Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как отличить алюминий от других металлов

Как отличить алюминий от других металлов

Один из самых «бородатых» анекдотов студентов – химиков: «Алюминий – это такое железо, только легкое». Ну а если серьезно, элемент периодический системы №13 – самый легкий металл, который может существовать в чистом виде в воздушной атмосфере. Относительную химическую инертность обеспечивает тончайшая пленка, состоящая из оксида и гидроксида, которая пассивирует поверхность и предотвращает дальнейшую реакцию с атмосферным кислородом или слабыми растворами щелочей и кислот.

Алюминий

Где можно найти алюминиевый лом?

Знакомые с детства алюминиевые кастрюли столовые приборы, и даже фольга от шоколадки – далеко не полный перечень изделий, которые изготавливаются из алюминия. Во времена СССР цена алюминиевых изделий никак не соответствовала его реальной стоимости, что формировало ошибочное мнение о дешевизне этого материала. В любом гараже или сарае найдутся десятки алюминиевых предметов: оконная фурнитура, старые алюминиевые радиаторы, детали велосипедов, походные чайники и котелки, остатки кабеля – перечислять можно долго. Из-за бесхозяйственности 80-90-х годов на промышленных свалках можно найти даже целые чушки товарного алюминия.

Для народного хозяйства этот металл имеет стратегическое значение. Промышленное получение осуществляется методом электролиза расплава, что связано с огромными энергозатратами. Переработка вторичного сырья гораздо дешевле (экономия электроэнергии до 75%, сокращение вредных выбросов в атмосферу – до 90%), кроме того, этот металл можно переплавлять многократно без ухудшения физических свойств. Алюминиевый лом без ограничений покупается почти во всех пунктах приема металлолома и стоит намного дороже, чем лом черных металлов. После приема производится дальнейшая сортировка, после которой вторичное сырье подвергается классификации с присвоением класса, группы и сорта. Общее количество разновидностей алюминиевого вторичного сырья превышает 20 наименований.

Физика и химия вещества

Из школьного курса химии известно, то алюминий – металл серебристо-белого цвета, обладающий низкой плотностью, высокой тепло- и электропроводностью. На воздухе покрывается защитной пленкой, которая легко растворяется в горячих растворах щелочей и кислот, некоторые его соединения обладают амфотерными свойствами. Даже на основе таких поверхностных сведений можно предложить несколько способов, как отличить алюминий от других металлов.

Главное отличие от нержавейки, железа, олова, свинца и других металлов, наиболее часто сдаваемых в металлолом, – низкая плотность, определить которую можно и в домашних условиях. Для этого понадобится мерный цилиндр и кухонные весы с точностью взвешивания до 1 грамма. Методика проста и не требует специальных знаний: предварительно взвешенную деталь из исследуемого материала опускаем в мерный цилинр, заполненный водой, и отмечаем изменение положения мениска жидкости. Далее делим массу детали на ее объем, равный разности уровня воды в цилиндре, и получаем плотность. Если получилось значение, близкое к 2,7 г/мл, то с высокой долей вероятности деталь сделана из алюминия.

В классической химии качественной реакцией на алюминий является проба с соляной кислотой и гидроксидом аммония. Если растворить алюминиевый образец в 10%-ом растворе соляной кислоты, а затем добавить обычный нашатырный спирт, то выпадет осадок Al(OH)3↓.

Внимание: реакция сопровождается бурным газообразованием (выделение водорода), поэтому необходимо соблюдать технику безопасности (защитные очки, перчатки, фартук).

Простейший способ, как отличить алюминий от железа – магнитная проба: алюминиевые детали не будут притягиваться к магниту. Однако, этот эффект является необходимым, но не достаточным подтверждением того, что исследуемый образец изготовлен из алюминия, поскольку парамагнитными свойствами обладают как алюминиевые сплавы, так и некоторые цветные металлы. Далее показан опыт с магнитом на маятнике и листом алюминия (в случае отсутствия магнетизма маятник бы не остановился по-середине и, по энерции, продолжил колебаться).

Отличие от дюраля

Несведущему человеку с первого взгляда достаточно сложно идентифицировать эти материалы, максимально точный результат можно получить лишь в химлаборатории. Предварительное заключение можно сделать, воспользовавшись советами, которыми делятся специалисты на профессиональных форумах. В паре алюминий/дюраль первый будет издавать высокий звон при ударе, не ломается при сгибании, а после снятия стружки поверхность блестит, как у серебра (кстати, спутать эти металлы практически невозможно, так как серебро отличается гораздо большим удельным весом). На изломе алюминий дает мелкозернистую структуру; при сверлении стружка отходит легко, не липнет на сверло.

Определить различия можно и химическими методами. Если исследуемый образец поместить в раствор азотной кислоты, а через некоторое время (2-3 часа) нейтрализовать его раствором щелочи (подойдет и обычная питьевая сода), то в случае чистого алюминия выпадет полупрозрачный белый осадок, а медь в дюрале придаст осадку голубоватый оттенок.

