Властивості алюмінію та області застосування в промисловості та побуті

Федеральне агентство з освіти РФ

Державний технологічний університет

"Московський інститут сталі і сплавів"

Російська олімпіада школярів

"Інноваційні технології і матеріалознавство"

II-й етап: Науково-творчий конкурс

Напрямок (профіль):

"Матеріалознавство та технології нових матеріалів"

РЕФЕРАТ

на тему:

"Властивості алюмінію та області застосування в промисловості та побуті"

Роботу виконав:

Зайцев Віктор Владиславович

Москва, 2009  

Зміст

1. Введення

1.1 Загальне визначення алюмінію

1.2 Історія отримання алюмінію

2. Класифікація алюмінію за ступенем чистоти і його механічні властивості

3. Основні легуючі елементи в алюмінієвих сплавах і їх функції

4. Застосування алюмінію і його сплавів у промисловості та побуті

4.1 Авіація

4.2 Суднобудування

4.3 Залізничний транспорт

4.4 Автомобільний транспорт

4.5 Будівництво

4.6 Нафтова та хімічна промисловість

4.7 Алюмінева посуд

5. Висновок

5.1. Алюміній - матеріал майбутнього

6. Список використаної літератури  
 

1. Введення  

У своєму рефераті на тему "Властивості алюмінію та області застосування в промисловості і побуті" я хотів би вказати на особливість цього металу і його перевага перед іншими. Весь мій текст є доказом того, що алюміній метал майбутнього і без нього буде важким наше подальший розвиток.  

1.1 Загальне визначення алюмінію  

Алюміній (лат. Aluminium, від alumen - галун) - хімічний елемент III гр. періодичної системи, атомний номер 13, атомна маса 26,98154. Сріблясто-білий метал, легкий, пластичний, з високою електропровідністю, tпл = 660 ° С. Хімічно активний (на повітрі покривається захисною оксидною плівкою). За поширеністю в природі займає 3-е місце серед елементів та 1-е серед металів (8,8% від маси земної кори). По електропровідності алюміній - на 4-му місці, поступаючись лише сріблу (воно на першому місці), міді і золота, що при дешевизні алюмінію має величезне практичне значення. Алюмінію вдвічі більше, ніж заліза, і в 350 разів більше, ніж міді, цинку, хрому, олова та свинцю разом узятих. Його щільність дорівнює всього 2,7 * 10 ³ кг / м ^3. Алюміній має грати гранецентрированного куба, стійкий при температурах від - 269 ° С до точки плавлення (660 ° С). Теплопровідність складає при 24 ° С 2,37 Вт × см ^-1 × К ^-1. Електроопір алюмінію високої чистоти (99,99%) при 20 ° С становить 2,6548 × 10 ^-8 Ом × м, або 65% електроопору міжнародного еталона з обпаленого міді. Відбивна здатність полірованої поверхні становить більше 90%.  
 

1.2 Історія отримання алюмінію  

Документально зафіксоване відкриття алюмінію відбулося в 1825. Вперше цей метал отримав данський фізик Ганс Християн Ерстед, коли виділив його при дії амальгами калія на безводний хлорид алюмінію (отриманий при пропусканні хлору через розжарену суміш оксиду алюмінію з вугіллям). Відігнавши ртуть, Ерстед отримав алюміній, правда, забруднений домішками. У 1827 німецький хімік Фрідріх Велер отримав алюміній у вигляді порошку відновленням гексафторалюміната калієм. Сучасний спосіб отримання алюмінію був відкритий в 1886 молодим американським дослідником Чарльзом Мартіном Холом. (З 1855 до 1890 було отримано лише 200 тонн алюмінію, а за наступне десятиліття за методом Холла в усьому світі отримали вже 28000т. Цього металу) Алюміній чистотою понад 99,99% вперше був отриманий електролізом в 1920р. У 1925 р. в роботі Едвардса опубліковані деякі відомості про фізичні і механічні властивості такого алюмінію. У 1938р. Тейлор, Уїллей, Сміт і Едвардс опублікували статтю, в якій наведено деякі властивості алюмінію чистотою 99,996%, отриманого у Франції також електроліз. Перше видання монографії про властивості алюмінію вийшло у світ в 1967р. Ще недавно вважалося, що алюміній як вельми активний метал не може зустрічатися в природі у вільному стані, проте в 1978р. в породах Сибірської платформи був виявлений самородний алюміній - у вигляді ниткоподібних кристалів завдовжки всього 0,5 мм (при товщині ниток кілька мікрометрів). У місячному грунті, доставленому на Землю з районів морів Криз і Достатку, також вдалося виявити самородний алюміній. Припускають, що металевий алюміній може утворитися конденсацією з газу. При сильному підвищенні температури галогеніди алюмінію розкладаються, переходячи в стан з нижчої валентністю металу, наприклад, AlCl. Коли при зниженні температури і відсутності кисню таке з'єднання конденсується, у твердій фазі відбувається реакція диспропорціонування: частина атомів алюмінію окислюється і переходить в звичне тривалентне стан, а частина - відновлюється. Відновитися ж одновалентних алюміній може тільки до металу: 3AlCl> 2Al + AlCl _3. На користь цього припущення говорить і ниткоподібна форма кристалів самородного алюмінію. Зазвичай кристали такої будови утворюються внаслідок швидкого зростання з газової фази. Ймовірно, мікроскопічні самородки алюмінію в місячному грунті утворилися аналогічним способом.  
 

