Сплав железа с алюминием: история открытия, свойства, преимущества

История открытия

Первые попытки применения сплавов алюминия и железа были предприняты Фарадеем в 1820 году. Были попытки использовать сплав алюминия в качестве легирующего элемента для получения высокопрочной стали, но они оказались неэффективными.

Тщательные исследования были возобновлены после 1918 года в СССР, Германии, Англии. Было показано, что при добавлении Al возрастают жаропрочные свойства чугуна. Образцы обладают повышенной прочностью, хрупкостью, стойко переносят контакт с кислыми средами, не склонны к образованию окалин.

Было обнаружено, что появление окалин зависит от толщины оксидной плёнки на образцах: чем она толще, однороднее, тем выше защита поверхности

Важно, чтобы окислы не формировали эвтектическую фазу и не подвергались возгонке, а их ионная проводимость была минимальной

Условием жаростойкости образца являются потери с окалиной в пределах 2-10-3–4-10-3 г/см2/ч.

Множество проведённых исследований сплавов Fe и Al закончились определением их химических и физических свойств. Это связано с проблемами газового насыщения образцов, угаром алюминия, формированием внутренних оксидных плёнок, разрушением образцов при нормальных условиях.

Наиболее перспективными оказались сплавы с содержанием от 16 до 20% Al и 3% углерода, получившие название «чугаль». Именно их начали выплавлять в СССР.

Позже группа изобретателей во главе с З. Эмингером разработала технологию производства качественных отливок железоалюминиевых образцов. Благодаря этому были получены новые данные.

Сферы применения алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы широко применяются во многих сферах. Благодаря их эксплуатационным характеристикам они входят в пятерку наиболее распространенных соединений металла.

Сначала, благодаря легкости и прочности, их начали использовать при производстве дирижаблей и самолетов.

В настоящее время в связи с высокой температурой плавления соединения алюминия используют при производстве скоростных поездов. Поверхность во время движения на большой скорости нагревается, однако при этом не подвергается деформации.

Широко применяются металл и его соединения в судостроении, где им отдают предпочтение перед сталями. Корпуса из алюминия не подвержены обрастанию ракушками, которые отрицательно сказываются на обтекаемости судов и скорости их движения. Очистка стального корпуса требует значительных временных и финансовых затрат. Таким образом, первоначальные вложения в строительство алюминиевого корпуса окупаются благодаря более дешевой эксплуатации.

Невысокая стоимость и небольшой удельный вес обеспечили востребованность материала в военной промышленности, к примеру, из него производят отдельные элементы стрелкового оружия. С использованием соединений алюминия изготавливают ракетное топливо.

Высокой электропроводностью обусловлено использование алюминиевых сплавов для производства проводов и деталей радиоприемников. Они подходят для изготовления различных габаритных проводников электрического тока (линий электропередач, оболочек высоковольтных кабелей, шин распределительных устройств), что вызвано их заметными преимуществами перед другими металлами. Например, для алюминиевых оболочек кабелей характерны большая прочность и меньшая плотность, чем для свинцовых. Страны с высокоразвитой промышленностью тратят около 15 % алюминия для удовлетворения электротехнических потребностей.

Металл в настоящее время продолжает использоваться для производства посуды. По-прежнему остаются востребованными алюминиевые вилки, ложки, кастрюли и емкости для жидкостей.

Алюминий нашел применение и в пищевой промышленности – в качестве пищевой добавки. Для обозначения в составе продуктов алюминия используют букву E. Металл выступает в роли красителя в кондитерских изделиях, предохраняет продукты от появления плесени. Различные продукты упаковывают в тонкую алюминиевую фольгу, толщина которой не превышает 0,009 мм. А алюминиевая лента толщиной 0,2-0,3 мм идет на производство консервных банок.