Отличие от ЦАМ

Отличия алюминия от ЦАМ

Сложности при идентификации этих материалов возникают довольно часто, так как ЦАМ – сплавы из трех металлов (цинк, алюминий, медь) внешне очень похожи на чистый металл. Достоверный способ определения — с помощью перекиси водорода, 20%-ого раствора сульфида натрия или 10%-го раствора медного купороса: при нанесении нескольких капель любого их вышеперечисленных реагентов на заточенную поверхность (свежий срез) алюминий останется серебристо-белым, а ЦАМ потемнеет.

Отличие от нержавейки

Отличия алюминия от нержавейки

Отличить эти материалы можно в домашних условиях всего за несколько минут. В первую очередь стоит обратить внимание на внешние различия: алюминиевая поверхность на ощупь более шершавая и матовая, нержавейка всегда хорошо блестит, даже если образец не отполирован. Нержавеющая сталь тоже не притягивается магнитом, но изделия из нее существенно тяжелее алюминиевых (плотность выше минимум в три раза). Далее делаем пробу «на нож» — на поверхности алюминия останется след, а нержавейка из-за высокой твердости останется неповрежденной. Можно также провести деталью по белой бумаге: алюминиевый образец оставит серый след, в то время как след от нержавеющей стали останется бесцветным. Специалисты по металлообработке предлагают еще один простой способ – распилить образец болгаркой. Нержавеющая сталь даст много искр, от алюминия искры не летят.

Отличие от других цветных металлов

Несмотря на то, что свойства металлов в основном идентичны, у каждого элемента есть свои отличительные особенности, по которым можно легко отличить металл от алюминия. Так, медь обладает ярким красноватым оттенком, золото – желтым цветом, свинец – очень высокой плотностью и хрупкостью, олово – высокой пластичностью, серебро – ярким блеском, железо и его сплавы – магнитными свойствами. При необходимости достоверную информацию можно найти в специальной справочной литературе или на профессиональных тематических форумах.

Читайте так же:
Общая погрешность измерения микрометром находится в пределах

Стоит отметить, что все вышеперечисленные методы являются лишь оценочными и приблизительными: точный химический состав металлолома определят специалисты аккредитованной лаборатории. На все вопросы по теме алюминиевого лома ответят специалисты пунктов приема металлов.

Особенности состава, свойств и характеристик алюминия

Алюминий представляет собой самый распространенный металл в земной коре. Он относится к группе легких металлов, имеет небольшую плотность и температуру плавления. При этом пластичность и электропроводность находятся на высоком уровне, что обеспечивает его повсеместное использование. Итак, давайте узнаем, каковы удельная температура плавления алюминия и его сплавов (пр. в сравнении с железом и свинцом), тепло- и электропроводность, плотность, другие свойства, а также в чем особенности структуры сплавов алюминия и химического их состава.

Состав и структура алюминия

Для начала нашему рассмотрению подлежат структура и хим.состав алюминия. Предел прочности чистого алюминия крайне небольшой и составляет до 90 МПа. Если же к его составу добавить в небольшом соотношении марганец, медь, цинк или магний, прочность может возрасти до 700 МПа. К такому же результату приведет использование особой термической обработки.

Металл, обладающий наиболее высокой чистотой (99,99% алюминия), может применяться в специальных и лабораторных целях, в остальных же случаях используется алюминий с технической чистотой. Наиболее распространенными примесями в нем могут выступать кремний и железо, которые практически не растворяются в алюминии. В результате их добавки уменьшается пластичность и повышается прочность конечного металла.

Теперь поговорим о свойствах металла алюминия.

Данное видео расскажет о структуре алюминия:

Свойства и характеристики

Свойствами металла служат его высокие показатели тепло- и электропроводности, невосприимчивость к коррозии, высокая пластичность и устойчивость к низким температурам. При этом главное его свойство – это небольшая плотность (около 2,7 г/см 3 .).

Механические, технологические, а также физико-химические свойства этого металла имеют непосредственную зависимость от входящих в его состав примесей. К естественным его компонентам относится кремний и железо.

Давайте узнаем далее, какая температура плавления алюминия и его сплавов

Основные параметры

  • Плотность алюминия составляет 2,7*10 3 кг/м 3 ;
  • Удельный вес — 2,7 г/cм 3 ;
  • Температура плавления алюминия 659°C;
  • Температура кипения 2000°C;
  • Коэффициент линейного расширения составляет — 22,9 *10 6 (1/град).

Теперь рассмотрению подлежат теплопроводность и электропроводность алюминия.

Данное видео сравнивает температуры плавления алюминия и других наиболее часто используемых металлов:

Электропроводность

Важным показателем алюминия является его электропроводность, которая уступает по величине лишь золоту, серебру и меди. Высокий коэффициент электропроводности в сочетании с небольшой плотностью обеспечивает материалу высокую конкурентоспособность в кабельно-проводниковой области.

Помимо основных примесей на этот показатель также влияет титан, марганец и хром. Если алюминий предназначен для производства проводников тока, то суммарное количество примесей не должно превышать 0,01%.

  • Показатель электропроводности может варьироваться, в зависимости от состояния, в котором находится алюминий. Процесс длительного отжига увеличивает этот показатель, а нагартовка, напротив, уменьшает его.
  • Удельное сопротивление при температуре 20 0 С в зависимости от марки металла находится в пределах 0,0277-0,029 мкОм*м.

