أين يوجد الألمنيوم في الحياة اليومية؟ مجالات تطبيق الألومنيوم صناعة البترول والكيماويات

"المعدن المجنح" هو أحد أكثر المعادن شيوعًا في الحياة اليومية والإنتاج. يُستخدم الألومنيوم في صناعة الجسور والسيارات والطائرات وحتى الهواتف الذكية.

يتحدث Life.ru عن الأماكن الأخرى التي يمكن فيها استخدام الألومنيوم.

في السماء وفي الفضاء

"طار" الألومنيوم لأول مرة في عام 1900 - على شكل إطار ومراوح لمنطاد فرديناند زيبلين الضخم LZ-1. لكن المعدن النقي الناعم كان مناسبًا فقط للبطيئين الطائراتأخف من الهواء. كان الألمنيوم "المجنح" بالفعل أقوى بخمس مرات، لأنه يحتوي على المنغنيز والنحاس والمغنيسيوم والزنك بنسب مختلفة - تم غزو السماء والفضاء بواسطة أنواع مختلفة من دورالومين، وهي سبيكة اخترعها المهندس الألماني في بداية القرن العشرين. ألفريد ويلم.

كانت المادة واعدة، ولكن كان لها أيضًا العديد من القيود - فقد تطلبت ما يسمى بالشيخوخة، أي أنها لم تكتسب القوة الكامنة فيها على الفور، ولكن مع مرور الوقت فقط. ولا يمكن لحامها... ومع ذلك، بدأ غزو الفضاء على وجه التحديد باستخدام الدورالومين، الذي تم استخدامه أيضًا في صنع كرة أول قمر صناعي مشهور للأرض.

بعد ذلك بكثير، في ذروة عصر الفضاء، بدأت تظهر سبائك ومواد تعتمد على الألومنيوم ذات خصائص أكثر روعة. على سبيل المثال، أتاحت صداقة الألومنيوم مع الليثيوم جعل أجزاء من الطائرات والصواريخ أخف بكثير دون تقليل القوة، كما أن السبائك التي تحتوي على التيتانيوم والنيكل لها خاصية "التصلب بالتبريد": في برودة الفضاء، تقل ليونتها وليونتها. القوة تزيد فقط. كان جلد مكوك الفضاء بوران مصنوعًا من ترادف الألومنيوم والسكانديوم: أصبحت صفائح الألومنيوم والمغنيسيوم أكثر قوة للشد، مع الحفاظ على المرونة ومضاعفة نقطة الانصهار.

المزيد من المواد الحديثة ليست سبائك، ولكن المواد المركبة. ولكن حتى في هذه القاعدة غالبًا ما تكون من الألومنيوم. إحدى المواد الفضائية الحديثة والواعدة تسمى "مركب البورون والألومنيوم"، حيث يتم لف ألياف البورون في شطيرة مع طبقات من رقائق الألومنيوم، لتشكل الضغوط العاليةودرجات الحرارة، وهي مادة متينة للغاية وخفيفة الوزن. على سبيل المثال، شفرات توربينات محركات الطائرات المتقدمة عبارة عن قضبان حاملة من الألومنيوم والبورون مغطاة بغلاف من التيتانيوم.

في صناعة السيارات والنقل

اليوم موديلات جديدة رينج روفروجاكوار تبلغ نسبة الألمنيوم في هيكل الجسم 81%. عادة ما تُنسب التجارب الأولى على هياكل الألمنيوم إلى شركة أودي، التي قدمت سيارة A8 المصنوعة من السبائك الخفيفة في عام 1994. ومع ذلك، في بداية القرن العشرين، كان هذا المعدن الخفيف على إطار خشبي أسلوب الشركاتأجسام السيارات الرياضية البريطانية الشهيرة مورغان. بدأ "غزو الألمنيوم" الحقيقي لصناعة السيارات في السبعينيات، عندما بدأت المصانع في استخدام هذا المعدن على نطاق واسع في كتل أسطوانات المحرك وعلب التروس بدلاً من الحديد الزهر المعتاد؛ وبعد ذلك بقليل، أصبحت العجلات المصنوعة من السبائك الخفيفة منتشرة على نطاق واسع بدلاً من العجلات الفولاذية المختومة.

في هذه الأيام، الاتجاه الرئيسي في صناعة السيارات هو الكهرباء. وأصبحت السبائك الخفيفة المعتمدة على الألومنيوم ذات أهمية خاصة في كمال الأجسام: فالمعدن "الموفر للطاقة" يجعل السيارة الكهربائية أخف وزنا، مما يعني أنها تزيد من المسافة المقطوعة بشحنة بطارية واحدة. يتم استخدام أجسام الألمنيوم من قبل علامة Tesla التجارية، وهي رائدة في سوق السيارات في المستقبل، وهذا، في الواقع، يقول كل شيء!

لا توجد سيارات محلية ذات هياكل من الألومنيوم حتى الآن. لكن المواد المقاومة للصدأ وخفيفة الوزن بدأت بالفعل في اختراق قطاع النقل الروسي. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك عربات الترام فائقة السرعة Vityaz-M، والتي تم تصنيع تصميماتها الداخلية بالكامل من سبائك الألومنيوم، والتي تعتبر أبدية عمليًا ولا تتطلب تحسينًا مستمرًا. ومن الجدير بالذكر أن إنشاء جزء داخلي واحد من الترام يتطلب ما يصل إلى 1.7 طن من الألومنيوم، والتي يتم توفيرها من قبل مصنع روسالا للألمنيوم في كراسنويارسك.

"السقف والجدران والرفوف - كل شيء من الألومنيوم. وهذا ليس مجرد غطاء من الألواح، فالتفاصيل معقدة، وتجمع بين عناصر التشطيب والحاملة، وأنفاق التهوية والأسلاك،- يقول فيتالي دينجاييف، المدير العام لشركة كراسنويارسك لمكونات بناء الماكينات، حيث تم إنشاء التصميمات الداخلية المصنوعة من الألومنيوم في Vityaz. — بالإضافة إلى ذلك، بالإضافة إلى الجماليات، فإننا نحصل أيضًا على أعلى مستويات الأمان: على عكس المواد البلاستيكية والمواد الاصطناعية، لا تنبعث الأجزاء الداخلية من الألومنيوم مواد ضارة في حالة نشوب حريق!

