Алюминий және оның қорытпалары

    Сөйтіп, жаңа әдіс  әмірге келеді. Өткен ғасырдың  аяғында алюминий металын өндіретін  кәсіпорындар Франция, Швейцария,  Германия, Италия, Америка сияқты  дамыған капиталистік елдерде  болды. Ал, Россияда алюминий өндірісін  былай қойғанда, оны өндіруге  қажетті кен орны да жоқ  болатын.

    Алюминий негізді қорытпалар. Құрамында кремнийі бар алғашқы алюминий қорытпалары 19ғ-дың 50 жылдарында алынады. Оның беріктігі нашар, тотығуға төзімділігі төмен болды. АҚШ-та 1907 жылға дейін Al-Cu қорытпасы кеңінен тарап келді. 1910 жылы Англияда үш компонентті Al-Cu-Mn, ал 2 жылдан соң құрамына 10-14% мырыш және 2-3% мыс кіретін алюминий қорытпалары алынды. 1903-11ж. А.Вильман (Германия) ашқан металды кемелдендіру тәсілі алюминий қорытпалардың жетілдіруге елеулі әсерін тигізді. Алюминий қорытпалардың кемелденген түрі дюралюминий деп аталды. Ю.Г. Музалевский мен С.М. Воронов осы күнгі дюралюминийдің бір түрі – кальчугалюминийді тапты. Беріктігін арттыру  мақсатында соңғы жылдары алюминий қорытпалардың химиялық құрамы жөнінде кең зерттеулер жүргізілді. Соның нәтижесінде  жаңадан коррозияға төзімді, сәндік, электр тех. (Al-Mg-Si), өте берік (Al-Mg-Si-Cu, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mn-Cu), ыстыққа төзімді ( Al-Cu-Mn, Al-Cu-Li), жеңіл және жоғары модульді ( Al-Be-Mg, Al-Li-Mg) алюминий қорытпалар жүйесі табылды.

    Алюминий қорытпалардың беріктігі, коррозияға төзімділігі, электр және жылу өткізгіштігі оның басты қасиеттері болып табылады. Олар бұйым жасау тәсіліне қарай деформацияланатын және құймалық болып екі топқа бөлінеді. Деформацияланатын алюминий қорытпалардан деформациялау арқылы қаңылтыр, плита, труба, сым, жасалады. Ал құймалық алюминий қорытпаларын мәнерлеп құюға пайдалынады. Химиялық құрамында байланысты деформацияланатын алюминий қорытпалардың механикалық, физикалық және коррозияға төзімділік қасиеттері әр түрлі келеді. Al-Mg (магналий) негізді екі компонентті қорытпалар жүйесі коррозияға төзімді және жақсы пісіріледі. Олар кеме, ракета, гидрасамолет, құбыр, цистерна т.ж. вагондарын, көпір жасауда кеңінен қолданылады. Al-Mg-Si (авиаль) қорытпаларының коррозияға төзімділік қасиеті жоғары, анодтық өңдеу жолымен оларға сәндік түр беруге болады. Al-Zn-Mg  қорытпасының да беріктігі жоғары, электрмен пісіруге бейім. Ал төрт компонентті Al-Mg-Si-Cu қорытпасы берік болғанымен құрамында Cu болғандықтан, коррозиға төзімділігі төмен келеді. Олар ауыр жүк көтеретін детальдар жасауда және самолет, ракета конструкцияларында кеңінен  пайдаланылады.

Деформацияланатын алюминий қорытпалар қатарына күйдірілген алюминий пудрасы /КАП/ мен күйдірілген алюминий қорытпасы /КАҚ/ /6-9%/, КАП2 /9,1-13%/, КАП3 / 13,1-18%/ КАП4 /18,1-20%/ болып маркіленеді. КАП  формасы әр түрлі ыстыққа, коррозияға төзімді шыңдалған, штампталған  бұйымдар жасауда қолданылады. КАК  құрамында 25% Si және Ni  болады. Сондықтан  оның ұлғаю коэффициенті төмен, серпімділік  модулі жоғары.

    Құймалық алюминий қорытпалардың құймалық қасиеттері ( cұйықтай аққыштығы, қуыс пен ақаудың пайда болмауы т.б.) артық. Алюминий қорытпаларда легирлеуіш элементтер қосу арқылы оның құймалық қасиетін жақсарта түсуге болатынын А.А. Бочвар ашты. Ең жақсы құймалық алюминий қорытпалардың құрамында 4,5% және одан да көп Si болады.