Теплопроводность

svosytva-alyuminiya

Коэффициент теплопроводности металла составляет около 0,50 кал/см*с*С и увеличивается со степенью его чистоты.

Это значение меньше, чем у меди и серебра, но больше, чем у остальных металлов. Благодаря ему, алюминий активно используется в производстве теплообменников и радиаторов.

Коррозионная стойкость

Сам металл является химически активным веществом, благодаря чему его используют в алюмотермии. При контакте с воздухом на нем образуется тончайшая пленка из окиси алюминия, которая имеет химическую инертность и высокую прочность. Ее главное назначение – это защищать металл от последующего процесса окисления, а также от воздействия коррозии.

  • Если алюминий обладает высокой чистотой, то эта пленка не имеет пор, полностью покрывает его поверхность и обеспечивает надежным сцеплением. В результате металл устойчив не только к воде и воздуху, но и к щелочам и неорганическим кислотам.
  • В тех местах, где находятся примеси, защитный слой пленки может быть поврежденным. Такие места становятся уязвимыми для коррозии. Поэтому на поверхности может наблюдаться коррозия точечного типа. Если марка содержит 99,7% алюминия и менее 0,25% железа, скорость коррозии составляет 1.1, при содержании алюминия на 99,0% этот показатель увеличивается до 31.
  • Содержащееся железо также уменьшает устойчивость металла к щелочам, но не меняет устойчивость к серной и азотной кислотам.

Взаимодействие с разными веществами

Когда алюминий обладает температурой 100 0 С, он способен взаимодействовать с хлором. Независимо от степени нагрева, алюминий растворяет водород, но при этом не ступает в реакцию с ним. Именно потому он является главным составляющим элементом газов, которые присутствуют в металле.

В целом алюминий устойчив в следующих средах:

  • Пресная и морская вода;
  • Соли магния, натрия и аммония;
  • Серная кислота;
  • Слабые растворы из хрома и фосфора;
  • Раствор аммиака;
  • Уксусная, яблочная и прочие кислоты.

Алюминий не устойчив:

  • Раствор из серной кислоты;
  • Соляная кислота;
  • Едкие щелочи и их раствор;
  • Щавелевая кислота.

Про токсичность и экологичность алюминия читайте ниже.

Электропроводность меди и алюминия, а также иные сравнения двух металлов представлены в таблице ниже.

Сравнение характеристик алюминия и меди

ekologichnost-alyuminiya

Токсичность

Хотя алюминий весьма распространен, но он не используется в метаболизме, ни у одного живого существа. Он обладает незначительным токсическим действием, но многие его неорганические соединения, которые растворяются в воде, способны длительное время пребывать в таком состоянии и негативно сказываться на живых организмах. Наиболее ядовитыми веществами выступают ацетаты, хлориды и нитраты.

Еще больше полезной информации о свойствах алюминия содержит данное видео:

Алюминий

Алюминий (лат. Aluminium), Al, химический элемент III группы периодической системы Менделеева; атомный номер 13, атомная масса 26,9815; серебристо-белый легкий металл. Состоит из одного стабильного изотопа 27 Al.

Историческая справка. Название Алюминий происходит от лат. alumen — так еще за 500 лет до н. э. назывались алюминиевые квасцы, которые применялись как протрава при крашении тканей и для дубления кожи. Датский ученый X. К. Эрстед в 1825, действуя амальгамой калия на безводный АlСl3 и затем отгоняя ртуть, получил относительно чистый Алюминий. Первый промышленного способ производства Алюминия предложил в 1854 французский химик А. Э. Сент-Клер Девиль: способ заключался в восстановлении двойного хлорида Алюминия и натрия Na3AlCl6 металлическим натрием. Похожий по цвету на серебро, Алюминий на первых порах ценился очень дорого. С 1855 по 1890 годы было получено всего 200 т Алюминия. Современный способ получения Алюминия электролизом криолитоглиноземного расплава разработан в 1886 году одновременно и независимо друг от друга Ч. Холлом в США и П. Эру во Франции.

Читайте так же:
Оборудование для шлифовки бетонного пола

Распространение Алюминия в природе. По распространенности в природе Алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния и 1-е — среди металлов. Его содержание в земной коре составляет по массе 8,80% . В свободном виде Алюминий в силу своей химической активности не встречается. Известно несколько сотен минералов Алюминия, преимущественно алюмосиликатов. Промышленное значение имеют боксит, алунит и нефелин. Нефелиновые породы беднее бокситов глиноземом, но при их комплексном использовании получаются важные побочные продукты: сода, поташ, серная кислота. В СССР разработан метод комплексного использования нефелинов. Нефелиновые руды в СССР образуют, в отличие от бокситов, весьма крупные месторождения и создают практически неограниченные возможности для развития алюминиевой промышленности.