Одним из специфических вариантов использования алюминиевых сплавов являются атомные реакторы. Большая часть из них при работе использует тепловые нейтроны. Соответственно, конструкция реакторов должна состоять из металлов, слабо поглощающих такие частицы. К примеру, из алюминия, отличающегося также высокой коррозионной устойчивостью при воздействии горячей воды, перегретого пара, углекислого газа, которые чаще всего выступают в качестве источника тепла в реакторах.

Производство алюминия

Для того чтобы изготовить сплав алюминия с медью, необходимо высокотехнологичное оборудование и, конечно же, сам металл. Его добывают из бокситов. Это горная порода, которую необходимо измельчить, добавить в неё воду и обработать паром под большим давлением. Таким образом из глинозема отделяют кремний. Затем густую массу помещают в специальную ванну с расправленным криолитом. Содержимое нагревают до 950 °С и через него пропускают электрический ток в 400 кА.

Это позволяет разорвать связь между атомами кислорода и алюминия. В результате последний оседает на дно в качестве жидкого металла. Так из жидкого алюминия делают отливки. Теперь металл полностью готов к механической обработке. Однако для того чтобы повысить его прочность, необходимо в него добавить легирующие элементы и таким образом получить высококачественный сплав алюминия с медью.

Как повысить прочность металла

Существует несколько способов повышения прочности металлов и сплавов:

Создание сплавов и металлов, имеющих бездефектную структуру. Ведутся работы по получению волокнистых кристаллов (вискеров), в несколько десятков раз превышающих прочность обычных металлов.
Получение увеличения объема и поверхностного давления искусственным путем. Обработка металла под давлением (ковка, волочение, прокатка, прессование) дает объемную клепку, а накатка и дробеструйная обработка — поверхностную клепку.
Формирование металлических сплавов с использованием элементов из периодической таблицы.
Очистка металла от содержащихся в нем примесей. В результате механические свойства металла улучшаются, а распространение трещин значительно уменьшается.
Устранение шероховатости поверхности металла.

Инвар

Инвар – сплав из 67 % железа и 33 % никеля, обладает свойством практически не изменять своих размеров при изменении его температуры.

Зависимость удельного веса -, временного.| Зависимость точки плавления Tfi и температуры магнитного превращения ( точка Кюри TC двойных сплавов FeNi от содержания никеля Mi в % вес -.

Инвар и фригндал вследствие своей малой теплопроводности используются в вакуумных приборах прежде всего как теплоизолирующие материалы, например, для лодочек и держателей геттеров, когда необходимо предохранить нагревающийся при обезгаживании из-за большого притока тепла от анода геттер от преждевременного испарения до окончания прокаливания остальных деталей ( см. гл. Эти сплавы применяются также для вводов к сильно нагруженным анодам с целью затруднить отвод тепла к стеклянной ножке. В виде проволоки их используют для вводов и держателей кериов малых эквипотенциальных катодов косвенного накала приемно-усилительных ламп ( см. рис. 15 – 65С, позиция 3), для повышения экономичности которых необходимо предотвратить отвод тепла держателями. При этом использованию инвара отдается предпочтение при изготовлении таких деталей держателей, которые не служат одновременно проводниками сильных токов, так как из-за высокого электрического сопротивления инвара это при-пело бы к значительному падению напряжения и к повышению температуры токаподво-дов. Вследствие малого коэффициента расширения, который приближается к коэффициенту расширения кварцевого стекла, инвар используется для газонепроницаемых шлифовых соединений кварца с металлом ( см. гл.

Инвар характеризуется тем, что при температурах от – 50 до 100 С его коэффициент теплового расширения почти равен нулю. При более высоких температурах этот коэффициент резко возрастает и становится больше, чем у обыкновенной стали.

Инвар ( от англ, invariable – неизменный) – сплав Fe и Ni ( 36 %), имеет очень малый коэффициент теплового расширения. Используют для изготовления измерительных лент, линеек, геодезической проволоки, деталей измерительных приборов, размеры которых должны оставаться постоянными при некотором изменении температуры.