في 17 مارس من هذا العام، بدأ 13 ترامًا من طراز Vityaz-M في التجول حول موسكو وبحلول 5 أبريل كانوا قد نقلوا بالفعل أول مائة ألف مسافر! تم تصميم وسيلة النقل السريعة والصامتة هذه في المدينة والتي تحتوي على كبائن تتسع لـ 260 شخصًا، مع خدمة الواي فاي والتحكم في المناخ وأماكن للأشخاص ذوي الإعاقة وعربات الأطفال وعناصر الراحة الأخرى، لعمر خدمة يصل إلى 30 عامًا، وهو ضعف عمر الطرازات السابقة. في السنوات الثلاث المقبلة، ستتلقى العاصمة 300 Vityaz، 100 منها ستكون على القضبان هذا الموسم.

في طابعات المستقبل

الطابعات ثلاثية الأبعاد للهواة الابتدائية التي تطبع من خيوط بلاستيكية لن تفاجئ أحداً بعد الآن. يبدأ اليوم عصر الطباعة التسلسلية الكاملة ثلاثية الأبعاد للأجزاء المعدنية. ربما يكون مسحوق الألومنيوم هو المادة الأكثر شيوعًا لتقنية تسمى AF (من التصنيع الإضافي، "التصنيع الإضافي"). المضافة في اللغة الإنجليزية هي "ملحق"، وفي هذا معنى عميقأسماء التكنولوجيا: لا يتم إنتاج الجزء من فراغ يتم قطع المواد الزائدة منه أثناء المعالجة، بل على العكس من ذلك، عن طريق إضافة مادة إلى منطقة عمل الأداة.

يخرج المسحوق المعدني من موزع آلة التركيز البؤري التلقائي ويتم تكلسه بالليزر طبقة تلو الأخرى في كتلة واحدة قوية من الألومنيوم المتجانس. الأجزاء التي يتم تصنيعها بشكل متكامل باستخدام طريقة التركيز البؤري التلقائي تدهش الخيال بتعقيدها المكاني؛ من المستحيل تنفيذها باستخدام الأساليب الكلاسيكية حتى على أحدث آلات تشغيل المعادن! نظرًا للتصميم المخرم، فإن الأجزاء التي تم إنشاؤها على آلات الطباعة المضافة من مساحيق سبائك الألومنيوم تتمتع بقوة متراصة، بينما تكون أخف عدة مرات. يتم إنتاجها بدون هدر وبسرعة - مثل هذه "الأربطة" المعدنية لا غنى عنها في الطب الحيوي والطيران والملاحة الفضائية والميكانيكا الدقيقة وفي صناعة القوالب وما إلى ذلك.

حتى وقت قريب، كانت جميع التقنيات المتعلقة بالتصنيع الإضافي أجنبية. ولكن الآن نظائرها المحلية تتطور بنشاط. على سبيل المثال، في جامعة الأورال الفيدرالية (جامعة الأورال الفيدرالية) يجري إعداد تركيب تجريبي لإنتاج المساحيق المعدنية للطباعة AF-3D. يعمل التركيب على مبدأ رش الألومنيوم المصهور بنفث من الغاز الخامل، وهذه الطريقة ستجعل من الممكن الحصول على مساحيق معدنية مع أي معايير محددة لحجم الحبوب.

في البناء والإضاءة

يمكن أن يكون الألومنيوم أيضًا مادة للواجهة والتسقيف، ولا يقتصر عمر الخدمة على بضع سنوات وهو مناسب للغاية للمصممين والمركبين! تم تطوير سبائك ومواد مركبة خاصة حاصلة على براءة اختراع مع مجموعة متنوعة من الخصائص للبناء - Alclad، Kal-Alloy، Kalzip، Dwall Iridium. يمكن استخدام الألومنيوم لختم الأجزاء التي يكون فيها سطح السقف متكاملاً مع العناصر الحاملة. وهذا ضروري، على سبيل المثال، لإنشاء أسقف ملعب قابلة للسحب.

يمكن لأجزاء السقف المصنوعة من الألومنيوم، المطلية بنوع خاص من البوليمر الفلوري المرتبط بالتفلون، أن تتحمل الأحمال الهائلة الناتجة عن الرياح والأمطار. وعند بناء أسطح كبيرة الحجم، حيث يمكن أن يصل الطول الإجمالي للصفائح من الحافة إلى الحافة إلى عدة عشرات من الأمتار، يتم استخدام تقنية خاصة، والتي أصبح تطويرها ممكنًا أيضًا بفضل مرونة الألومنيوم. لتجنب الاتصال غير الموثوق به للعديد من الصفائح الصغيرة، يتم إحضار شريط الألمنيوم بعرض عدة أمتار، ملفوف في لفة ضخمة، إلى موقع البناء، ويتم تمريره مباشرة في موقع البناء من خلال آلة خاصة، مما يجعل الشريط المتساوي ملفوفًا، وبالتالي جامدة. يتم تغذية ملف الألمنيوم على سطح المبنى باستخدام أدلة خاصة مع بكرات. تم تطوير هذه التقنية من قبل مجموعة Corus البريطانية، وهي إحدى الشركات الرائدة عالميًا في إنتاج صفائح الأسقف المصنوعة من الألومنيوم (التي أصبحت الآن جزءًا من شركة Tata Steel).

في بلدنا، تتكشف هندسة الألمنيوم حقًا الآن فقط، متخلفة عن المعدلات العالمية، ولكنها تلحق بها بقوة - ومن الأمثلة الحديثة على التنفيذ سقف ملعب زينيت أرينا في سانت بطرسبرغ، ومرافق جامعة كازان، وسوتشي المطار، جسر فريد من السبائك الخفيفة قيد الإنشاء حاليًا في نيجني نوفغورود وأشياء أخرى.

تم تشييد المبنى، وتم تشييد السقف، والآن نحتاج إلى الضوء! وهنا عاد الألومنيوم إلى الاتجاه. إنه ليس معدنًا "مجنحًا" فحسب، بل "معدنًا نوريًا" أيضًا. يوجد الآن مليارات من مصابيح LED مشتعلة في العالم ويتزايد عددها كل ثانية. يحتوي كل مصباح على مبدد حراري من الألومنيوم يزيل الحرارة الزائدة من بلورات LED، ويمنعها من السخونة الزائدة. لكن الألومنيوم يلعب دورًا أكثر أهمية في تصنيع قاعدة مصابيح LED نفسها - اللوكوسافير. هذا هو اسم البلورة الاصطناعية المصنوعة من أكسيد الألومنيوم النقي بشكل خاص. في الوقت الحاضر، يتم استيراد أطنان من المواد الخام للبلورات بشكل رئيسي من الخارج، ولكن مؤخرًا في نابريجناي تشيلني، وبدعم من Rostec، تم إطلاق الخط الأول في البلاد لإنتاج أكسيد الألومنيوم عالي النقاء لزراعة بلورات الليكوسافير المفردة. إن جمعية الألومنيوم مقتنعة بأنه في غضون 2-3 سنوات ستكون شركاتنا قادرة على استبدال واردات أكسيد الألومنيوم عالي النقاء إلى روسيا بالكامل، مما سيحفز بشكل كبير إنتاج LED المحلي.

في حياتنا - في كل مكان...

…نحن لا نعرف ذلك دائمًا! يتم تصنيع جميع الأدوات عالية الجودة تقريبًا على أساس سبائك الألومنيوم: إطارات وأغطية الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وحافظات بنك الطاقة وغير ذلك الكثير. المعدات الرياضية، وعربات الأطفال، وأدوات الطبخ، والمشعات، وتجهيزات الأثاث - قائمة المناطق التي يتم فيها استخدام المعدن الخفيف لا حصر لها. ولكن لماذا لا نعرف دائما عن هذا؟ والحقيقة هي أن الألومنيوم وسبائكه "في شكلها العاري"، مثل ملعقة الألومنيوم الشهيرة ولكن التي عفا عليها الزمن بشكل ميؤوس منه، لا يتم العثور عليها تقريبًا هذه الأيام. اليوم، تخضع الكرة لتقنية الأنودة، والتي تسمح بتغطية الأجزاء المصنوعة من الألومنيوم وسبائكه بطبقة أكسيد متينة ومقاومة للتآكل. لا تلطخ الأنودة يديك ويمكنها الحصول على أي لون وملمس تقريبًا.

واحدة من أكثر مجالات الألمنيوم المنزلية الواعدة هي إطارات الدراجات. إطار الألومنيوم خفيف للغاية، مما يجعل رفع الدراجة وركوبها مريحًا للغاية. لا يصدأ الإطار في حالة تلف الطلاء، كما أن إضافات السبائك تجعل المعدن قويًا جدًا، كما أن التقنيات التي يطلق عليها "النطح" و"التشكيل الهيدروليكي" تجعل من الممكن إنتاج أنابيب ذات سماكات متغيرة وبأي انحناءات، مما يؤدي إلى تفتيح وتقوية الإطار في المكان المحدد تمامًا. هناك حاجة إليها.

ملايين الدراجات - سوق ضخم! ومع ذلك، في الوقت الحالي، يتم استيراد إطارات جميع المركبات ذات العجلتين التي يتم بيعها وتجميعها في بلدنا... "ومع ذلك، فقد ظهرت ثورة صغيرة في هذا المجال: فقد طور مهندسو روسال سبيكة جديدة خاصة، مثالية لإطارات الدراجات، ويعملون على تطوير إنتاج الإطارات في بلدنايقول ليونيد خزانوف، نائب رئيس تحرير مجلة Metal Supply and Sales. — المشروع مدعوم من قبل روسال باعتباره الوحيد الشركة المصنعة الروسيةالألومنيوم، الموجود في نابريجناي تشلني، مصنع Tatprof لقطاعات الألومنيوم، جاهز لتصنيع الأنابيب للإطارات، و شركة محلية- مجمع الدراجات "Velomotors". إذا تم تحقيق حجم الإنتاج المخطط له، فيجب أن تصبح إطاراتنا أرخص من الإطارات الصينية وفي نفس الوقت أعلى جودة بكثير."

تعد روسيا الشركة الرائدة عالميًا في مجال الألمنيوم، وهي واحدة من أكبر ثلاثة منتجين لهذا المعدن. بدأ الاتحاد السوفييتي في بناء مصاهر الألومنيوم في أوائل الثلاثينيات من القرن العشرين، وتخلص تمامًا من الواردات بحلول منتصف العقد. ومع ذلك، فمن الغريب أننا ندخل حقًا "عصر الألومنيوم" الآن فقط. صرح المالك الرئيسي لشركة Rusal، أوليغ ديريباسكا، مرارًا وتكرارًا أن مستوى استهلاك الألومنيوم في روسيا أقل بكثير من المتوسط ​​العالمي، واليوم حان الوقت أخيرًا لكسر هذا الاتجاه وبذل أقصى الجهود والموارد لإنشاء قدرات المعالجة في البلد وتهجير المنتجات المستوردة، والتي غالبا ما تتعرض جودتها للكثير من الأسئلة.

لسنوات عديدة، تجنب مهندسو التصميم استخدام الألومنيوم لأنه عفا عليه الزمن الوثائق التنظيميةببساطة لم تظهر سبائك ومركبات الألومنيوم - اليوم تتم مراجعة وتحديث المعايير وGOSTs وSNIPs بروح العصر. وتنتظر جميع مجالات الصناعة تقريبًا اكتشاف مجالات جديدة لاستخدام هذا المعدن.

الصور من المصادر المفتوحة

الوكالة الفيدرالية للتعليم في الاتحاد الروسي

الجامعة التكنولوجية الحكومية

"معهد موسكو للصلب والسبائك"

الأولمبياد الروسي لأطفال المدارس

"تقنيات مبتكرةوعلوم المواد"

المرحلة الثانية: المنافسة العلمية والإبداعية

الاتجاه (الملف الشخصي):

""علم المواد وتقنيات المواد الجديدة"

"خصائص الألمنيوم ومجالات التطبيق في الصناعة والحياة اليومية"

لقد أنجزت العمل:

زايتسيف فيكتور فلاديسلافوفيتش

موسكو، 2009

1 المقدمة

4. تطبيقات الألمنيوم وسبائكه في الصناعة والحياة اليومية

4.1 الطيران

4.2 بناء السفن

4.3 النقل بالسكك الحديدية

4.4 نقل السيارات

4.5 البناء

4.6 الصناعات البترولية والكيميائية

4.7 تجهيزات المطابخ الألومنيوم

5. الخلاصة

5.1. الألومنيوم - مادة المستقبل

6. قائمة المراجع المستخدمة

1 المقدمة

في مقالتي حول موضوع "خصائص الألمنيوم ومجالات التطبيق في الصناعة والحياة اليومية" أود أن أشير إلى خصوصية هذا المعدن وتفوقه على الآخرين. النص بأكمله هو دليل على أن الألومنيوم هو معدن المستقبل وبدونه سيكون الأمر صعبًا بالنسبة لنا مزيد من التطوير.

1.1 التعريف العام للألمنيوم

الألومنيوم (خطوط العرض. الألومنيوم من الألومين - الشب) - العنصر الكيميائي III غرام. الجدول الدوري، العدد الذري 13، الكتلة الذرية 26.98154. معدن أبيض فضي، خفيف الوزن، قابل للسحب، ذو موصلية كهربائية عالية، درجة حرارة الذوبان = 660 درجة مئوية. نشط كيميائيا (في الهواء يصبح مغطى بطبقة أكسيد واقية). ومن حيث الانتشار في الطبيعة فهو يحتل المرتبة الثالثة بين العناصر والمرتبة الأولى بين المعادن (8.8% من كتلة القشرة الأرضية). من حيث التوصيل الكهربائي، يحتل الألومنيوم المركز الرابع، في المرتبة الثانية بعد الفضة (وهي في المقام الأول)، والنحاس والذهب، والتي، بالنظر إلى انخفاض تكلفة الألومنيوم، لها أهمية عملية كبيرة. هناك ضعف كمية الألومنيوم الموجودة في الحديد و350 مرة أكثر من النحاس والزنك والكروم والقصدير والرصاص مجتمعة. كثافته 2.7*103 فقط كجم/م 3. يحتوي الألومنيوم على شبكة مكعبة مركزية الوجه، وهي مستقرة عند درجات حرارة تتراوح من -269 درجة مئوية إلى نقطة الانصهار (660 درجة مئوية). الموصلية الحرارية عند 24 درجة مئوية هي 2.37 واط × سم -1 × كلفن -1 . المقاومة الكهربائية للألمنيوم عالية النقاء(99.99%) عند 20 درجة مئوية تبلغ 2.6548×10 -8 أوم×م، أو 65% من المقاومة الكهربائية للمعيار الدولي للنحاس الملدن. انعكاسية السطح المصقول أكثر من 90%.

1.2 تاريخ إنتاج الألمنيوم

حدث الاكتشاف الموثق للألمنيوم في عام 1825. تم الحصول على هذا المعدن لأول مرة من قبل الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد، عندما عزله عن طريق عمل ملغم البوتاسيوم على كلوريد الألومنيوم اللامائي (تم الحصول عليه عن طريق تمرير الكلور من خلال خليط ساخن من أكسيد الألومنيوم والفحم ). وبعد تقطير الزئبق، حصل أورستد على الألومنيوم، على الرغم من أنه كان ملوثًا بالشوائب. في عام 1827، حصل الكيميائي الألماني فريدريش فولر على الألومنيوم في شكل مسحوق عن طريق اختزال سداسي فلورو ألومينات بالبوتاسيوم. الطريقة الحديثةتم اكتشاف إنتاج الألمنيوم في عام 1886 من قبل الباحث الأمريكي الشاب تشارلز مارتن هول. (من عام 1855 إلى عام 1890، تم إنتاج 200 طن فقط من الألومنيوم، وعلى مدار العقد التالي، وباستخدام طريقة هول، تم إنتاج 28000 طن من هذا المعدن في جميع أنحاء العالم.) تم الحصول على الألومنيوم بدرجة نقاء تزيد عن 99.99٪ لأول مرة عن طريق التحليل الكهربائي في عام 1920. في عام 1925، نشر إدواردز بعض المعلومات حول الخواص الفيزيائية والميكانيكية لهذا الألومنيوم. في عام 1938 نشر تايلور وويلي وسميث وإدواردز مقالًا يوضح بعض خصائص الألومنيوم بدرجة نقاء 99.996%، والتي تم الحصول عليها أيضًا في فرنسا عن طريق التحليل الكهربائي. نُشرت الطبعة الأولى من الدراسة حول خصائص الألمنيوم في عام 1967. حتى وقت قريب، كان يُعتقد أن الألومنيوم، باعتباره معدنًا نشطًا للغاية، لا يمكن أن يتواجد في الطبيعة في حالة حرة، إلا في عام 1978. في صخور المنصة السيبيرية، تم اكتشاف الألومنيوم الأصلي - على شكل بلورات تشبه الخيوط يبلغ طولها 0.5 مم فقط (بسمك خيط يصل إلى عدة ميكرومترات). تم اكتشاف الألومنيوم الأصلي أيضًا في التربة القمرية التي تم جلبها إلى الأرض من مناطق بحار الأزمات والوفرة. من المعتقد أن معدن الألمنيوم يمكن أن يتشكل عن طريق تكثيف الغاز. مع زيادة قوية في درجة الحرارة، تتحلل هاليدات الألومنيوم، وتتحول إلى حالة ذات تكافؤ معدني أقل، على سبيل المثال، AlCl. عندما يتكثف هذا المركب مع انخفاض درجة الحرارة وغياب الأكسجين، يحدث تفاعل عدم التناسب في الطور الصلب: تتأكسد بعض ذرات الألومنيوم وتنتقل إلى الحالة الثلاثية المعتادة، ويتم تقليل بعضها. يمكن اختزال الألومنيوم أحادي التكافؤ إلى معدن فقط: 3AlCl > 2Al + AlCl 3 . ويدعم هذا الافتراض أيضًا الشكل الشبيه بالخيط لبلورات الألومنيوم الأصلية. عادة، يتم تشكيل بلورات هذا الهيكل بسبب النمو السريع من الطور الغازي. ومن المحتمل أن شذرات الألومنيوم المجهرية في التربة القمرية تشكلت بطريقة مماثلة.

2. تصنيف الألمنيوم حسب درجة النقاء وخواصه الميكانيكية

في السنوات اللاحقة، بسبب سهولة الإنتاج النسبية والخصائص الجذابة، تم نشر العديد من الأعمال حول خصائص الألومنيوم. لقد وجد الألمنيوم النقي تطبيقًا واسعًا بشكل رئيسي في مجال الإلكترونيات - بدءًا من المكثفات الإلكتروليتية وحتى قمة الهندسة الإلكترونية - المعالجات الدقيقة؛ في الإلكترونيات البردية، والمغناطيسية البردية. أحدث الطرق للحصول على الألومنيوم النقي هي طريقة تنقية المنطقة، والتبلور من الملغم (سبائك الألومنيوم مع الزئبق) والعزل من المحاليل القلوية. يتم التحكم في درجة نقاء الألومنيوم من خلال قيمة المقاومة الكهربائية عند درجات الحرارة المنخفضة. يتم حاليًا استخدام التصنيف التالي للألمنيوم وفقًا لمستوى النقاء:

الخواص الميكانيكية للألمنيوم في درجة حرارة الغرفة:

3. عناصر السبائك الرئيسية في سبائك الألومنيوم ووظائفها

الألومنيوم النقي معدن ناعم إلى حد ما - أكثر ليونة بثلاث مرات تقريبًا من النحاس، لذلك حتى ألواح وقضبان الألومنيوم السميكة نسبيًا يسهل ثنيها، ولكن عندما يشكل الألومنيوم سبائك (يوجد عدد كبير منها)، يمكن أن تزيد صلابتها بمقدار عشرة أضعاف. الأكثر استخداما:

يضاف البريليوم لتقليل الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة. تُستخدم إضافات صغيرة من البريليوم (0.01 - 0.05٪) في سبائك صب الألومنيوم لتحسين السيولة في إنتاج أجزاء محرك الاحتراق الداخلي (المكابس ورؤوس الأسطوانات).

يتم إدخال البورون لزيادة التوصيل الكهربائي وكمادة مضافة للتكرير. يتم إدخال البورون في سبائك الألومنيوم المستخدمة في الطاقة النووية(باستثناء أجزاء المفاعل)، لأنه يمتص النيوترونات، مما يمنع انتشار الإشعاع. يتم إدخال البورون بكمية متوسطة تبلغ 0.095 - 0.1٪.

البزموت. يتم إدخال المعادن ذات نقاط انصهار منخفضة مثل البزموت والرصاص والقصدير والكادميوم في سبائك الألومنيوم لتحسين قابلية التشغيل الآلي. تشكل هذه العناصر مراحل ناعمة وقابلة للانصهار تساهم في هشاشة الرقاقة وتزييت القاطع.

تتم إضافة الغاليوم بنسبة 0.01 - 0.1٪ إلى السبائك، والتي يتم بعد ذلك تصنيع الأنودات الاستهلاكية منها.

حديد. يتم إدخاله بكميات صغيرة (»0.04%) في إنتاج الأسلاك لزيادة القوة وتحسين خصائص الزحف. كما يقلل الحديد من الالتصاق بجدران القوالب عند الصب في قالب بارد.

الإنديوم. إضافة 0.05 - 0.2% تعمل على تقوية سبائك الألومنيوم أثناء التعتيق، خاصة ذات المحتوى المنخفض من النحاس. تستخدم إضافات الإنديوم في سبائك الألومنيوم والكادميوم.

يتم إدخال حوالي 0.3% من الكادميوم لزيادة القوة وتحسين خصائص التآكل للسبائك.

الكالسيوم يضفي اللدونة. مع محتوى الكالسيوم بنسبة 5٪، تتمتع السبيكة بتأثير اللدونة الفائقة.

السيليكون هو المادة المضافة الأكثر استخدامًا في سبائك المسبك. بكمية 0.5 - 4٪ تقلل من الميل إلى التشقق. مزيج السيليكون والمغنيسيوم يجعل من الممكن تسخين السبيكة.

المغنيسيوم. تؤدي إضافة المغنيسيوم إلى زيادة القوة بشكل كبير دون تقليل الليونة، وزيادة قابلية اللحام وزيادة مقاومة التآكل للسبيكة.

يقوي النحاس السبائك، ويتم تحقيق أقصى قدر من التعزيز بمحتوى النحاس بنسبة 4 - 6٪. تُستخدم سبائك النحاس في إنتاج المكابس لمحركات الاحتراق الداخلي وأجزاء الطائرات المصبوبة عالية الجودة.

القصدير يحسن أداء القطع.

التيتانيوم. تتمثل المهمة الرئيسية للتيتانيوم في السبائك في تحسين الحبوب في المسبوكات والسبائك، مما يزيد بشكل كبير من قوة وتوحيد الخصائص في جميع أنحاء الحجم بأكمله.

يعد الألومنيوم من أكثر المعادن شيوعًا وأرخصها. ومن الصعب تخيل الحياة الحديثة بدونها. لا عجب أن يُطلق على الألومنيوم اسم معدن القرن العشرين. إنه مناسب جيدًا للمعالجة: التزوير والختم والدرفلة والرسم والضغط. الألومنيوم النقي معدن ناعم إلى حد ما؛ يتم استخدامه لصنع الأسلاك الكهربائية والأجزاء الهيكلية والرقائق منتجات الطعاموأدوات المطبخ والطلاء "الفضي". يستخدم هذا المعدن الجميل وخفيف الوزن على نطاق واسع في تكنولوجيا البناء والطيران. الألومنيوم يعكس الضوء بشكل جيد للغاية. ولذلك يتم استخدامه في صناعة المرايا بطريقة ترسيب المعادن في الفراغ.

للألمنيوم أهمية كبيرة في الصناعة بسبب ليونته المتزايدة، مستوى عالالموصلية الحرارية والكهربائية، وانخفاض التآكل، حيث أن فيلم Al2O3 المتكون على السطح يعمل كحامي ضد الأكسدة. يُنتج الألومنيوم منتجات ملفوفة رفيعة ممتازة ورقائق معدنية ومقاطع جانبية من أي شكل باستخدام الضغط وأنواع أخرى من معالجة الضغط. يخلقون منه أنواع مختلفةالأسلاك المستخدمة في المعدات الكهربائية.
نادرا ما يستخدم الألومنيوم، مثل الحديد، في شكله النقي. لمنحهم الصفات المفيدة المطلوبة، تتم إضافة كميات صغيرة (لا تزيد عن 1٪) من العناصر الأخرى في الإنتاج، والتي تسمى عناصر صناعة السبائك. وبهذه الطريقة يتم الحصول على سبائك الحديد والألومنيوم والمعادن الأخرى.

المعلمات الفيزيائية لسبائك الألومنيوم

تتميز سبائك الألومنيوم بكثافة تختلف قليلاً عن كثافة المعدن النقي(2.7 جم/سم3). ويتراوح من 2.65 جم/سم3 لسبيكة AMg6 إلى 2.85 جم/سم3 لسبيكة V95.
إن إجراء صناعة السبائك ليس له أي تأثير تقريبًا على معامل المرونة ومعامل القص. على سبيل المثال، معامل مرونة دورالومين D16T المقوى هو تقريبا نفس معامل مرونة المعدن النقي A5 (E = 7100 كجم ثقلي/مم2). ومع ذلك، نظرًا لحقيقة أن الحد الأقصى للسيولة للسبائك أعلى بعدة وحدات من الحد الأقصى للسيولة للألمنيوم النقي، فيمكن بالفعل استخدام سبائك الألومنيوم كمواد هيكلية بمستويات مختلفة من الأحمال (كل هذا يتوقف على العلامة التجارية للسبائك) وحالته).
نظرًا لمؤشر الكثافة المنخفضة، يمكن مقارنة القيم المحددة للقوة القصوى والحد الأقصى للسيولة ومعامل المرونة (المعلمات المقابلة مقسومة على قيمة الكثافة) لسبائك الألومنيوم القوية بنفس القيم المحددة للصلب والتيتانيوم سبائك. وهذا يجعل من الممكن لسبائك الألومنيوم ذات القوة العالية التنافس مع الفولاذ والتيتانيوم، ولكن فقط حتى درجات حرارة لا تتجاوز 200 درجة مئوية.
تتمتع معظم سبائك الألومنيوم بموصلية كهربائية وحرارية أسوأ، ومقاومة للتآكل وقابلية لحام مقارنة بالألمنيوم النقي.
من المعروف أن السبائك ذات الدرجة الأعلى من صناعة السبائك تتميز بانخفاض كبير في التوصيل الكهربائي والحراري. تعتمد هذه المؤشرات بشكل مباشر على حالة السبيكة.
لوحظت أفضل خصائص التآكل لسبائك الألومنيوم في السبائك AMts، AMg، AD31، والأسوأ لوحظت في السبائك عالية القوة D16، V95، AK. وبالإضافة إلى ذلك، فإن أداء التآكل للسبائك المعززة بالحرارة يعتمد إلى حد كبير على نظام التبريد والشيخوخة. على سبيل المثال، غالبًا ما يتم استخدام سبيكة D16 في حالة الشيخوخة الطبيعية. ومع ذلك، عند درجات حرارة أعلى من 80 درجة مئوية، تنخفض مؤشرات التآكل بشكل كبير ويمكن استخدامها في ظروف أكثر درجات حرارة عاليةغالبًا ما يتم استخدام الشيخوخة الاصطناعية.
تتناسب سبائك AMts وAmg بشكل جيد مع جميع أنواع اللحام. أثناء عملية لحام الفولاذ المشغول على البارد في المنطقة لحام الشقيتم إجراء التلدين، ولهذا السبب فإن قوة اللحام تساوي قوة المادة الأساسية في الحالة الملدنة.

أنواع سبائك الألومنيوم

اليوم تم تطوير إنتاج سبائك الألومنيوم بشكل كبير. هناك نوعان من سبائك الألومنيوم:

• قابلة للتشوه، والتي يصنعون منها صفائح، وأنابيب، وملامح، وحزم، وأختام
• المسابك التي يتم من خلالها تنفيذ عمليات الصب.

يرجع الاستخدام الواسع النطاق لسبائك الألومنيوم إلى خصائصها. تحظى هذه السبائك بشعبية كبيرة في مجالات الطيران والسيارات وبناء السفن وغيرها من مجالات الاقتصاد الوطني.
السبائك غير المتصلبة Al - Mn (AMts) و Al - Mg (AMg) هي مواد مقاومة للتآكل تصنع منها خزانات الغاز وخزانات النفط وهياكل السفن.
تُستخدم سبائك Al - Mg - Si (AB، AD31، AD33) القابلة للتصلب في إنشاء شفرات وأجزاء لكبائن طائرات الهليكوبتر وبراميل عجلات الطائرات المائية.
سبيكة من الألومنيوم والنحاس - دورالومين أو دورالومين. تسمى السبيكة مع السيليكون سيلومين. سبيكة مع المنغنيز - زادت AMts من مقاومة التآكل. تساعد عناصر مثل Ni، Ti، Cr، Fe في السبائك على زيادة المقاومة الحرارية للسبائك، وتمنع عملية الانتشار، كما أن وجود الليثيوم والبريليوم يزيد من معامل المرونة.
يتم استخدام سبائك الألومنيوم المقاومة للحرارة لأنظمة Al - Cu - Mn (D20، D21) و Al - Cu - Mg - Fe - Ni (AK - 4 - 1) لإنشاء المكابس ورؤوس الأسطوانات والأقراص وشفرات الضاغط وغيرها الأجزاء التي تحتاج إلى العمل في درجات حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية. يمكن تحقيق المقاومة للحرارة عن طريق صناعة السبائك Ni، Fe، Ti، (D20، D21، AK - 4 - 1).
تستخدم سبائك الألومنيوم المصبوب لإنشاء المسبوكات. هذه هي السبائك Al - Si (silumin)، Al - Cu (duralumin)، Al - Mg (Amg). من بين السيلومينات تجدر الإشارة إلى سبائك Al - Si (AL - 2)، Al - Si - Mg (AL - 4، AL - 9، AL - 34)، معززة بالمعالجة الحرارية. السيلومينات مناسبة بشكل جيد للصب، وكذلك القطع واللحام، ويمكن أيضًا أن تكون مؤكسدة وحتى مشربة بالورنيش.
سبائك صب عالية القوة ومقاومة للحرارة من Al - Cu - Mn (AL - 19)، Al - Cu - Mn - Ni (AL - 33)، Al - Si - Cu - Mg (AL - 3، AL - 5 ) الأنظمة. تلك التي خضعت لعملية صناعة السبائك بالكروم أو النيكل أو الكلور أو الزنك يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية. يتم استخدامها لإنشاء المكابس ورؤوس الكتل والأسطوانات.
يتم إنتاج مسحوق الألومنيوم الملبد (SAP) عن طريق ضغط مسحوق الألومنيوم (700 ميجا باسكال) عند درجة حرارة تتراوح من 500 إلى 600 درجة مئوية. يتميز SAP بزيادة مستويات القوة والمقاومة للحرارة حتى 500 درجة مئوية.

درجات سبائك الألومنيوم

تتوافق خصائص معينة لسبائك الألومنيوم مع درجات معينة من هذه السبائك. المعايير الدولية والوطنية المعترف بها (في السابق كانت هناك معايير DIN الألمانية، واليوم الأوروبية EN، والأمريكية ASTM و الايزو الدولية) تمامًا كما تنظر GOSTs الروسية إلى الألمنيوم النقي وسبائكه بشكل منفصل. ووفقا لهذه الوثائق، ينقسم الألمنيوم النقي إلى درجات، وليس إلى سبائك.
تنقسم جميع درجات الألمنيوم إلى:

• ألومنيوم عالي النقاء (99.95%)
• ألومنيوم تقني يحتوي على حوالي 1% من الشوائب أو المواد المضافة.

يحدد معيار EN 573-3 إصدارات مختلفة من نقاء الألومنيوم، على سبيل المثال، "الألومنيوم EN AW 1050A"، وسبائك الألومنيوم، على سبيل المثال، "سبائك EN AW 6060". في الوقت نفسه، غالبًا ما يُطلق على الألومنيوم اسم سبيكة، على سبيل المثال، "سبائك الألومنيوم 1050A".
في المعايير الروسية، على سبيل المثال، في الوثيقة GOST 4784-97 "الألومنيوم وسبائك الألومنيوم المطاوع" وغيرها من الوثائق المتعلقة بالألمنيوم وسبائك الألومنيوم، بدلاً من مصطلح "التعيين"، يتم استخدام المصطلح المماثل "الدرجة"، فقط في اللغة الإنجليزية ما يعادل "الدرجة". وفقًا للمعايير الحالية، تحتاج إلى استخدام عبارات مثل "ألومنيوم درجة AD0" و"سبائك الألومنيوم درجة AD31".
ومع ذلك، في كثير من الأحيان يتم استخدام مصطلح "الدرجة" فقط للألمنيوم، وتسمى سبائك الألومنيوم ببساطة "سبائك الألومنيوم" دون أي علامات تجارية، على سبيل المثال، "سبائك الألومنيوم AD31".
في بعض الأحيان يخلط الناس بين مصطلح "العلامة التجارية" ومصطلح "وضع العلامات". يحدد GOST 2.314-68 مصطلح الوسم على أنه مجموعة من العلامات التي تميز المنتج، على سبيل المثال، التعيين والرمز ورقم الدفعة (السلسلة) وتاريخ الإنتاج والعلامة التجارية للشركة. في هذه الحالة، العلامة التجارية هي تسمية التثبيت أو النقل. ولذلك، فإن تسمية أو درجة السبائك هي مجرد جزء صغير من الوسم، وليس الوسم نفسه.
يتم تطبيق درجة الألومنيوم أو السبائك على أحد أطراف السبيكة أو الخنزير. باستخدام الطلاء الذي لا يمحى، يتم تطبيق خطوط ملونة، والتي تكون بمثابة علامات. على سبيل المثال، وفقًا لـ GOST 11069-2001، يتم تمييز الألومنيوم من الدرجة A995 بأربعة خطوط عمودية خضراء.
وفقًا للوثيقة GOST 11069-2001، يتم تحديد درجات الألومنيوم بالأرقام بعد العلامة العشرية في نسبة الألومنيوم: A999، A995، A99، A85، A8، A7، A6، A5 وA0. وفي الوقت نفسه، أنقى الألومنيوم هو A999، الذي يحتوي على 99.999% من الألومنيوم. يتم استخدامه للتجارب المعملية. في القطاع الصناعييستخدمون الألومنيوم عالي النقاء - من 99.95 إلى 99.995٪ والنقاء الفني - من 99.0 إلى 99.85٪.

شروط (معالجة) المنتجات شبه المصنعة من سبائك الألومنيوم القابلة للتشوه

العلامات		الحالة، الغرض
		بعد التصنيع، دون معالجة حرارية إضافية. درجة تصلب و الخصائص الميكانيكيةلا يمكن السيطرة عليها
		المدرفلة على الساخن
		الضغط الساخن
		صلب (ناعم). أعلى ليونة واستقرار الأبعاد
		العمل على البارد (العمل على البارد)
		العمل على البارد بكثافة (عن طريق لف الصفائح بنسبة 20% تقريبًا للحصول على أقصى قدر من الصلابة)
		ثلاثة أرباع (3/4) تعمل على البارد، وزيادة القوة
		شبه متصلب (1/2)، زيادة القوة
		ربع (1/4) عمل على البارد، زيادة في القوة
		تصلب* (غير مستقر، وعادة ما يشار إلى مدة الشيخوخة الطبيعية بعد تصلب)، وزيادة القوة
		خفف + العمر الطبيعي. الحصول على قوة عالية بما فيه الكفاية، وزيادة الليونة، ومقاومة التشقق، ومقاومة التعب
		مقوى + معتّق صناعيًا للحصول على أقصى قدر من القوة
		خفف + العمر بشكل مصطنع. تحسين خصائص مقاومة التآكل، ومقاومة الشقوق، والليونة مع انخفاض طفيف في القوة. في العلامات الروسية، تشير الزيادة في الرقم الأول من الحرف إلى زيادة في درجة الإفراط في التنعيم والتليين
	T31، T36، T37، T39	مقسى + معتّق بشكل طبيعي + مقسّى على البارد. يشير الرقم الثاني إلى درجة تشوه التصلب البارد. زيادة القوة مع تقليل اللدونة وخصائص مقاومة الشقوق
	T81، T83، T86، T87	تصلب + تصلب على البارد + تقادم بشكل مصطنع. تتم الإشارة إلى درجة التشوه (التصلب) بالرقم الثاني. تقوية
		خفف + معتق بشكل مصطنع + تصلب على البارد. زيادة القوة، خاصة عندما تقترن بعملية تشكيل الجزء

حاليا، يتم استخدام الألومنيوم وسبائكه في العديد من مجالات الصناعة والتكنولوجيا. يستخدم الألومنيوم وسبائكه في المقام الأول في صناعات الطيران والسيارات. يستخدم الألومنيوم أيضًا على نطاق واسع في صناعات أخرى: الهندسة الميكانيكية، والهندسة الكهربائية وصناعة الأدوات، والبناء الصناعي والمدني، والصناعة الكيميائية، وإنتاج السلع الاستهلاكية.

في صناعة الطائرات، أصبح الألومنيوم المعدن الرئيسي نظرًا لأن استخدامه يجعل من الممكن حل مشكلة تقليل الوزن عربةوزيادة كفاءة استخدامها بشكل كبير. هياكل الطائرات والمحركات والكتل ورؤوس الأسطوانات وعلب المرافق وعلب التروس والمضخات وأجزاء أخرى مصنوعة من الألومنيوم وسبائكه.

في الصناعة الكهربائية، يتم استخدام الألومنيوم وسبائكه لتصنيع الكابلات وقضبان التوصيل والمكثفات والمقومات. التيار المتناوب. وفي صناعة الأدوات، يتم استخدامه في إنتاج معدات الأفلام والتصوير الفوتوغرافي، ومعدات الهاتف اللاسلكي، وأدوات التحكم والقياس المختلفة.

بدأ استخدام الألومنيوم على نطاق واسع في تصنيع معدات إنتاج وتخزين حمض النيتريك القوي وبيروكسيد الهيدروجين والمواد العضوية والمنتجات الغذائية بسبب مقاومته العالية للتآكل وعدم سميته.

أصبحت رقائق الألومنيوم شائعة جدًا مواد التعبئة والتغليفلأنه أقوى وأرخص بكثير من القصدير. كما أصبح الألومنيوم يستخدم على نطاق واسع لتصنيع حاويات تعليب وتخزين المواد الغذائية. زراعة. ولكن التخزين لا يقتصر على الجرار الصغيرة، ويستخدم الألومنيوم لبناء مخازن الحبوب وغيرها من الهياكل الجاهزة المطلوبة في الزراعة.

يستخدم الألومنيوم أيضًا على نطاق واسع في الصناعة العسكرية في بناء الطائرات والدبابات والمدفعية والصواريخ والمواد الحارقة والعديد من الأغراض الأخرى في المعدات العسكرية.

يستخدم الألومنيوم عالي النقاء على نطاق واسع في مجالات التكنولوجيا الجديدة مثل الطاقة النووية، إلكترونيات أشباه الموصلات، الرادار.

أصبح الألومنيوم واسع الانتشار كطلاء مضاد للتآكل، فهو يحمي الأسطح المعدنية تمامًا من عمل المواد الكيميائية المختلفة والتآكل الجوي، ولهذا السبب يستخدم على نطاق واسع في إنتاج المواد المختلفة.

آخر يستخدم على نطاق واسع خاصية مفيدةالألومنيوم - انعكاسيته العالية. ولذلك تصنع منه أسطح عاكسة مختلفة للتدفئة وعاكسات الإضاءة والمرايا.

يستخدم الألومنيوم في صناعة المعادن كعامل اختزال في إنتاج عدد من المعادن، مثل الكروم والكالسيوم والمنغنيز. كما أنها تستخدم لإزالة الأكسدة من الفولاذ ولحام الأجزاء الفولاذية.

لا يمكن الاستغناء عن الألمنيوم وسبائكه في البناء الصناعي والمدني. يتم استخدامه لتصنيع إطارات المباني، والجمالونات، وإطارات النوافذ، والسلالم، وما إلى ذلك. وفي كندا، على سبيل المثال، يبلغ استهلاك الألومنيوم لهذه الأغراض حوالي 30% من إجمالي الاستهلاك، وفي الولايات المتحدة الأمريكية يزيد عن 20%.

بناءً على جميع الطرق المذكورة أعلاه لاستخدام الألومنيوم، يمكننا القول أن الألومنيوم قد احتل المركز الأول بين المعادن غير الحديدية الأخرى من حيث حجم الإنتاج وأهميته في الاقتصاد.

في الوقت الحاضر، ينتج العالم أكثر من 50 مليون طن من الألومنيوم سنويا، على سبيل المثال، في عام 2008، وفقا لجمعية الألومنيوم الأمريكية - 53 مليون طن.

• أين يتجه كل هذا؟
• في أي الصناعات يتم استخدامه؟
• وأين نواجهه في حياتنا اليومية؟

الاستهلاك في الصناعة والحياة

يوضح الشكل أدناه ثمانية قطاعات صناعية وإنشائية يتم فيها استخدام الألومنيوم بقوة بشكل خاص. يتم عرض نسب مساهمة القطاعات الصناعية المختلفة في إجمالي الاستهلاك حسب إحصائيات المعهد الدولي للألمنيوم لعام 2007. منذ ذلك الحين، أعتقد أن الصورة ككل لم تتغير، وهذه البيانات وثيقة الصلة بالموضوع.

تطبيق الألومنيوم في المنتجات الصناعية النهائية

الصناعات الرئيسية التي تستخدم الألومنيوم بنشاط هي:

• بناء
• تغليف المنتج
• صناعة كهربائية
• هندسة النقل
• تصنيع الآلات والمعدات
• إنتاج السلع للحياة اليومية
• تعدين المساحيق
• إزالة الأكسدة من الصلب في المعادن الحديدية