Физические свойства Алюминия. Алюминий сочетает весьма ценный комплекс свойств: малую плотность, высокие теплопроводность и электрическую проводимость, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость. Он легко поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению. Алюминий хорошо сваривается газовой, контактной и других видами сварки. Решетка Алюминия кубическая гранецентрированная с параметром а = 4,0413 Å. Свойства Алюминий, как и всех металлов, в значит, степени зависят от его чистоты. Свойства Алюминия особой чистоты (99,996%): плотность (при 20°С) 2698,9 кг/м 3 ; tпл 660,24°С; tкип около 2500°С; коэффициент термического расширения (от 20° до 100°С) 23,86·10 -6 ; теплопроводность (при 190°С) 343 вт/м·К [0,82 кал/(см·сек·°С)], удельная теплоемкость (при 100°С) 931,98 дж/кг·К. [0,2226 кал/(г·°С)]; электропроводность по отношению к меди (при 20 °С) 65,5%. Алюминий обладает невысокой прочностью (предел прочности 50-60 Мн/м 2 ), твердостью (170 Мн/м 2 по Бринеллю) и высокой пластичностью (до 50%). При холодной прокатке предел прочности Алюминия возрастает до 115 Мн/м 2 , твердость — до 270 Мн/м 2 , относительное удлинение снижается до 5% (1 Мн/м 2

и 0,1 кгс/мм 2 ). Алюминий хорошо полируется, анодируется и обладает высокой отражательной способностью, близкой к серебру (он отражает до 90% падающей световой энергии). Обладая большим сродством к кислороду, Алюминий на воздухе покрывается тонкой, но очень прочной пленкой оксида Al2О3, защищающей металл от дальнейшего окисления и обусловливающей его высокие антикоррозионные свойства. Прочность оксидной пленки и защитное действие ее сильно убывают в присутствии примесей ртути, натрия, магния, меди и др. Алюминий стоек к действию атмосферной коррозии, морской и пресной воды, практически не взаимодействует с концентрированной или сильно разбавленной азотной кислотой, с органических кислотами, пищевыми продуктами.

Химические свойства Алюминия. Внешняя электронная оболочка атома Алюминия состоит из 3 электронов и имеет строение 3s 2 3р 1 . В обычных условиях Алюминий в соединениях 3-валентен, но при высоких температурах может быть одновалентным, образуя так называемых субсоединения. Субгалогениды Алюминия, AlF и АlСl, устойчивые лишь в газообразном состоянии, в вакууме или в инертной атмосфере, при понижении температуры распадаются (диспропорционируют) на чистый Аl и AlF3 или АlСl3 и поэтому могут быть использованы для получения сверхчистого Алюминия. При накаливании мелкоизмельченный или порошкообразный Алюминий энергично сгорает на воздухе. Сжиганием Алюминия в токе кислорода достигается температура выше 3000°С. Свойством Алюминия активно взаимодействовать с кислородом пользуются для восстановления металлов из их оксидов (Алюминотермия). При темно-красном калении фтор энергично взаимодействует с Алюминием, образуя AlF3. Хлор и жидкий бром реагируют с Алюминием при комнатной температуре, иод — при нагревании. При высокой температуре Алюминий соединяется с азотом, углеродом и серой, образуя соответственно нитрид AlN, карбид Al4C3 и сульфид Al2S3. С водородом Алюминий не взаимодействует; гидрид Алюминия (AlН3)X получен косвенным путем. Большой интерес представляют двойные гидриды Алюминия и элементов I и II групп периодической системы состава МеНn·nAlH3, так называемые алюмогидриды. Алюминий легко растворяется в щелочах, выделяя водород и образуя алюминаты. Большинство солей Алюминия хорошо растворимо в воде. Растворы солей Алюминия вследствие гидролиза показывают кислую реакцию.

Получение Алюминия. В промышленности Алюминий получают электролизом глинозема Аl2О3, растворенного в расплавленном криолите NasAlF6 при температуре около 950° С. Используются электролизеры трех основных конструкций: 1) электролизеры с непрерывными самообжигающимися анодами и боковым подводом тока, 2) то же, но с верхним подводом тока и 3) электролизеры с обожженными анодами. Электролитная ванна представляет собой железный кожух, футерованный внутри тепло- и электро-изолирующим материалом — огнеупорным кирпичом, и выложенный угольными плитами и блоками. Рабочий объем заполняется расплавленным электролитом, состоящим из 6-8% глинозема и 94-92% криолита (обычно с добавкой AlF3 и около 5-6% смеси фторидов калия и магния). Катодом служит подина ванны, анодом — погруженные в электролит угольные обожженные блоки или же набивные самообжигающиеся электроды. При прохождении тока на катоде выделяется расплавленный Алюминий, который накапливается на подине, а на аноде — кислород, образующий с угольным анодом CO и CO2. К глинозему, основному расходуемому материалу, предъявляются высокие требования по чистоте и размерам частиц. Присутствие в нем оксидов более электроположительных элементов, чем Алюминий, ведет к загрязнению Алюминия. При достаточном содержании глинозема ванна работает нормально при электрическом напряжении порядка 4-4,5 В. Ванны присоединяют к источнику постоянного тока последовательно (сериями из 150-160 ванн). Современные электролизеры работают при силе тока до 150 кА. Из ванн Алюминий извлекают обычно с помощью вакуум-ковша. Расплавленный Алюминий чистотой 99,7% разливают в формы. Алюминий высокой чистоты (99,9965%) получают электролитическим рафинированием первичного Алюминия с помощью так называемых трехслойного способа, снижающего содержание примесей Fe, Si и Сu. Исследования процесса электролитического рафинирования Алюминия с применением органических электролитов показали принципиальную возможность получения Алюминий чистотой 99,999% при относительно низком расходе энергии, но пока этот метод обладает низкой производительностью. Для глубокой очистки Алюминий применяют зонную плавку или дистилляцию его через субфторид.