Инвар Н-36 – сплав железа с 36 % никеля, обладает очень малым а 10 – 6К – в диапазоне температуры от – 100 до 100 С.

Классический инвар – сплав железа и 36 % Ni имеет относительный температурный коэффициент линейного расширения, почти равный нулю при температуре до 120 С. Суперинвар, дополнительно легированный 5 % Со, – это однофазный, пластичный, прочный и кор-розионноустойчивый сплав. Эти сплавы склонны к мартенситному превраще-нию, что нарушает их аномальные свойства. Для предотвращения мартенситного превращения ( получения устойчивой у-фазы) сплавы подвергают глубокому охлаждению ( до 80 С) и затем последующему нагреву до 600 С, скорость нагрева и охлаждения должна быть медленной.

Инварами называют металлические материалы, температурный коэффициент линейного расширения ( ТКЛР) которых крайне мал2 – В основе инварного поведения сплавов лежат магнитные явления. Известно, что инварными свойствами обладают аустенитные сплавы железа: SNiFe, 24PtFe 37Fe54Co9Cr и др. Они используются как прецизионные материалы с малым ТКЛР.

Сплав инвар Н36 в пределах температур от – 50 до 100 С имеет коэффициент линейного расширения, близкий нулю. При повышении температуры от 100 С этот коэффициент быстро увеличивается, и при температурах выше 275 С он даже превосходит коэффициент линейного расширения обыкновенных сталей.

Сплав инвар, применяемый для изготовления эталонов длины вследствие малого коэффициента линейного расширения, состоит из 40 % никеля и 60 % железа.

Сплав инвар в пределах температур от – 50 до 100 имеет коэфициент линейного расширения, близкий к нулю.

Став инвар и аругие сплавы с 30 – 40 % Ni обладают большей стойкостью против коррозии в воздушной атмосфере, в пресной и соленой воде, чем железо.

Термобиметалл инвар – томпак обладает достаточно высокой электропроводностью; недостатком его является быстрая потеря томпаком упругих свойств из-за наступающей рекристаллизации.

Термобиметалл инвар – латунь обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью; применяется для работы в условиях нагрева теплопередачей от окружающей среды.

Состав и механические свойства алюминия

Чистый алюминий обладает хорошими рабочими и формовочными свойствами, высокой устойчивостью к коррозии, низкой механической прочностью и высокой пластичностью. Разнообразным и строгим техническим требованиям, предъявляемым к алюминиевым сплавам в различных областях применения, отвечает широкий ассортимент соединений, доступных для общих и специальных инженерных целей.

Алюминиевые сплавы называемые дюралюминий разработаны и испытаны для обеспечения различных комбинаций полезных свойств. К ним относятся соотношение прочности и веса, коррозионная стойкость, обрабатываемость, способность к литью или свойства при высоких температурах, и это лишь некоторые из них.

Свариваемые композиции Al-Zn-Mg средней прочности находят все большее применение в машиностроении.

Там, где требуются характеристики свободной обработки, это может быть достигнуто добавлением кадмия, сурьмы, олова или свинца. Материалы для электрооборудования имеют специальный состав, а подшипники изготавливаются из сплавов Al-Sn (Sn –олово).

Композиты из алюминиевого сплава с тонкой оболочкой на одной или обеих поверхностях из более анодного алюминиевого сплава или чистого алюминия позволяют изготавливать листы, пластины и трубы с особыми сочетаниями прочности и коррозионной стойкости, соответствующими условиям эксплуатации. Хотя первоначально этот принцип наплавки применялся для высокопрочных авиационных сплавов, в настоящее время он используется в ряде важных промышленных применений.

Термообрабатываемые сплавы типы Al-Cu-Mg и Al-Mg-Si — могут нагреваться при 480-5350 °C в течение периода от 20 минут до нескольких часов для получения раствора легирующих элементов, а затем быстро закаляются. Такая обработка обеспечивает повышенную прочность, а также может слегка повысить коррозионную стойкость. Дальнейшее упрочнение некоторых сплавов достигается дополнительной термообработкой при более низкой температуре в течение более длительных периодов (1-20 ч или более, в зависимости от сплава), что способствует осаждению легирующих элементов в кристаллической структуре металла. В некоторых сплавах такая обработка старением происходит при комнатной температуре. Обработка старением или осаждением незначительно снижает коррозионную стойкость большинства сплавов.

Классификация и маркировка чугунов

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве.

Классификация чугунов

В зависимости от состояния углерода в чугуне, его подразделяют на следующие виды:

белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида

Такой чугун может быть доэвтектическими и заэвтектическими, а разделяет их эвтектический чугун (4,31% С). Структура доэвтектического чугуна – перлит, вторичный цементит и ледебурит, заэвтектического – первичный цементит с ледебуритом.

графитизированный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава. Такие чугуны подразделяют на: серые — пластинчатая или червеобразная форма графита (ЧПГ)
высокопрочные — с шаровидным графитом (ЧШГ)
ковкие — хлопьевидный графит (ЧХГ)
чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ) — имеет промежуточные свойства между СЧ и ВЧ. По форме графита напоминает СЧ, но имеет более толстые и более короткие пластины с округленными концами

Еще чугуны классифицируются по основе, в которой расположен графит. Основа может быть перлитной, ферритной, феррито-перлитной.

Маркировка чугунов

Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв при растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами «СЧ» (ГОСТ 1412-85), высокопрочный — «ВЧ» (ГОСТ 7293-85), ковкий — «КЧ» (ГОСТ 1215-85).

Пример маркировки

СЧ10 — серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа; ВЧ70 — высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа; КЧ35 — ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа.

Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ — антифрикционный чугун: С — серый, В — высокопрочный, К — ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.

Классификация алюминиевых сплавов

Классификацию алюминиевых сплавов – сплавов алюминия – производят по различным критериям, в том числе:

по методу обработки – литейные и деформируемые
по механизму упрочнения – термически упрочняемые и деформационно упрочняемые
по основным легирующим элементам

Две категории: литейные и деформируемые

Две категории алюминиевых сплавов

литейные
деформируемые

Литейный алюминиевый сплав – сплав алюминия, который предназначен в первую очередь для производства отливок.

Деформируемый алюминиевый сплав – сплав алюминия, который предназначен в первую очередь для производства алюминиевых изделий горячей и/или холодной обработкой давлением.

Деформируемые сплавы

Деформируемые алюминиевые сплавы сначала разливают в слитки (круглые или прямоугольные), а потом обрабатывают по различным технологиям обработки давлением – горячей и холодной – до придания им нужной формы:

прокаткой – для получения листов и фольги;
прессованием – для получения профилей, труб и прутков;
формовкой – для получения более сложных форм из катанных или прессованных полуфабрикатов;
ковкой для получения сложных форм с повышенными механическими свойствами, а также:
волочением, штамповкой, высадкой, вытяжкой, раскаткой, раздачей, гибкой и т. п.

Популярные деформируемые алюминиевые сплавы серии 6ххх, которые применяют для производства прессованных алюминиевых профилей, представлены ниже на рисунке 7.

Рисунок 7 – Основные алюминиевые сплавы серии 6ххх

Литейные сплавы

Литейные алюминиевые сплавы в расплавленном состоянии разливают непосредственно в их конечную форму одним из различных методов, таких как, литье в песчаные формы, литье в кокили или литье под давлением. При литье применяют сложные литейные формы. Эти сплавы часто имеют высокое содержание кремния для улучшения их литейных свойств.

У этих двух категорий алюминиевых сплавов классификация по легирующим сплавам различная: в целом в них добавляются одни и те же легирующие элементы, но в разных количествах.

Прочность и другие механические свойства алюминиевых сплавов, как деформированных, так и литейных, определяются в основном их химическим составом, т. е. содержанием в алюминии легирующих элементов, а также вредных примесей. Однако возможно изменение этих свойств для достижения их оптимального сочетания путем дополнительной обработки сплавов – термической или деформационной, или и той, и другой. В результате этого сплав изменяет свои первоначальные механические свойства и получает свое окончательное состояние, в котором и поставляется заказчику. Упрочняющую термическую обработку применяют как к литейным, так и к деформированным сплавам, Они в этом случае называются сплавами, упрочняемыми термической обработкой.

Два механизма упрочнения

Два класса алюминиевых сплавов:

термически упрочняемые
деформационно упрочняемые (нагартовываемые)

Термически упрочняемые сплавы

Термически упрочняемый сплав – сплав, который может быть упрочнен соответствующей термической обработкой (рисунки 2, 3 и 4).

Рисунок 2 – Закалка и упрочнение старением алюминиевых сплавов

Рисунок 3 – Типичное термическое упрочнение старением

Рисунок 4 – Эффект термического упрочнения на механические свойства сплава 7075

Нагартовываемые сплавы

Деформационно упрочняемый сплав (“термически неупрочняемый”, нагартовываемый) – сплав, который упрочняется только путем деформационной обработки (рисунки 5 и 6), а не термической обработкой.

Рисунок 5 – Влияние холодной пластической обработки – нагартовки – на прочность, твердость и пластичность алюминиевых сплавов

Рисунок 6 – Кривые нагартовки (деформационного упрочнения) термически неупрочняемых алюминиевых сплавов

Серии и системы легирования

Все алюминиевые сплавы – и деформируемые , и литейные – подразделяются на серии по главным легирующим элементам.
Каждая серия алюминиевых сплавов, деформируемых и литейных, включают одну, две или три различных системы легирования.
Система легирования может включать только главный легирующий элемент (выделены ниже жирным шрифтом) или еще дополнительно один или более легирующих элементов.

Серии деформируемых сплавов

2ххх – Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Cu-Li
3xxx – Al-Mn
4xxx – Al-Si
5xxx – Al-Mg
6xxx – Al-Mg-Si
7xxx – Al-Zn, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mg-Cu
8xxx – Al-Fe, Al-Fe-Ni, Al-Li-Cu-Mg

Серии литейных сплавов

2xx – Al-Cu, Al-Cu-Ni-Mg, Al-Cu-Si,
3xx – Al-Si-Cu, Al-Si-Cu-Mg, Al-Si-Mg
4xx – Al-Si
5xx – Al-Mg
7xx – Al-Zn
8xx – Al-Sn

Сплавы

К настоящему времени существует много сплавов алюминия, используемых в различных сферах, для очень различных механизмов. Объединяет их, по сравнению с различными видами сталей, легкость, сопровождаемая и большой прочностью, и простотой обработки материала.

Алюминиево-магниевые (Al-Mg) — такие сплавы устойчивы к коррозии, пластичны и хорошо свариваются, при этом — достаточно прочны. Магния в таких сплавах от 1% до 5%, причем каждый добавочный процент магния означает значительное увеличение прочности сплава. Увы, когда магния больше 6%, у сплава резко падает устойчивость к коррозии.

Алюминиево-марганцевые (Al-Mn) сплавы обладают целым букетом полезных свойств. При том что они, как все алюминиевые сплавы, легки, они еще и прочны, устойчивы к коррозии, пластичны и легко поддаются сварке.

Алюминиево-медные (Al-Cu-Mg) сплавы после термоупрочнения превосходят некоторые типы сталей. Они легко поддаются механической обработке, однако подвержены коррозии, потому для их использования необходимы защитные покрытия.

Сплавы системы Al-Cu-Si называются аэронами, или алькусинами (Al-Cu-Si). Это антифрикционные сплавы, их используют в подшипниках.

Сплавы системы Al-Zn-Mg сочетают высокую прочность и хорошую обрабатываемость. Поскольку сплав еще и легок по сравнению со сталями, такое сочетание делает его незаменимым в тех механизмах, где необходимы легкость и прочность. Увы, этот сплав крайне подвержен коррозии, но дефект удается сильно уменьшить добавлением в сплав меди.

Алюминиево-кремниевые сплавы, или силумины, широко применяются при литье, у них очень маленькая усадка. Из них льют корпуса механизмов и приборов, их широко применяют в художественном литье: легче, чем сталь, красивее литого чугуна, хорошо противостоит коррозии.

В 30−40 годы XX столетия широко применялся альклед (Аlclad), изобретенный в фирме Alcoa. Это дюралюминий, покрытый с обеих сторон чистым алюминием. Такой «сэндвич» обладал прочностью дюраля, но при этом был столь же коррозионно устойчив, как и алюминий.

Во время испытаний лист алькледа обдували соленым воздухом в течении 24 недель, не вызвав ни малейших признаков коррозии. После испытаний было выявлено, что и прочность материала осталась такой же, как была до проверки. Из него делали дирижабли и самолеты, пока не появились более дешевые сплавы металлов с аналогичными свойствами.

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.

У какого металла самая высокая температура плавления

Вольфрам – самый тугоплавкий металл, 3422 °C (6170 °F).

Твердый, тугоплавкий, достаточно тяжелый материал светло-серого цвета, который имеет металлический блеск. Механической обработке поддается с трудом. При комнатной температуре достаточно хрупок и ломается. Ломкость металла связана с загрязнением примесями углерода и кислорода.

Вольфрам можно получить из руды, благодаря сложным химическим переработкам, в качестве порошка. Используя прессование и спекание, из него создают детали обычной формы и бруски.

Вольфрам — крайне стойкий элемент к любым температурным воздействиям. По этой причине размягчить вольфрам не могли более сотни лет. Не существовало такой печи, которая смогла бы нагреться до нескольких тысяч градусов по Цельсию. Ученым удалось доказать, что это самый тугоплавкий металл. Хотя бытует мнение, что сиборгий, по некоторым теоретическим данным, имеет большую тугоплавкость, но это лишь предположение, поскольку он является радиоактивным элементом и у него небольшой срок существования.

Мне нравитсяНе нравится

Предостережение

Алюминий не заложен изначально в биологические организмы. Но человек получает его микродозы ежедневно – с пищей.

Им богаты горох, пшеница, рис, овсяный «геркулес». Доказана польза алюминия как стимулятора регенерации, развития тканей, работы ЖКТ, ферментов.

По стандартам РФ, в литре питьевой воды не должно быть более 0,2 мг алюминия.

Алюминиевой посудой пользоваться можно, но ограниченно. Безопасны готовка, подогрев, хранение продуктов с нейтральными характеристиками. Приготовление кислых блюд (щи, томат, компот) опасно. Алюминий поступит в еду, создавая избыточную дозу при попадании в организм, плюс «железный» привкус.

Ваша оценка?

Мне нравится1Не нравится

Температура плавления металлов

Металлы и неметаллы

Любой кусок металла, например, алюминия, содержит миллионы отдельных кристаллов, которые называются зернами. Каждое зерно имеет свою уникальную ориентацию атомной решетки, но все вместе зерна ориентированы внутри этого куска случайным образом. Такая структура называется поликристаллической.

Аморфные материалы, например, стекло, отличаются от кристаллических материалов, например, алюминия, по двум важным отличиям, которые связаны друг с другом:

отсутствие дальнего порядка молекулярной структуры
различия в характере плавления и термического расширения.

Различие молекулярной структуры можно видеть на рисунке 1. Слева показана плотно упакованная и упорядоченная кристаллическая структура. Аморфный материал показан справа: менее плотная структура со случайным расположением атомов.

Рисунок 1 – Структура кристаллических (а) и аморфных (б) материалов.
Кристаллическая структура: упорядоченная, повторяющаяся и плотная,
аморфная структура – более свободно упакованная
с беспорядочным расположением атомов.

Плавление металлов

Это различие в структуре проявляется при плавлении металлов, в том числе, плавлении алюминия различной чистоты и его сплавов. Менее плотно упакованные атомы дают увеличение объема (снижение плотности) по сравнению с тем же металлом в твердом кристаллическом состоянии.

Металлы при плавлении испытывают увеличение объема. У чистых металлов это объемное изменение происходит весьма резко и при постоянной температуре – температуре плавления, как это показано на рисунке 2. Это изменение представляет собой разрыв между наклонными линиями по обе стороны от точки плавления. Обе эти наклонные линии характеризуют температурное расширение металла, которое обычно является различным в жидком и твердом состоянии.

Рисунок 2 – Характерное изменение объема чистого металла
по сравнению с изменением объема аморфного материала :
Tg – температура стеклования (перехода жидкого состояния в твердое);
Tm – температура плавления

Теплота плавления

С этим резким увеличением объема при переходе металла из твердого состояния в жидкое связано определенное количество тепла, которое называется скрытой теплотой плавления. Это тепло заставляет атомы терять плотную и упорядоченное кристаллическую структуру. Этот процесс является обратимым, он работает в обоих направлениях – и при нагреве, и при охлаждении.

Равновесная температура плавления

Как было показано выше, чистые кристаллические вещества, например, чистые металлы, имеют характерную температуру плавления, которую часто называют «точкой плавления». При этой температуре это чистое твердое кристаллическое вещество плавится и становится жидкостью. Переход между твердым и жидким состоянием для малых образцов чистых металлов настолько мал, что может измеряться с точностью 0,1 ºС.

Жидкости имеют характерную температуру, при которой они превращаются в твердое вещество. Эту температуру называют температурой затвердевания или точкой затвердевания. Теоретически – в равновесных условиях – равновесная температура плавления твердого вещества является той же самой, что и равновесная температура его затвердевания. На практике можно наблюдать небольшие различия между этими величинами (рисунок 3).

Рисунок 3 – Кривые охлаждения и нагрева чистого металла.
Видны явления переохлаждения при охлаждении и перегрева при нагреве.
В начале затвердевания наблюдается впадина на кривой охлаждения,
что объясняется замедленным началом кристаллизации

Температуры ликвидус и солидус

Температура начала плавления называется температурой солидус (или точкой солидус)
Температура окончания плавления – температурой ликвидус (или точкой ликвидус).

«Солидус» означает, понятно, твердый, а «ликвидус» – жидкий: при температуре солидуса весь сплав еще твердый, а при температуре ликвидуса – весь уже жидкий.

При затвердевании этого сплава из жидкого состояния температура начала кристаллизации (затвердевания) будет та же температурой ликвидус, а окончания кристаллизации – та же температура солидус. При температуре сплава между его температурами солидуса и ликвидуса он находится в полужидком-полутвердом, кашеобразном состоянии.

Технология производства

Для получения дюралюминия сначала смешивают шихту — гранулы различных металлов, которые будут сплавляться в единый состав. Затем смесь нагревают до температуры +500°C и резко охлаждают водой или селитрой до комнатной температуры — закаливают.

Промышленное получение дюралюминия основано на использовании электричества огромной мощности.

После этого в большинстве случаев производят т. н. «искусственное старение» полученного сплава. Эта операция заключается в дополнительной выдержке металла при повышенной температуре в течение длительного времени, например, при +150…+200°С в течение 2 часов (все условия зависят от марки соединения и требуемых качеств). Процесс старения проводят для приобретения дюралюминием особой прочности. Без него сплав характеризуется мягкостью, податливостью.

После изготовления состав может покрываться защитной пленкой, предохраняющей от коррозии.