    Силуминдер екі компонентті Al-Si /АЛ2/ және өте күрделі   Al-Si-Mg- /АЛ9/, Al-Si-Cu /АЛ3,АЛ6/, Al-Si-Mg-Cu /АЛ5,АЛ10/ қорытпалар құймалық қасиеттері, коррозияға төзімділігі және тығыздығы жоғары болғандықтан, өте күрделі құймалар алу үшін қолданылады. Магнийі мол қорытпаларға екі компонентті Al-Mg /АЛ8/ және Mn /АЛ13,АЛ28/, Be және Ti /АЛ22/ қосылған Al-Mg-Si қорытпалар жүйесі жатады. Олардың коррозияға төзімділігі мен беріктігі жоғары, тығыздығы төмен. Ал құрамында 3% тен астам Zn кіретін  Al-Si-Zn /АЛ11/, Al-Zn-Mg-Cu /АЛ24/ қорытпалар жүйесінің тығыздығы жоғары болғанымен, коррозияға төзімділігі  нашар. Құрамында 4%-тен артық Cu бар екі компонентті Al-Cu /АЛ7/ және Ti  қосылған үш компонентті Al-Cu-Mn  /АЛ19/  қорытпалар ыстыққа шыдамды келеді, бірақ тығыздығы , құймалық қасиеттері, коррозияға төзімділігі жағынан жоғарыда аталған қорытпалардан  нашарлау.

    Техниканың әр түрлі салаларында алюминий қорытпаларды көп пайдаланылады. Мыслы: АҚШ-та алюминий қорытпаларды қолдану 5 жылдың ішінде 1,6 есе өсті. Болат қорытпалармен салыстырғанда алюминий қорытпалардан жасалынатын өнім 10% артық шығарылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Алюминий қорытпасының құрылымы және қасиеті

   Алюминий корытпасы  екі топқа болінеді:

   1) қүйылатын;

   2) деформацияланатын;

1 Қүйылатын алюминий корытпасы.

    Құйылатын алюминий корытпасыныц ішіндегі ең көбірек тарағаны силумин деп аталатын, алюминий-кремний (4-13%) корытпасы. Қүрамында 10-13% кремний бар АЛ2 маркалы силуминнің коррозияға төзімділігі жоғары, күйылғыштык касиеті жаксы, бірақ механикалык қасиеті төмен. Қүрылымы кремний кристалы мен әвтектикадан (α+Si) тұрады. Силуминнің механикалы қасиетін жоғарылату үшін, оны натриймен(0,05-0,08%) модификациялайды. Құйылатын алюминий қорытпасын маркалағанда                  АЛ (алюминиевый литейный) әріптерінен кейін реттік сан жазылады.

    Силуминге магний, титан, берилий т.б. элемент қосып, модификация лайды (АЛ4,АЛ9) және қыздырып оңдеп беріктендіреді. Силуминнен қүю әдісі арқылы аспап болшектерін, насос корпусын, жүқа кабырғалы күрделі қүйылма жасалынады.

    Алюминий-мыс (4-11%) қорытпасына марганец және титан қосып, 300°С температур ада жұмысқа бөлшек алынады

    Алюминий-магний (4,5-11,5%) қорытпасына титан, цирконий, бериллий қосып, ылғалы жоғары ортада жүмысқа лайық болшек жасалынады, осіресе кеме, ұшақ, зымыранға керекті.

 

2 Деформацияланатын алюминий  қорытпасы.

    Деформацияланатын және қызулық өңдеуде беріқтенетін қорытпаның қатарына дуралюмин, соғу, беріктігі жоғары т.б. алюминий қорытпалары жатады.

    Алюминий-мыс (2,2-4,9%) - магний (0,4-2,4%) - марганец (0,4-0,8%) қөрытпасын дуралюмин деп атайды. Дуралюминді Д әрпімен және реттік санмен маркалайды. Мысалы: Д1 ,Д16,Д19.

    Дуралюмин суықтай және ыстықтай күйде жақсы деформация ланады. Беріктігін арттыру үшін дуралюминді шынықтырып бөлмелік температурада 5-7 төулік бойы табиғи ескіртеді немесе 150-180°С температурада 2-4 сағат жасанды ескіртуден өткереді. Сонда дуралюминнін механикалық қасиеті жоғарылайды;                σв=490-540МПа, δ=11-14%.

    Соғу алюминий қорытпасының химиялық қүрамы дуралюминге жақын, бірақ пластикалық қасиеті жоғары. Қызулық оңдеуі шынықтьфу мен жасанды ескіртуден тұрады.

    Алюминий-мырыш-магний-мыс жүйесіне марганец пен хром немесе цирконий қосылған қорытпаларды беріктігі жоғары алюминий қорытпасы деп атайды. Шынықтыру мен жасанады ескіртуден кейін беріктін шегі 550-700МПа шамасына дейін жоғарылайды. Деформацияланатын алюминий қорытпасы негізінен авиация саясында қолданылады.