Читайте так же:
Шлифовочный диск на болгарку по дереву

При электролитическом производстве Алюминия возможны поражения электрическим током, высокой температурой и вредными газами. Для избежания несчастных случаев ванны надежно изолируют, рабочие пользуются сухими валенками, соответствующей спецодеждой. Здоровая атмосфера поддерживается эффективной вентиляцией. При постоянном вдыхании пыли металлического Алюминия и его оксида может возникнуть алюминоз легких. У рабочих, занятых в производстве Алюминия, часты катары верхних дыхательных путей (риниты, фарингиты, ларингиты). Предельно допустимая концентрация в воздухе пыли металлического Алюминий, его оксида и сплавов 2 мг/м 3 .

Применение Алюминия. Сочетание физических, механических и химических свойств Алюминия определяет его широкое применение практически во всех областях техники, особенно в виде его сплавов с других металлами. В электротехнике Алюминий успешно заменяет медь, особенно в производстве массивных проводников, например, в воздушных линиях, высоковольтных кабелях, шинах распределительных устройств, трансформаторах (электрическая проводимость Алюминия достигает 65,5% электрической проводимости меди, и он более чем в три раза легче меди; при поперечном сечении, обеспечивающем одну и ту же проводимость, масса проводов из Алюминий вдвое меньше медных). Сверхчистый Алюминий употребляют в производстве электрических конденсаторов и выпрямителей, действие которых основано на способности оксидной пленки Алюминия пропускать электрический ток только в одном направлении. Сверхчистый Алюминий, очищенный зонной плавкой, применяется для синтеза полупроводниковых соединений типа АIII BV,применяемых для производства полупроводниковых приборов. Чистый Алюминий используют в производстве разного рода зеркальных отражателей. Алюминий высокой чистоты применяют для предохранения металлических поверхностей от действия атмосферной коррозии (плакирование, алюминиевая краска). Обладая относительно низким сечением поглощения нейтронов, Алюминий применяется как конструкционный материал в ядерных реакторах.

В алюминиевых резервуарах большой емкости хранят и транспортируют жидкие газы (метан, кислород, водород и т. д.), азотную и уксусную кислоты, чистую воду, перекись водорода и пищевые масла. Алюминий широко применяют в оборудовании и аппаратах пищевой промышленности, для упаковки пищевых продуктов (в виде фольги), для производства разного рода бытовых изделий. Резко возросло потребление Алюминий для отделки зданий, архитектурных, транспортных и спортивных сооружений.

В металлургии Алюминий (помимо сплавов на его основе)- одна из самых распространенных легирующих добавок в сплавах на основе Сu, Mg, Ti, Ni, Zn и Fe. Применяют Алюминий также для раскисления стали перед заливкой ее в форму, а также в процессах получения некоторых металлов методом алюминотермии. На основе Алюминия методом порошковой металлургии создан САП (спеченный алюминиевый порошок), обладающий при температурах выше 300°С большой жаропрочностью.

Алюминий используют в производстве взрывчатых веществ (аммонал, алюмотол). Широко применяют различные соединения Алюминия.

Производство и потребление Алюминия непрерывно растет, значительно опережая по темпам роста производство стали, меди, свинца, цинка.

Геохимия Алюминия. Геохимические черты Алюминия определяются его большим сродством к кислороду (в минералах Алюминий входит в кислородные октаэдры и тетраэдры), постоянной валентностью (3), слабой растворимостью большинства природных соединений. В эндогенных процессах при застывании магмы и формировании изверженных пород Алюминий входит в кристаллическую решетку полевых шпатов, слюд и других минералов — алюмосиликатов. В биосфере Алюминий- слабый мигрант, его мало в организмах и гидросфере. Во влажном климате, где разлагающиеся остатки обильной растительности образуют много органических кислот, Алюминий мигрирует в почвах и водах в виде органоминеральных коллоидных соединений; Алюминий адсорбируется коллоидами и осаждается в нижней части почв. Связь Алюминия с кремнием частично нарушается и местами в тропиках образуются минералы — гидрооксиды Алюминия- бемит, диаспор, гидраргиллит. Большая же часть Алюминия входит в состав алюмосиликатов — каолинита, бейделлита и других глинистых минералов. Слабая подвижность определяет остаточное накопление Алюминия в коре выветривания влажных тропиков. В результате образуются элювиальные бокситы. В прошлые геологические эпохи бокситы накапливались также в озерах и прибрежной зоне морей тропических областей (например, осадочные бокситы Казахстана). В степях и пустынях, где живого вещества мало, а воды нейтральные и щелочные, Алюминий почти не мигрирует. Наиболее энергична миграция Алюминия в вулканических областях, где наблюдаются сильнокислые речные и подземные воды, богатые Алюминием. В местах смещения кислых вод с щелочными — морскими (в устьях рек и других), Алюминий осаждается с образованием бокситовых месторождений.