2. Класифікація алюмінію за ступенем чистоти і його механічні властивості  

У наступні роки завдяки порівняльній простоті отримання і привабливим властивостям опубліковано багато робіт про властивості алюмінію. Чистий алюміній знайшов широке застосування в основному в електроніці - від електролітичних конденсаторів до вершини електронної інженерії - мікропроцесорів; в Кріоелектроніка, кріомагнетіке. Більш новими способами отримання чистого алюмінію є метод зонної очищення, кристалізація з амальгам (сплавів алюмінію із ртуттю) і виділення з лужних розчинів. Ступінь чистоти алюмінію контролюється величиною електроопору при низьких температурах. В даний час використовується наступна класифікація алюмінію за ступенем чистоти:

Механічні властивості алюмінію при кімнатній температурі:

 
 

3. Основні легуючі елементи в алюмінієвих сплавах і їх функції  

Чистий алюміній - досить м'який метал - майже втричі м'якше міді, тому навіть порівняно товсті алюмінієві пластинки та стрижні легко зігнути, але коли алюміній утворює сплави (їх відомо величезна безліч), його твердість може зрости в десятки разів. Найбільш широко застосовуються:

Берилій додається для зменшення окислення при підвищених температурах. Невеликі добавки берилію (0,01 - 0,05%) застосовують в алюмінієвих ливарних сплавах для поліпшення плинності у виробництві деталей двигунів внутрішнього згоряння (поршнів і головок циліндрів).

Бор вводять для підвищення електропровідності і як рафінуючі добавку. Бор вводиться в алюмінієві сплави, що використовуються в атомній енергетиці (крім деталей реакторів), т.к він поглинає нейтрони, перешкоджаючи поширенню радіації. Бор вводиться в середньому в кількості 0,095 - 0,1%.

Вісмут. Метали з низькою температурою плавлення, такі як вісмут, свинець, олово, кадмій вводять в алюмінієві сплави для поліпшення оброблюваності різанням. Ці елементи утворюють м'які легкоплавкі фази, які сприяють ламкості стружки і змазування різця.

Галій додається в кількості 0,01 - 0,1% в сплави, з яких далі виготовляються витрачаються аноди.

Залізо. У малих кількостях (»0,04%) вводиться при виробництві проводів для збільшення міцності і покращує характеристики повзучості. Так само залізо зменшує прилипання до стінок форм при литті в кокіль.

Індій. Добавка 0,05 - 0,2% упрочняют сплави алюмінію при старінні, особливо при низькому вмісті міді. Індієві добавки використовуються в алюмінієво-кадмієвих підшипникових сплавах.

Приблизно 0,3% кадмію вводять для підвищення міцності і поліпшення корозійних властивостей сплавів.

Кальцій надає пластичність. При вмісті кальцію 5% сплав має ефектом надпластичності.

Кремній є найбільш використовуваної добавкою в ливарних сплавах. У кількості 0,5 - 4% зменшує схильність до утворення тріщин. Поєднання кремнію з магнієм роблять можливим термоущільнення сплаву.

Магній. Добавка магнію значно підвищує міцність без зниження пластичності, підвищує зварюваність і збільшує корозійну стійкість сплаву.

Мідь зміцнює сплави, максимальне зміцнення досягається при вмісті міді 4 - 6%. Сплави з міддю використовуються у виробництві поршнів двигунів внутрішнього згоряння, високоякісних литих деталей літальних апаратів.

Олово покращує обробку різанням.

Титан. Основне завдання титану в сплавах - подрібнення зерна у виливках і злитках, що дуже підвищує міцність і рівномірність властивостей у всьому обсязі.

Алюміній - один з найпоширеніших і дешевих металів. Без нього важко уявити собі сучасне життя. Недарма алюміній називають металом 20 століття. Він добре піддається обробці: куванні, штампування, прокату, волочіння, пресування. Чистий алюміній - досить м'який метал; з нього роблять електричні дроти, деталі конструкцій, фольгу для харчових продуктів, кухонне начиння і "срібну" фарбу. Цей красивий і легкий метал широко використовують у будівництві та авіаційній техніці. Алюміній дуже добре відбиває світло. Тому його використовують для виготовлення дзеркал - методом напилення металу у вакуумі.