    Алюминий-марганец (1,01-1,6%) және алюминий-магний( 1,8-6,8%) қорытпалары деформацияланатын, бірақ қызулык оңдеуде беріктенбетін алюминий қорытпасы қатарына жатады. Алюминий-марганец қорытпасын АМц әріптерімен белгілейді. Алюминий-магний қорытпасын маркалағанда АМг әріптеріне магний мөлшерін корсететін сан жазады. Мысалы, АМг2 қорытпасының қүрамында 2%-тей магний бар қалғаны алюминий. АМг2 қорытпасының беріктігін рттыру үшін және түйіршігін үсақтау үшін қоііімша марганец(0,2-0,8%) қосады. АМгЗ қорытпасының пісірілгіштігін жақсарту үшін 0,5-0,8% кремний, АМг5 және АМгб қорытпаларынын коррозияға төзімділігін артыру үшін аздаған титан мен берилий қосады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Алюминий қасиеттері және қолданылуы

    Алюминий күмістей ақ жұмсақ металл. Созылғыш, жайылғыш қасиеттері алтыннан ғана төменірек. Электр өткізгіштігі мыстан төменірек,бірақ мыс және алюминийден жасаған электр өткізгіш сымдарды, көлденеңін емес, салмағын салыстырса, алюминий жеңіл, сондықтан ол электропровод жасауда мыстың орнына жұмсалады. Алюминий өте жеңіл, айталық темірден үш есе жеңіл, сондықтан транспорт құралдарын жасауға таптырмайтын металл.

    Алюминий өте жұмсақ болғандықтан оның түрлі құймалары қолданылады. Алюминийдің дуралюмин , магналий , силумин құймалары бар.

Алюминийдің электрді жақсы  өткізгіштігі электротехникада қолданылады. Оған магнит әсер етпегендіктен дәл  елшегіш аспаптар жасалады. Ол күміс  айналарын ал мастыра алады. Көптеген металдар қатты аязда өзінің беріктігін жоғалтады, ал алюминий болса 250 градустық  аязда да өз мықтылығын жоғалтпайды.

    Әдетте, аса таза алюминий жұмсақ. Егер оның құрамына болмашы ғана металл енсе, оның мықтылығы ондаған есе артады. Мәселен, құрамында 4% мыс, 0,5%- тен марганец пен магний енген алюминий құймасын дюралюминий дейді. Ол өзінің жеңілдігін сақтай отырып, өзге қасиеттерінің бәрін дерлік жақсартады. Мұндай аса құнды құймалардың сексеннен астам түрі белгілі бір мақсатқа арналған. Мысалы, дыбыстан да жылдам ұшатын ТУ-144 самолеттерінің сырты ауадағы үйкеліс әсерінен 130 градусқа дейін қызады екен. Мұндай жағдайда өз беріктігін жоғалтпай қайта салмағып 12% жеңілдететін құйма түрі бар.

    Алюминий тотығуға, жылу әсеріне тезімді болғандықтан оны аса ұнтақтап, бояуға қолданады. Оның темір тотымен араласқан түрі термит деп аталады да қызғанда 3500°С жылу беріп, металдарды пісіруге қолданылады. Мұны ғылым мен техникада алюмотермия дейді.

    Алюминий, химия өндірісі, радио және электротехника сияқты көптеген салаларда қолданылады. Олай болса, сөз сонында тағы да бір қасиетіне тән саланы ғана тілге тиек етейік. Алюминий өте жұмсақ және оны ұрып-жаныштау, созу сияқты әдістермен қилы-қилы түрге келтіруге болады. Егер оны 100-150°С дейін қыздырып, жаймалап созса, одан жұқалығы 0,12 микрондай фольга алуға болады. Онымен тамақ өнімдері оралады. Мәселен, конфет, шай, ірімшік, қаймақ тағы басқалар, иә, альюмений шын мәнінде социализмнің қанатты металы екен демекпіз.

 

    Алюминийдің өмірде қолданылуы — оның физикалық қасиетіне тікелей тәуелді болғандықтан, оларды қатар салыстыра отырып қарастыруды жен көрдік. Алюминий — металл. Ол ақ күміс түсті және 660,24°С балқып, 2327°С қайнайды. Оның меншікті салмағы 2,699, яғни ол күмістен — төрт, мыстан — үш жарым, темірден — үш еседей жеңіл. Ол жылуды ете жақсы, темірден үш есе артық өткізеді. Оның сыртқы бетіндегі аса жұқа тотықты қабыршағы өзіне түскен жарықтың 90% кері қайырады. Осы сияқты қасиеттер оның өндірісте пайдаланылу тиімділігін арттырады. Мысалы, ғасырымыздың біріншіалмастыра отырып жасалған ЯК-3 самолетінің салмағы 300 килоғрамға жеңілдеп, қанатының ауданы 17,5 шаршы метрден 14,5 шаршы метрге кеміп, жылдамдығы 70 километрге артты. Жалпы куллі самолет салмақтарының 70 — 80%, ал ракеталардың 20 — 30% алюминийдің үлесіне тиеді. Тіпті алғашқы ұшырылған жасанды Жер серігінің өзі де осы алюминий қүймасынан жасалған. Өмірдегі алюминий таза емес, олардың құрамында кремний, темір, мыс, бериллий, магний сияқты металдар аралас кездеседі. Бұлардың әр қайсысы тек өзіне тән қайталанбас қасиет береді.

    Академик А.Е.Ферсман алюминийді ХХ ғасыр элементі, сондықтан бұл ғасырды алюминий дәуірі деуге де болады деген.

    Күнделікті пайдаланылып жүрген ыдыс-аяқтан бастап, космосты шарлап жүрген ракеталар осы алюминийден жасалады. Қоғамдық шаруашылықтың барлық салаларында алюминий қолданылмайтын сала жоқ. Алюминийдің осылай қысқа мерзім ішінде жоғары бағаға ие болуы оның химиялық және физикалық қасиеттерінде болып отыр.

    Алғаш рет дат ғалымы Х.К.Эрстед 1825 жылы таза алюминий алды, ал 1854 жылы француз химигі А.С.Сентклер Дэвиль оны өндірісте өндіру тәсілін ашты. Сол кезде алюминий өте жоғары бағаланып, оның бір фунты алтын есебімен 40 сом болатын, алюминий алу өте қымбатқа түскен, онан жүзік, сақина және басқадай заттар жасалып сыйлықтар орнына жүрген.

    Алюминий созылмалы, жұмсақ, жеңіл металл, оттегімен жақсы қосылыстар түзе алады, сондықтан ол басқа металдарды оттегімен босатып таза металға айналдырады. Темір тотығын алюминий үгіндісімен араластырып магниймен жандырған кезде көп қызу (3000°С) бөлінеді. Осы қасиеті баяу балқитын металдарды (титан, ванадий, хром) алуға пайдаланылады. Алюминий, магний және литий қосындылары самолет құрылысында, ракета жасауда жиі қолданылады. Самолеттің 65–66% (моторсыз салмағы) және мотордың төрттен бір бөлігі алюминий қоспаларынан істеледі. Вагон жасау, машина құрылыстары, электр өндірістері және басқа толып жатқан шаруашылық салаларында алюминий және оның қоспалары маңызды орын алады.

    Бояу өндірісінде, үй жабдықтарын даярлауға, прожектордың айнасы ретінде қолданылатын алюминийді басқа металмен алмастыру қиынға соққан болар еді. Бұл күндері ғалымдар алюминийдің тағы басқа да қосындыларын алу мәселесімен шұғылдануда. Бұған мысал ретінде «Салют-6» космос станциясында В.Коваленок пен А.Иванченковтың жасаған тәжірибелерін айтуға болады.

    Алюминий тотығы асыл тас түрінде (жақұт, гауһар) адам баласына ертеден белгілі болатын. Корундты қайрақтар ретінде техникада ХІХ ғасырдың орта кезінен, ал «тасмұрт» түрінде 1950 жылдардан бері пайдалана бастаған. Бұл «жақұтмұрттың» текше милиметрі 1500 килограмм салмақ көтереді, ондай алып күшке ешбір төзімді металл шыдамайды. Осыған орай «жақұтмұрт» техниканың көптеген салаларынан орын алады. Гауһар болмаса қолдағы сағаттың дұрыс жүруі де екі талай. Сағаттағы тас көп болған сайын ол уақытты дәл көрсетіп отырады, өйткені сағат механизмдерінің жүрісі біркелкі болып реттеледі.

    Жер қыртысына таралуы жағынан алюминий үшінші орында, орта есеппен оның мөлшері 8,8%, табиғатта жүздеген минералы бар, олардың көпшілігі алюмосиликаттар. Олардың ішіндегі өндірістік маңызы бар минералдары каолинит, алунит және нефелин. Геохимиялық жағынан алюминий оттегіне жақын, тұрақты валенттілігі үш. Алюминийдің минералдары баяу ериді, ал эндогенді процесстерде ол дала шпаттарының, слюдалардың және басқадай алюмосиликаттардың кристалдық торына орналасады. Алюминий су құрамында және организмде өте аз, ол биологиялық жер қабаттарында шамалы ғана.