Алюминий в организме. Алюминий входит в состав тканей животных и растений; в органах млекопитающих животных обнаружено от 10 -3 до 10 -5 % Алюминия (на сырое вещество). Алюминий накапливается в печени, поджелудочной и щитовидной железах. В растительных продуктах содержание Алюминия колеблется от 4 мг на 1 кг сухого вещества (картофель) до 46 мг (желтая репа), в продуктах животного происхождения — от 4 мг (мед) до 72 мг на 1 кг сухого вещества (говядина). В суточном рационе человека содержание Алюминия достигает 35-40 мг. Известны организмы — концентраторы Алюминия, например, плауны (Lycopodiaceae), содержащие в золе до 5,3% Алюминия, моллюски (Helix и Lithorina), в золе которых 0,2-0,8% Алюминия. Образуя нерастворимые соединения с фосфатами, Алюминий нарушает питание растений (поглощение фосфатов корнями) и животных (всасывание фосфатов в кишечнике).

Описание и характеристики алюминиевых электродов при дуговой сварке

Интересуетесь, какие существуют электроды по алюминию для электродуговой сварки и в среде защитных газов? Расскажем про промышленные и самодельные стержни!

Электроды для сварки алюминия и алюминиевых сплавов: технические особенности

Алюминий относится к тому типу металлов, которые труднее всего сваривать. Свойства этого металла существенно усложняют процесс сварки, поэтому на крупных предприятиях очень редко используется ручная сварка электродами. Для этого применяется специальная техника.

Однако в домашних условиях или в небольших мастерских использование спецтехники может быть дорогим и невыгодным. Поэтому в таких условиях допускается применение ручной дуговой сварки.

Основные особенности алюминия, которые усложняют сварочный процесс:

  • Оксидная плёнка. Образуется на поверхности алюминиевых изделий и создаёт дополнительные проблемы, так как для её расплавки нужна температура более 2000оС. При том, что сам алюминий начинает плавиться при 600оС.
  • Тяжело сделать цельный шов. Метал быстро окисляется и на расплавленных каплях появляется тугоплавкая плёнка. Поэтому приходится принимать меры по снижению уровня кислорода в окружающей среде (с помощью специального оборудования это сделать проще, чем вручную).
  • Алюминий быстро плавится и сильно растекается. При сварочных работах нужно использовать теплоотводящие подкладки.
  • Склонность к образованию кристаллизационных трещин. В большинстве алюминиевых сплавов находится кремний. Из-за этого при сварке швов могут образоваться расколы.
  • Высокий показатель линейного расширения. В процессе затвердения шва форма может деформироваться.
  • Для сварки конструкция и деталей из алюминия нужно применять ток в 1,5 раза сильнее, чем при работе с другими металлами.
Читайте так же:
Резьбомер гост 519 77

Физико-химический состав

Состав электродов по алюминию для дуговой сварки сильно отличается в различных марках. В основу их все равно входит чистый алюминий, масса которого является подавляющей, но главные свойства определяются различными добавками, которые могут служить для сварки сплавов и так далее. К примеру, марка ОЗА 1 предназначается для работы с чистым металлом и она практически на 99% состоит из него. Остальной 1% это добавки, куда входит 0,5% кремния, 0,25% титана, 0,2% железа и прочие примеси. Если же материалы предназначены для сварки алюминиево-кремниевых сплавов, то в них может содержаться около 12% кремния, а все остальное алюминий.

Электроды для сварки по алюминия марки ОЗА 1

Электроды для сварки по алюминия марки ОЗА 1

Технические характеристики

Механические свойства сварочных электродов по алюминию являются одним из главных параметров, по которому подбирают материалы для той или иной процедуры. Крепость полученного шва, пластичность наплавленного металла и прочие важные параметры становятся определяющими. Во многом они зависят от состава, но в целом, в марках преобладает алюминий, так что основные свойства они получают из этого металла. На примере ОЗА 1 можно рассмотреть основные характеристики, которые присутствуют в таких наплавочных материалах.

Временное сопротивление разрыву, Н/мм2

Производительность наплавки (для д. 4 мм), г/мин

Расход электродов на 1 кг наплавленного металла, кг

Марки электродов для сварки алюминия

ОЗА-1 — применяется при сваривании металла в чистом виде. В таких электродах наблюдается минимальный процент примеси. При сварке может потребоваться дополнительное использование алюминиевых флюсов.

Сварочные электроды ОЗА-1

Сварочные электроды ОЗА-1

ОЗА 2 – эти сварочные материалы больше подходят для сваривания сплавов алюминия и кремния. Ни применяются для наплавки металла, заваривания брака в литейном производстве и прочих отраслях, где встречается данный сплав. Здесь также требуется дополнительное использование флюса.

Сварочные электроды ОЗА-2

Сварочные электроды ОЗА-2

ОК96.10 – покрытие здесь представлено щелочно-солевым типом. Это лучше всего подходит для технического металла, в котором нет примесей. Они чувствительны к понижению силы тока, так как при низких параметрах будет слишком частое залипание материалов. Скорость плавления здесь, примерно, около трех раз выше, чем у других металлов.

Сварочные электроды ОК96.10

Сварочные электроды ОК96.10

ОК96.20 – тут также присутствует щелочно-солевое покрытие, благодаря чему повышается качество соединения металлопроката. Эти электроды предназначены для сварки сплавов с магнием и марганцем. Сам стержень имеет добавки марганца в составе. Благодаря высокой гигроскопичности покрытия эти материалы нужно подогревать при температуре в 220 градусов Цельсия.

