steel).

В нашей же стране алюминиевая архитектура по-настоящему разворачивается только сейчас, с отставанием от мировых темпов, но бодро их нагоняя, — из последних примеров внедрения можно назвать крышу стадиона «Зенит-Арена» в Санкт-Петербурге, объекты казанской Универсиады, сочинский аэропорт, строящийся сейчас в Нижнем Новгороде уникальный легкосплавный мост и другие объекты.

Здание построено, кровля возведена, теперь нужен свет! И тут алюминий снова в тренде. Это не только «крылатый» металл, но ещё и «металл света». Сейчас в мире горят миллиарды LED-ламп и число их ежесекундно растёт. В каждой лампе установлен алюминиевый радиатор, отводящий лишнее тепло от кристаллов светодиодов, не дающий им перегреться. Но куда более важную роль алюминий играет при изготовлении основы самих светодиодов — лейкосапфира. Так называется искусственный кристалл из особо чистого оксида алюминия. Сейчас тонны сырья для кристаллов в основном завозятся из-за границы, однако недавно в Набережных Челнах при поддержке Ростеха запущена первая в стране линия по производству особо чистого оксида алюминия для выращивания монокристаллов лейкосапфиров. В Алюминиевой ассоциации убеждены, что в течение 2–3 лет наши предприятия смогут полностью заместить импорт в Россию особо чистого оксида алюминия, что резко стимулирует отечественное светодиодное производство.

В нашей жизни — повсюду…

…Просто мы не всегда об этом знаем! Практически все качественные гаджеты сделаны на основе алюминиевых сплавов: рамки и крышки смартфонов, планшетов, ноутбуков, корпуса «пауэрбанков» и многое другое. Спортивный инвентарь, детские коляски, кулинарная посуда, батареи отопления, мебельная фурнитура — список сфер, где задействован лёгкий металл, безграничен. Но почему мы не всегда об этом знаем? Дело в том, что алюминий и его сплавы в «голом виде», как та, всем известная, но безнадёжно устаревшая алюминиевая ложка, в наши дни почти не встречается. Сегодня бал правит технология анодирования, которая позволяет покрывать детали из алюминия и его сплавов прочной износостойкой плёнкой оксида. Анодирование не пачкает рук и может получить практически любой цвет и текстуру.

Одно из перспективнейших бытовых алюминиевых направлений — велосипедные рамы. Алюминиевая рама очень лёгкая, поэтому и поднимать велосипед, и ездить на нём очень удобно. Рама не ржавеет при повреждениях краски, легирующие добавки делают металл очень прочным, а технологии под названиями «баттинг» и «гидроформинг» позволяют производить трубы с переменной толщиной и с любыми изгибами, облегчая и усиливая раму именно там, где это нужно.

Миллионы велосипедов — огромный рынок! Однако пока рамы всех продаваемых и собираемых в нашей стране двухколёсников — импортные… «Впрочем, в этой сфере наметилась небольшая революция: инженеры «Русала» разработали особый новый сплав, идеально подходящий для велорам, и ведут работу по развитию производства рам в нашей стране, — рассказывает заместитель редактора журнала «Металлоснабжение и сбыт» Леонид Хазанов. — Проект поддерживают «Русал», как единственный российский производитель алюминия, расположенный в Набережных Челнах завод алюминиевых профилей «Татпроф», готовый делать трубы для рам, и отечественная компания — сборщик велосипедов «Веломоторс». Если задуманные масштабы производства будут реализованы, наши рамы должны стать дешевле китайских и при этом куда выше по качеству».

Россия — мировой алюминиевый лидер, входящий в первую тройку производителей этого металла. СССР начал строить алюминиевые заводы в начале тридцатых годов ХХ века, к середине десятилетия полностью избавившись от импорта. Однако по-настоящему в «алюминиевую эру» мы вступаем, как ни странно, только сейчас. Основной владелец «Русала» Олег Дерипаска неоднократно заявлял, что уровень потребления алюминия в России гораздо ниже общемирового и сегодня наконец настало время сломить этот тренд и приложить максимум усилий и средств для создания перерабатывающих мощностей на территории страны и вытеснить импортную продукцию, к качеству которой зачастую возникает масса вопросов.

Долгие годы инженеры-проектировщики избегали использования алюминия, поскольку в устаревших нормативных документах алюминиевые сплавы и композиты просто не фигурировали — сегодня же нормативы, ГОСТы и СНИПы пересматриваются и обновляются в духе времени. И практически все сферы промышленности ждут открытия для себя новых областей использования этого металла.