Сварочные электроды ОК96.20

Сварочные электроды ОК96.20

Обозначение и маркировка

Электрода ОЗА 1 расшифруются как наплавочные материалы с основным покрытием, предназначены для сварки технического алюминия и содержащие 1% примесей.

Выбор

Электроды для сварки дюралюминия и других сплавов подбираются под основной металл. Желательно, чтобы содержание дополнительных элементов в обоих случаях было одинаковым. Допускается присутствие небольшого количества элементов, улучшающих свойства сваривания, примерно в сотых долях процента. Зачастую в марках указано, к каким именно сортам металла и сплава они предназначаются, так что выбор не будет сложным даже для новичков. Далее следует обратить внимание на толщину электрода, так как она не должна быть слишком большой. Из-за низкой температуры плавления всегда остается риск пропалить основной металл. Расхождение между толщиной должно составлять максимум 1 мм.

«Важно!Не стоит использовать электроды, которые просушивались и более двух раз, так как это может ухудшить качество сваривания.»

Основные режимы и нюансы применения

В данном деле технология проведения процесса и подготовка оказывается не менее важной, чем выбор нужной марки. Поэтому, нужно знать особенности, как варить алюминий электродом. Прежде всего требуется заняться подготовительным этапом. Здесь наблюдается очень большая чувствительность к чистоте поверхности. Причем это касается не только физических, но и химических параметров. Перед самой сваркой нужно зачистить поверхность щеткой, а также обработать ее растворителем, чтобы снять оксидную пленку. Иным способом ее убрать не получится, так как температура ее плавления в три с половиной раза выше, чем температура плавления алюминия.

Когда все подготовлено, то можно приступать к свариванию. Главной особенностью, которую стоит учесть, является скорость плавления электрода. Она в несколько раз выше, чем при сварке стали. Тут нужно только нарабатывать опыт. Если сварщик в первый раз встречается с данным процессом, то не стоит сразу браться за тонкие листы металла, а лучше попрактиковаться на более толстых разновидностях, где меньше риск пропалить основной металл.

Алюминий, его свойства, применение и технология производства. Торговые сорта алюминия. Сплавы на основе алюминия. Маркировка.

По распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов. По объему производства и масштабам применения он уступает только черным металлам.

Широкое использование алюминия обусловлено важнейшими свойствами:

— низкая плотность – 2,7 г/см 3 против 7,8 г/см 3 для железа и 8,94 г/см 3 для меди;

— температура плавления — 660 0 С

— высокая электро- и теплопроводность;

По электропроводности алюминий уступает только серебру, меди и золоту.

— высокая отражательная способность;

— кристаллическая решетка алюминия – гранецентрированная кубическая. Аллотропических превращений он не имеет.

— хорошая коррозионная стойкость в атмосфере и ряде агрессивных сред.

Алюминий устойчив против атмосферной коррозии благодаря образованию на его поверхности плотной оксидной пленки Al2O3. Эта пленка обладает высокими защитными свойствами, поэтому, будучи покрытым такой пленкой, алюминий является коррозионностойким.

Он не коррозирует в пресной воде, обладает высокой коррозионной стойкостью в морской воде, в концентрированной азотной кислоте и некоторых органических кислотах (уксусной, лимонной и др.).

механические

невысокая прочность, высокая пластичность

технологические

Благодаря высокой пластичности алюминий хорошо обрабатывается давление как в холодном, так и в горячем состоянии. Алюминий хорошо сваривается, но имеет низкие литейные свойства и плохо обрабатывается резанием.

Алюминий широкого применяется в электронике для изготовления проводников тока. Благодаря хорошей коррозионной стойкости алюминий применяется в химической и пищевой промышленности. Он используется также в качестве раскислителя при производстве стали. Широко применяют алюминий также для защиты поверхности металлов от коррозии, при изготовлении полупроводниковых приборов, а также в ядерной технике. Из него изготавливают посуду, художественные и декоративные изделия и т.д.

Читайте так же:
Что такое кран балка фото

Основная же масса алюминия расходуется на производство алюминиевых сплавов, которые благодаря малой плотности и достаточной прочности широко применяются в машиностроении, особенно в авиастроении и строительстве.

Производство алюминия

В природе алюминий находится в виде алюминиевых руд: бокситов, нефелинов, каолинов.

Важнейшей рудой, на которой базируется большая часть мировой алюминиевой промышленности, являются бокситы (гидрат глинозема Al2O3×nН2О в смеси c оксидами железа, кремния, титана и других элементов).

Получение алюминия из руд состоит из двух последовательно проводимых этапов:

— электролитическое получение алюминия.

Блок-схема производства алюминия приведена на рисунке 1.

В одних разновидностях щелочных методов боксит, обезвоженный при 200 0 С, измельчают в шаровых мельницах, смешивают в определенных пропорциях с содой и спекают для получения растворимого в воде твердого алюмината натрия по реакции:

Спекшуюся массу измельчают и выщелачивают водой, алюминат натрия при этом переходит в раствор.

В других разновидностях щелочного метода глинозем, содержащийся в боксите, связывают в алюминат натрия путем непосредственной обработки руды щелочами. При этом сразу получается раствор алюмината в воде.

Рис. 1 Блок-схема производства алюминия

Смешивание бокситов с содой и получение алюмината натрия

Обработка углекислым газом

Сушка, прокаливание Al(ОН)3

В общих случаях образование водного раствора алюмината натрия приводит к отделению его от нерастворимых компонентов руды, представляющих собой в основном оксиды и гидрооксиды Fe, Si и Тi. Отделение раствора от нерастворимого осадка, называемого красным шламом, осуществляют в отстойниках.

В полученный раствор при 125 0 С и давлении 5 атм. добавляют известь, что приводит к обескремниванию – CаSiО3 уходит в осадок, образуя белый шлам.

Полученный раствор после отделения его от белого шлама обрабатывают углекислым газом при 60-80 0С, в результате чего в осадок выпадает кристаллический гидрат окиси алюминия:

Его промывают, просушивают и прокаливают. Прокаливание приводит к образованию глинозема:

Описанный способ обеспечивает довольно полное извлечение глинозема из боксита – около 80%.

Получение металлического Аl из глинозема заключается в его электролитическом разложении на составные части – на алюминий и кислород. Электролитом в этом процессе является раствор глинозема в криолите (А1F3·3NaF или Na3АlF6).

Криолит, обладая особенностью растворять глинозем, одновременно снижает его температуру плавления. Глинозем плавится при температуре около 2000 0С, а температура плавления раствора, состоящего, например, из 85% криолита и 15% глинозема равна 935 0С.

Схема электролиза глинозема достаточна проста, но технологически этот процесс сложный и требует больших затрат электроэнергии.

При электролизе 1т алюминия расходуется около 2т глинозема; 0,6т угольных электродов, служащих анодами; 0,1т криолита и от 17000 до 18000 кВт·ч электроэнергии.

Полученный при электролизе глинозема алюминий – сырец, содержит металлические примеси (Fe, Si, Тi, Na), растворенные газы, главным из которых является водород; кроме того, неметаллические включения, представляющие собой частицы глинозема, угля, криолита. В таком состоянии алюминий непригоден для применения, т.к. имеет низкие свойства, поэтому его обязательно рафинируют. Неметаллические и газообразные примеси удаляют путем переплавки и продувки металла хлором. Хлорирование алюминия способствует также удалению Na, Ca, Mg и газов, растворенных в алюминии.

Затем жидкий алюминий выдерживают в ковше или электропечи в течение 30-45 мин при температуре 690-730 0 С для всплывания неметаллических включений и выделения газов из металла. После рафинирования получают торговые сорта алюминия.

Торговые сорта алюминия

Чистота алюминия является решающим показателем, влияющим на все его свойства, поэтому химический состав положен в основу классификации алюминия.

Неизбежными примесями, получающимися при производстве алюминия, являются Fe и Si. Обе они вредны.

Примеси понижают электро- и теплопроводность алюминия, коррозионную стойкость и пластичность, повышая его прочность и твердость.

В зависимости от содержания примесей алюминий первичный (ГОСТ 11069-2001) предназначен для изготовления чушек, слитков, катанки и т.д. бывает особой высокой и технической чистоты.

Марки первичного алюминия:

Алюминий особой чистоты — А999;

Алюминий высокой чистоты — А995, А99, А97, А95;

Алюминий технической чистоты – А85, А8, А7, А6, А5, А0.

Контролируемыми примесями в алюминии являются Fe, Si, Сu и Ti. Алюминий всех марок содержит более 99% А1.

Количественное же превышение этой величины в сотых или десятых долях процента указывают в названии марки после начальной буквы А. Так в марке А85 содержится 99,85% А1. Исключение из этого принципа маркировки составляет марка АЕ, в которой содержание А1 такое же, как в марках А0 и А5, но другое соотношение входящих в состав примесей железа и кремния. Буква Е в марках А5Е, А7Е означает, что алюминий данной марки предназначается для производства электропроводов.

В зависимости от назначения алюминий можно производить в различном виде.

Алюминий всех марок, предназначенный для переплавки, отливают в виде чушек массой 5,15 и 1000 кг.

Форма чушек и их размеры оговорены ГОСТ 11070-74.

Если же алюминий предназначается для проката листа и ленты, то непрерывным или полунепрерывным методом отливают плоские слитки 17 размеров. Требования к форме и размерам по ГОСТ 9498-79.

Основным видом контроля алюминия как в чушках, так и в плоских слитках, является проверка химического состава и его соответствия марочному. К слиткам и чушкам, предназначенным для обработки давлением, предъявляют дополнительные требования, как отсутствие раковин, газовых пузырей, шлаков и других посторонних включений.

Алюминиевые сплавы

Прочность алюминия незначительная, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных к восприятию внешних сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в настоящее время разработано достаточно много марок.

Введение различных легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства. При легировании различными элементами повышается прочность, твердость, приобретается жаропрочность и другие свойства.

Но могут происходить и нежелательные явления: снижается электропроводность; ухудшается коррозионная стойкость; почти всегда повышается относительная плотность.

По способу изготовления изделий из алюминиевых сплавов, их делят на две группы:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector