Hliník: chemické a fyzikální vlastnosti. §1. Historie objevu hliníku

Sloučeniny hliníku byly člověku známy již od starověku. Jedním z nich byla pojiva, mezi které patří hliník-draselný kamenec KAl(SO4)2. Našli široké uplatnění. Používaly se jako mořidlo a jako uzávěr krve. Impregnace dřeva roztokem kamence draselného způsobila, že je nehořlavé. Je známá zajímavá historická skutečnost, jak Archeláos, velitel z Říma, za války s Peršany nařídil namazat věže, které sloužily jako obranné stavby, kamencem. Peršané je nikdy nedokázali spálit.

Další sloučeninou hliníku byly přírodní jíly, které zahrnovaly oxid hlinitý Al2O3.

První pokusy získat hliník až v polovině 19. století. Pokus dánského vědce H. K. Oersteda byl korunován úspěchem. K jeho získání použil amalgamovaný draslík jako redukci hliníku z oxidu. Jaký kov se tehdy získával, se ale zjistit nepodařilo. O něco později, o dva roky později, byl hliník získán německým chemikem Wöhlerem, který hliník získal zahříváním bezvodého chloridu hlinitého s kovem draslíku. Mnoho let práce německého vědce nebyla marná. Během 20 let se mu podařilo připravit granulovaný kov. Ukázalo se, že je podobný stříbru, ale byl mnohem lehčí. Hliník byl velmi drahý kov, a až do počátku 20. století byla jeho hodnota vyšší než cena zlata. Proto byl hliník po mnoho a mnoho let používán jako muzejní exponát. Kolem roku 1807 se Davy pokusil provést elektrolýzu oxidu hlinitého a získal kov, který se nazýval hliník (Alumium) nebo hliník (Aluminium), což se z latiny překládá jako kamenec.

Výroba hliníku z jílů zajímala nejen chemiky, ale i průmyslníky. Hliník bylo velmi obtížné oddělit od ostatních látek, což přispělo k tomu, že byl dražší než zlato. V roce 1886 chemik C.M. Hall navrhl metodu, která umožnila získat kov ve velkém množství. Při provádění výzkumu rozpustil oxid hlinitý v kryolitové tavenině AlF3 nNaF. Výsledná směs byla umístěna do žulové nádoby a taveninou byl veden stejnosměrný elektrický proud. Byl velmi překvapen, když po nějaké době objevil na dně nádoby plakety z čistého hliníku. Tato metoda je v současnosti hlavní pro výrobu hliníku v průmyslovém měřítku. Výsledný kov byl dobrý ve všem kromě pevnosti, která byla nezbytná pro průmysl. A tento problém byl vyřešen. Německý chemik Alfred Wilm legoval hliník s dalšími kovy: mědí, manganem a hořčíkem. Výsledkem byla slitina, která byla mnohem pevnější než hliník.

§2. Způsoby získávání

Vynález se týká způsobu výroby hliníku jeho elektrolytickou separací z vodných roztoků současně s vodíkem. Metoda využívá katodu z tekutého kovu, například gallia. Obsah hliníku v kovu se zvýší na 6 % hm., slitina se vyjme z elektrolyzéru, ochladí se v rozmezí od 98 do 26 °C a hliník se izoluje krystalizací, čímž se získá primární nasycený pevný roztok s obsahem hliníku. asi 80 % hmotn. Matečný louh, slitina eutektického složení, se vrací do elektrolýzy jako katodový kov a primární pevný roztok se roztaví a podrobí rekrystalizaci při teplotách pod 660 °C, přičemž se postupně oddělí sekundární, terciární atd. pevné roztoky z kapalin, aby se z nich získal hliník technické čistoty. Alternativní způsoby výroby hliníku - karbotermický proces, Todtův proces, Kuwaharský proces, elektrolýza chloridů, redukce hliníku sodíkem - neprokázaly žádné výhody oproti Héroux-Hallově metodě. Prototypem tohoto vynálezu je náš předchozí stejnojmenný návrh pod N. Výroba hliníku z vodných roztoků současně s vodíkem, která tvoří podstatu tohoto vynálezu, je nesmírně lákavá, ale vzhledem k procesům ji nelze realizovat. pasivace pevné hliníkové katody oxido-hydroxidovými filmy různého složení. Naše pokusy implementovat způsob v roztocích hlinitanu alkalického kovu, kyselině sírové, kyselině chlorovodíkové a kyselině dusičné byly stejně neúspěšné. V tomto ohledu navrhujeme vyrábět hliník a vodík na průtočné katodě z tekutého kovu, například katodě galia nebo katodě sestávající ze slitiny gallia a hliníku. Lze použít i jiné nízkotavitelné slitiny. Katoda. V důsledku toho se elektrolýza provádí snadno a na první přiblížení jednoduše se zaručeným uvolňováním hliníku do katodové slitiny.

V průmyslu se hliník vyrábí elektrolýzou Al2O3 v roztaveném kryolitu Na3 při teplotě 950

2Al2O3 = 4Al(3+) + 6O(2-) = 2Al + 3O2

Hlavní reakce procesů:

CaF2 + H2SO4 → 2HF + CaSO4 (15,z)

Si02 + 6HF ->H2SiF6 + 2H2

HF a H2SiF6 jsou plynné produkty zachycené vodou. Pro desilikonizaci výsledného roztoku se do něj nejprve zavede vypočítané množství sody:

H2SiF6 + Na2CO3 → Na2SiF6 + CO2 + H2O (15.i)

Těžce rozpustný Na2SiF6 se oddělí a zbývající roztok kyseliny fluorovodíkové se neutralizuje přebytkem sody a hydroxidu hlinitého, aby se získal kryolit:

12HF + 3Na2CO3 + 2Al(OH)3 → 2(3NaF AlF3) + 3CO2 + 9H2O (15,k)

NaF a AlF3 lze získat odděleně stejným způsobem, pokud se desilikonizovaný roztok kyseliny fluorovodíkové neutralizuje vypočteným množstvím Na2CO3 nebo Al(OH)3.

Hliník- jeden z nejzajímavějších chemických prvků. Je zajímavý nejen tím, že nečekaně rychle a vítězně, v průběhu několika desetiletí vstoupil do našich životů, do každodenního života, do techniky, do nejdůležitějších odvětví národního hospodářství, a nejen proto, že právě lehký kov , spolu s hořčíkem vytvořil okřídlenou sílu letadla. Velkou zajímavostí jsou jeho vlastnosti a především geochemická role. Faktem je, že hliník, se kterým se kulturní lidstvo seznámilo tak nedávno, je jedním z nejdůležitějších, nejrozšířenějších chemických prvků.

Vy i já dobře víme, že pod příkrovem jílů a písků, vzniklých v různých dobách v důsledku zvětrávání a ničení mohutných hornin, se skrývá souvislý, obklopující celou zeměkouli, kamenný obal Země, resp. zemská kůra.

Tloušťka této kamenné skořápky, její tloušťka je nejméně sto kilometrů a možná, jak se nyní začíná předpokládat, mnohem více. Tato skořápka se v hloubce postupně mění v jinou - rudu obsahující železo a další kovy a nakonec je ve středu Země zjevně železné jádro.

Kamenná skořápka tvoří na povrchu Země obrovské výběžky – kontinentální masy, neboli kontinenty. Na nich se zase vytvořily záhyby v podobě dlouhých řetězů hor.

Skalnatý obal Země, který tvoří základ kontinentů a jejich horských pásem, je složen z hlinitokřemičitanů a silikátů. Aluminosilikáty se skládají, jak jejich název napovídá, z křemíku, hliníku a kyslíku. Proto se kamenná skořápka často nazývá „sial“ - SiAl, - spojením prvních slabik latinských názvů pro křemík - Silicium - a hliník - Aluminium.

Tato skořápka, která se skládá převážně ze žuly, obsahuje přibližně 50 % hmotnosti kyslíku, 25 % křemíku a 10 % hliníku. Tím pádem, Hliník z hlediska distribuce zaujímá třetí místo na Zemi mezi chemickými prvky a první místo mezi kovy. Na Zemi je ho více než železa.

Hliník, křemík a kyslík jsou společně nejdůležitějšími prvky, ze kterých je postavena zemská kůra, a ve skalnatém obalu Země tvoří nejrůznější minerály. Tyto minerály jsou takové sloučeniny atomů, které mají ve středu atom křemíku nebo atom hliníku a kolem nich jsou pravidelně ve čtyřech rozích umístěny atomy kyslíku, které tvoří čtyřstěnný obrazec.

Spolu s tetraedry křemíku a kyslíku se tedy objevují tetraedry hliníku a kyslíku. V tomto případě je role hliníku dvojí: buď se, stejně jako jiné kovy, nachází mezi čtyřstěny křemíku a kyslíku a spojuje je navzájem, nebo zaujímá místo křemíku v nějakém čtyřstěnu.

Z těchto čtyřstěnů křemíku a hliníku, jejich vzájemným spojením, vzniká mnoho z nejdůležitějších minerálů zemské kůry, sjednocených pod obecným názvem aluminosilikáty. Složitý vzor atomů hliníku, křemíku a kyslíku na první pohled připomíná jemné krajkové nebo kobercové vzory. Tento obraz mohl být vytvořen pouze pomocí rentgenových paprsků, které jakoby fotografovaly vnitřní strukturu minerálů.

Připomeňme si, jak se nám v dávném dětství zdály kameny šedé a monotónní a jaký složitý a pestrý obraz se nám vykreslí, když pronikneme do hlubin jejich struktury.

Prevalence některých hlinitokřemičitanů je kolosální. Stačí říci, že více než polovinu zemské kůry tvoří minerály zvané živce. Jsou součástí žul, rul a dalších hornin, pokrývající zemi jakoby pevnou kamennou skořápkou a vyčnívající v podobě mohutných horských pásem.

V důsledku zvětrávání živců na zemském povrchu v průběhu tisíců let dochází k ukládání obrovských akumulací jílů skládajících se z 15-20 % hliníku. Hliník, objevený v těchto všudypřítomných horninách, byl dokonce nazýván jílem.

Bezvodý oxid hlinitý (AbO3) najdeme ve formě minerálu korundu, který se vyznačuje pozoruhodnou tvrdostí a někdy i mimořádnou krásou. Transparentní odrůdy oxidu hlinitého, kde se pouze nepatrné množství prvků - barviv - chrómu, železa, titanu mísí s hliníkem a kyslíkem, patří mezi prvotřídní krásné drahokamy. Jaká rozmanitost barev a bohatost barev vzniká v téže alumině nepatrnou příměsí té či oné látky! Jedná se o červený rubín a modrý safír jiskřivý jasnými tóny, které uchvacují lidi od nepaměti. Kolik pohádek je spojeno s těmito kameny! Méně čisté, neprůhledné, hnědé, šedé, namodralé a načervenalé krystaly korundu, které jsou svou tvrdostí až na druhém místě po diamantu, jsou lidmi také používány odedávna.

S jejich pomocí zpracováváme různé tvrdé materiály včetně lesklé oceli nástrojů, zbraní, obráběcích strojů a strojů.

Malé krystalky téhož korundu smíchaného s magnetitem a jinými minerály – tzv. smirek – jsou každému dobře známé; Pravděpodobně jste svůj kapesní nůž čistili brusným papírem více než jednou!

Korund by samozřejmě mohl sloužit jako snadný zdroj hliníku, ale sám o sobě je příliš cenný a v přírodě je ho málo.

Od nepaměti, dokonce i na úsvitu lidské kultury, od doby kamenné až po současnost, lidé hojně využívali žuly, čediče, porfyry, jíly a další horniny z hlinitokřemičitanů, stavěli z nich celá města, vytvářeli budovy, umělecká díla. , nádobí, výroba keramiky, fajánse, porcelánu.

Ale po tisíce let lidé ani netušili o ušlechtilých a úžasných vlastnostech hliníku - kovu, který byl ukryt v těchto horninách.

Hliník se nikdy nikde v přírodě nenachází v kovové formě, vždy se vyskytuje v různých sloučeninách, zcela odlišných vlastnostmi a vzhledem od hliníku.

A vytěžit a oživit tento nádherný kov vyžadovalo génia člověka, jeho tvrdou práci.

Malé množství lesklého stříbřitého kovu bylo poprvé izolováno asi před 125 lety. A nikdo si tehdy nemyslel, že to bude hrát nějakou roli v životě člověka, zvláště když získat to bylo velmi obtížné. Ale na začátku minulého století se řadě vědců podařilo izolovat hliník elektrolýzou na katodě pod krustou strusky ze sloučenin hliníku roztavených při vysokých teplotách. Byl to čistý stříbřitý kov – „stříbro z hlíny“, jak se tehdy říkalo.

Tento způsob výroby hliníku byl přenesen do továren a kov rychle začal získávat široké uplatnění. Má barvu připomínající stříbro. A jeho vlastnosti se skutečně ukázaly jako úžasné.

Výroba kovového hliníku je založena na dvou samostatných procesech. Nejprve se z bauxitu po poměrně složitém zpracování získává čistý bezvodý oxid hlinitý – alumina. Oxid hlinitý je následně elektrolyzován ve speciálních lázních vyložených grafitovými deskami.

Prášek z oxidu hlinitého se plní do těchto lázní smíchaný s kryolitovým práškem. Když se zapne silný elektrický proud, rozvine se teplo(asi 1000°); Kryolit taví a rozpouští oxid hlinitý, který se následně proudem rozkládá na hliník a kyslík. Dno lázně slouží jako katoda (záporný pól) a shromažďuje se na něm roztavený hliník. Uvolňuje se speciálním kohoutkem a nalévá do forem, kde ztvrdne ve formě lesklých stříbrných tyčinek.

Některé vlastnosti hliníku jsou každému dobře známy. Je to velmi lehký kov, téměř třikrát lehčí než železo. Je velmi viskózní a zároveň poměrně pevný: lze jej stáhnout do drátu nebo zploštit do nejtenčích plechů. Jeho chemické vlastnosti jsou neméně pozoruhodné. Na jednu stranu se zdá, že se oxidace nebojí; Poznáme to z chování hliníkového nádobí, hrnců, pánví a plechovek. Mezitím je jeho afinita ke kyslíku velmi vysoká. Tento zdánlivý rozpor zaznamenal náš velký chemik D.I. Stříbrně lesklý hliník je totiž po roztavení na vzduchu pokryt matným filmem oxidu, který jej chrání před další oxidací. Ne každý kov má tuto schopnost sebeobrany. Oxid železa, například známá rez, ani v nejmenším nepřekáží dalšímu ničení kovu: je příliš sypký a snadno propouští vzduch a vodu. Naopak tenká vrstva oxidu pokrývající hliník je velmi hustá, elastická a slouží jako spolehlivý kryt.

Při zahřívání se hliník chtivě spojuje s kyslíkem, mění se na oxid hlinitý a uvolňuje obrovské množství tepla. Tato vlastnost hliníku uvolňovat teplo během spalování byla využívána v technologii k tavení jiných kovů z jejich oxidů smícháním s hliníkovým kovovým práškem. V tomto procesu aluminotermie

kovový hliník odebírá kyslík z oxidů jiných kovů a redukuje je.

Smícháte-li například prášek oxidu železitého s hliníkovým práškem a tuto směs zapálíte hořčíkovou páskou, vyvine se před vašima očima prudká reakce, která uvolní obrovské množství teplo a teplota stoupne na 3000°. Železo vytlačené hliníkem se při této teplotě taví a vzniklý oxid hlinitý vyplave na jeho povrch ve formě strusky. Člověk využil této činnosti hliníku k získání některých žáruvzdorných a technicky cenných kovů.

Tímto způsobem se taví titan, vanad, chrom, mangan a další kovy. Protože aluminotermie vyvíjí vysoké teploty, používá se pro svařování oceli směs oxidu železa a hliníku - tzv. termit. Každý z vás asi viděl, jak se to dělá například při svařování tramvajových kolejí. Železo roztavené při hoření termitu teče na spojené konce kolejnic a svařuje je.

Sotva lze vyjmenovat mnoho prvků, které by udělaly tak rychlou a brilantní kariéru jako hliník!

Hliník začal rychle pronikat do automobilového, strojírenského a dalšího průmyslu, v mnoha případech nahradil ocel a železo. Ve vojenském loďařství přineslo jeho použití revoluci a umožnilo vytvářet například „kapesní bitevní lodě“ (lodě o velikosti lehkého křižníku a síle dreadnoughtu).

Člověk se naučil získávat toto „stříbro“ z přírodních minerálů v obrovském měřítku. A „stříbro z hlíny“ umožnilo člověku konečně dobýt vzdušný živel.

Hliník nebo jeho lehké slitiny se ideálně hodí pro stavbu pevných balónů, trupů, křídel nebo celokovových letadel.

Tento nový průmysl, který tak široce využíval hliník, rostl před našima očima úžasnou rychlostí.

Když nad námi uvidíme letět letadlo, pamatujte, že 69 % jeho hmotnosti bez motoru tvoří hliník a jeho slitiny a že i v leteckém motoru hmotnost hliníku a hořčíku – dvou nejlehčích kovů – dosahuje 25 %. .

Současně s enormní spotřebou v těžkém průmyslu, se stavbou celohliníkových vlaků, se spotřebou hliníku ve strojírenství a zejména v leteckém průmyslu se utrácejí statisíce tun hliníku na hliníkové dráty a díly pro elektro průmysl.

Tím se ale použití tohoto kovu nevyčerpává.

Přidejme také reflexní zrcátka světlometů, kritické části rýčů a kulometných pásů, světlice, hliníkový prášek smíchaný s oxidem železa - v zápalných bombách. Připomeňme si kolosální význam umělého krystalického oxidu hlinitého (elektrokorund, alundum), v současnosti získávaného ze stejných bauxitů a používaného v tzv. brusném průmyslu, hlavně při zpracování kovů.

Krystalizací čistého oxidu hlinitého s přídavkem barviv získáváme nádherné rubíny a safíry, které nejsou horší než ty přírodní ani tvrdostí, ani krásou. Používáme je především jako otěruvzdorné nosné kameny v kritických částech přesných přístrojů: hodinové stroje, váhy, elektroměry, galvanometry atd.

Žehličku potřeme jemným hliníkovým práškem, čímž získáme druh hliníkového plechu, který je odolný vůči korozi. Stejný prášek se používá k přípravě krásné litografické barvy. A v poslední době jej oceňují i ​​mistři slavného lidového umění - chochlomské malby na dřevo. Hliníkový prášek se nanáší pomocí měkké „kukla“ na olejem nasáklý povrch předmětu. Vznikne tak okouzlující stříbrné pozadí, na které pak mistr nakreslí složitý květinový malířský vzor.

Proč hliník nazýváme kovem 20. století?

Protože jeho využití díky jeho pozoruhodným vlastnostem každým rokem roste a roste a obrovské zásoby hliníku jsou nevyčerpatelné, a je důvod se domnívat, že hliník se nyní dostává do lidského využití stejným způsobem, jakým se začalo používat železo ve své době.

Uplynou staletí a naše doba může být nazývána dobou hliníku!

Historie nás učí, že lidstvo dlouhým a postupným úsilím dosáhlo skutečné civilizace. Dosavadní dlouhá cesta je z různých úhlů pohledu rozdělena různě. Je velmi běžné dělit dějiny lidstva na období podle nástrojů a kovů, které v určité době hrály hlavní roli.

Počáteční dobou byla doba kamenná, kdy lidé neznali zpracování kovů a veškeré nástroje vyráběli z kamene. Pak přišla doba bronzová a měděná a nyní žijeme v době železné. Ve skutečnosti je železo v reálné civilizaci tak důležité, že bez něj by byly všechny úspěchy moderního průmyslu a technologií absolutně nemyslitelné. Bez železa se neobejdeme, kdežto bez zlata bychom se klidně obešli, a není pochyb o tom, že není-li v současné době železo nejušlechtilejším kovem, je pro nás jistě tím nejužitečnějším a nejpotřebnějším na každém kroku.

Zastavíme se tam, nebo si můžeme myslet, že přijde další věk, kdy železo ustoupí do pozadí? Jaký kov nahradí železo, jaké století přijde?

Na tyto otázky již dokáže odpovědět moderní věda a my v tomto rozhovoru čtenáře seznámíme s vlastnostmi kovu, který nahradí železo našim vzdáleným potomkům, kteří budou žít v době hliníku. Budoucí věk je hliník. Ale proč hliník a ne jiný kov? Je to pravda?

Aby mohl jakýkoli kov nahradit železo, jsou nutné následující podmínky. Za prvé, nový kov musí být lepší než železo; za druhé je nutné, aby byl v přírodě rozšířen v nemenším množství než železo. Hliník je přesně takový kov. Níže čtenáře seznámíme se všemi vlastnostmi tohoto úžasného kovu, který dokáže v tvrdosti nahradit ocel, v jiných ohledech ji předčí a v kráse zejména ve slitinách může konkurovat zlatu a stříbru. A co je nejpozoruhodnější je, že ložiska tohoto úžasného kovu jsou nesrovnatelně větší než železo. Tento nový kov je všude; šlapeme po něm každý den a hodinu. Hliník se jinak nazývá hlína a už jen název ukazuje, že je hlavní složkou hlíny, jílu, se kterým nyní zacházíme s takovým nezaslouženým a urážlivým opovržením. Jak se v budoucnu změní význam naší obvyklé fráze: „kolos s nohama z hlíny“! Smiluj se, řeknou naši potomci, "nohy z hlíny, ale nic lepšího a silnějšího se udělat nedá!" Tak se časy mění a my jsme s nimi...

Takže víme, jaký kov by měl nahradit naše rezavé železo a udělat obrovskou revoluci v civilizaci, známe vlastnosti tohoto nádherného kovu – co se děje?

Při těžbě tohoto kovu. Je nesrovnatelně lepší a rozšířenější než železo, ale stále neznáme levný způsob, jak ho získat, a levnost je nevyhnutelná, aby doba hliněná nahradila dobu železnou. Objev této metody vyvolá revoluci v dějinách lidstva, ve srovnání s níž budou nejdůležitější politické události, nejkrvavější války pouhými maličkostmi, téměř nehodnými pozornosti. A tato světová revoluce se nebude odehrávat na bitevním poli, ale kdesi v odlehlé laboratoři skromného pracovníka vědy, který bude moci odhalit tajemství snadné přeměny hlíny v hlínu.

Pojďme si ale říci pár slov o tomto kovu, aby čtenář nepovažoval výše uvedená slova za nadsázku.

Hliník neboli jíl je nejrozšířenějším kovem na zemi, ale nikdy se nevyskytuje v kovové formě, ale pouze ve formě oxidu hlinitého, tedy jeho kombinace s kyslíkem (Al 2 O 3), který je součástí nejběžnějších hornin. a hlavní část hlína.

Stříbrný hliník; měrná hmotnost čistého kovu je 2,56 (to znamená pouze 2 1/2 krát těžší než voda); zpracováním se specifická hmotnost zvýší na 2,67; jeho elektrická vodivost je 3 1/2 krát větší než u železa a 2 krát menší než u mědi. Hliník je dobrý vodič tepla; jeho teplota tání leží mezi teplotami tání zinku a stříbra; ta je podle různých pozorování 600-850 °C. Tepelná kapacita je podle různých definic 0,202-0,2253, tj. u hliníku je vyšší než u většiny kovů, což odpovídá nízké atomové hmotnosti hliníku.

Hliník dobře funguje ve slévárenských formách a poskytuje dobré odlévání v litině a zemině. Pokud absorbuje kyslík nebo splyne se stopami křemíku, zešedne a zkřehne; Proto je licí plocha forem pokryta uhlím nebo páleným kryolitem. Pozoruhodná vlastnost kovu odolávat korozi (kterou trpí zejména železo) je značně oslabena, pokud je kov nečistý. Na hliník nemá vliv sirovodík, sirník amonný ani kyselina dusičná, která je účinná pouze při bodu varu; není citlivý na vliv rostlinných kyselin a je velmi dobře zachován na vzduchu i v těch nejtenčích listech. Kompaktní hliník se ve vroucí vodě nemění. Ani při červeném žáru se vodní pára nerozkládá. V jemně rozmělněném stavu a ve formě listů při varu kov rozkládá vodu. Kyselina chlorovodíková dobře rozpouští hliník. Hlavními obtížemi, které brání použití hliníku, je jeho vysoká cena a malá pozornost je věnována vlastnostem hliníku z hlediska jejich využití. Nyní se používá pro velké množství optických a matematických nástrojů, ve špercích a různých „articles de fantaisie“, které vyžadují sílu a lehkost. Lehkost kovu je velmi důležitá vlastnost, která v kombinaci s pevností činí z hliníku za nízkou cenu nepostradatelný materiál pro širokou škálu aplikací.

Velmi důležitou překážkou použití hliníku je obtížnost spojení dvou jeho kusů. Při zahřívání kovu pro pájení se na jeho povrchu tvoří tenký film oxidu hlinitého, který zabraňuje spojení pájky s kovem. Totéž platí pro hliníkové slitiny. Pomocí určitých metod je však možné pájet hliník (metoda Mourey a Burbuz).

Slitiny hliníku, o které je nyní značný praktický zájem, budou pravděpodobně v budoucnu hrát v průmyslu velmi důležitou roli, protože hliník zlevňuje. Tyto slitiny jsou velmi četné. Obecně lze konstatovat, že hliník zlepšuje vlastnosti téměř všech kovů, do kterých je přidáván v malých množstvích. Zvyšuje jejich pevnost, lesk měkkých kovů a dodává jim větší odolnost proti působení chemických činidel. Leguje s téměř všemi užitečnými kovy. Je-li tavený se železem, nelze jej od něj v kovové formě zcela izolovat; železo obsahující více než 7-8 % hliníku křehne a krystalizuje v dlouhých jehličkách.

Hliník legovaný malým množstvím stříbra výrazně ztrácí na kujnosti; ale s příměsí 5% tohoto kovu se dobře zpracovává a bere mnohem lepší lesk než čisté stříbro. Se 3% stříbra je hliník velmi dobrý pro fyzické nástroje, protože je tvrdší, bělejší než stříbro a nekazí se ani sirovodíkem. Slitina s malým množstvím stříbra je vhodná především pro svazek vah a její použití k tomuto účelu je zcela běžné. Na mince byla opakovaně doporučována slitina obsahující 5 % stříbra, protože je tvrdá, lesklá a neztrácí lesk ani časem.

Slitiny hliníku a cínu neměly žádný význam, dokud Burbuz nepoužil hliník k pájení a neprokázal své další vlastnosti. Slitina obsahující 100 dílů hliníku a 20 dílů cínu byla již z průmyslového hlediska úspěšná; ale slitina 100 dílů hliníku a 10 dílů cínu je ještě zajímavější: je bělejší než hliník, ud. hmotnost 2,85, tedy o něco více než u hliníku; Lze jej použít se stejným pohodlím jako hliník pro konstrukci všech nástrojů vyžadujících zvláštní lehkost. Jeho odolnost vůči různým chemickým činidlům je větší než u čistého hliníku a zpracování je jednodušší. Pokud jde o pájení, je stejně snadné jako u mosazi a lze jej provést bez zvláštní přípravy. Z této slitiny je vyrobeno mnoho přístrojů, které jsou již výrobním artiklem používaným pro stavbu optických, geodetických a fyzikálních přístrojů. Nejzajímavější slitina zinku a hliníku obsahuje posledně jmenovaných 3 %; je tvrdší a lesklejší než zinek.

Slitina 97% zlata a 3% hliníku je barevně krásnější než ryzí zlato, které neztrácí své ostatní kvality.

Zavádění malých množství jiných kovů do hliníku tedy zvyšuje jeho lesk a tvrdost, aniž by se výrazně změnily jeho ostatní vlastnosti; přidání malého množství hliníku do jiných kovů téměř vždy zvyšuje jejich kvalitu.

Ze všech slitin získal v poslední době obzvláště velký význam hliníkový bronz, zejména proto, že se k jeho výrobě používá elektrická metoda.

Donedávna byla za nejlepší způsob výroby hliníkového bronzu považována metoda bratří Cowlesů (Cowles, v Clevelandu, Ohio, Severní Amerika). Ale nyní Francouz Heroult nahradil Cowlesovu tepelnou metodu termoelektrolytickou metodou, která se ukazuje jako mnohem výnosnější a pohodlnější. Než přejdeme ke stručnému popisu těchto metod, popíšeme si vlastnosti hliníkového bronzu, který brzy pravděpodobně nahradí běžný cínový bronz.

Slitina hliníku s 5 % mědi je stále kujná; při 10% mědi se již nehodí ke zpracování. Slitiny obsahující více než 80 % mědi mají krásnou žlutou barvu; obsah 5 až 10 % mědi se nazývá hliníkový bronz; byl dobře prozkoumán Percy, Saint-Clair-Deville, Debray a dalšími. Je velmi odolný, kovatelný a dobře leštěný. Pokud se obsah hliníku zvýší nad 10 %, pak se tvrdost slitiny zvýší natolik, že je pouze obtížně zpracovatelná. Slitina s 10 % hliníku je světlá, žluto-zlatá a s 5 % hliníku je načervenalá, žluto-zlatá; při 2% hliníku je téměř měděně červená.

Hliníkový bronz se od běžného cínového bronzu liší tím, že při roztavení neoxiduje a vytváří neobvykle čistý odlitek. Bronz s 10 % hliníku kombinuje houževnatost s velkou tvrdostí; při teplotách od nejtmavšího červeného žáru až téměř k bodu tání je zcela tvárný.

Měrná hmotnost hliníkového bronzu klesá s rostoucím obsahem hliníku. Pevnost sloučenin hliníku je pozoruhodná a ve vztahu k množství hliníku bylo zjištěno, že snížení dokonce o 1 % této užitečné složky znamená znatelný pokles pevnosti, ale současně zvyšuje pevnost slitiny v tahu. . Pro charakteristiku tvrdosti hliníkového bronzu upozorňujeme na jeho použití pro výrobu poštovních známek v Paříži. Při této výrobě bylo hodně práce se sháněním desek, na které se umisťují archy známek, děrované speciálními razníky. Při každém úderu se razníky zavedou do otvoru v desce, a protože je ve stroji 300 razníků, které pracují rychle, je denně vyraženo 180 000 000 děr. Za takových podmínek se bronzová deska opotřebuje během jednoho dne a dokonce i ocelové desky se rychle opotřebovávají. Když byly nahrazeny hliníkovými bronzovými deskami, začaly vydržet celé měsíce. Podle Strangeových experimentů se ukazuje, že hliníkový bronz je 8x tvrdší než běžný bronz.

Podle E. Selfa hliníkový bronz z hlediska pevnosti v tahu a pevnosti v tahu snadno splňuje podmínky stanovené pro ocelové nástroje (kovanou ocel) vládami Anglie a Německa, které vyžadují pevnost v tahu asi 4916 kilo na metr čtvereční. . webová stránka. při 15% prodloužení. Tyto zbraně lze vyrobit se stejnou pevností za mnohem kratší dobu a levněji, s použitím bronzu s 10 % hliníku.

Hliníková slitina společnosti Webster Company byla vyzkoušena pro lopatky lodních šroubů, fungujících v různých podmínkách jak v řekách, tak v tropických mořích; Již nějakou dobu funguje a zatím nebylo zaznamenáno žádné výrazné poškození materiálu.

Slitiny hliníku se zdají být velmi vhodné pro všechny třecí části strojů. Na excentrické svorky jednoho parníku byla použita speciální slitina od firmy Webster Company a její použití je praktiky velmi chváleno. Cowles bronz se s úspěchem používá pro ložiska ve vysokorychlostních dynamech.

Sekce 1. Název a historie objevu hliníku.

Sekce 2. obecné charakteristiky hliník, fyzikální a chemické vlastnosti.

Sekce 3. Výroba odlitků ze slitin hliníku.

Oddíl 4. Aplikace hliník.

Hliník je prvkem hlavní podskupiny třetí skupiny, třetí periody periodického systému chemických prvků D.I. Mendělejeva, s atomovým číslem 13. Označuje se symbolem Al. Patří do skupiny lehkých kovů. Nejčastější kov a třetí nejrozšířenější chemický prvek v zemské kůře (po kyslíku a křemíku).

Jednoduchá hmota hliník (číslo CAS: 7429-90-5) - lehký, paramagnetický kov stříbrno-bílá barva, snadno se formuje, odlévá a obrábí. Hliník má vysokou tepelnou a elektrickou vodivost a odolnost vůči korozi díky rychlé tvorbě silných oxidových filmů, které chrání povrch před další interakcí.

Průmyslové úspěchy v každé rozvinuté společnosti jsou vždy spojeny s pokroky v technologii konstrukčních materiálů a slitin. Kvalita zpracování a produktivita výroby obchodních položek jsou nejdůležitějšími ukazateli úrovně rozvoje státu.

Materiály používané v moderních konstrukcích, kromě vysokých pevnostních charakteristik, musí mít soubor vlastností, jako je zvýšená odolnost proti korozi, tepelná odolnost, tepelná a elektrická vodivost, žáruvzdornost, jakož i schopnost udržet si tyto vlastnosti v podmínkách dlouhodobé provoz pod zátěží.

Vědecký vývoj a výrobní procesy v oblasti slévárenské výroby neželezných kovů u nás odpovídají vyspělým výdobytkům vědeckotechnického pokroku. Jejich výsledkem bylo zejména vytvoření moderních forem pro tlakové lití a vstřikování v automobilovém závodě Volzhsky a řadě dalších podniků. V závodě Zavolzhsky Motor Plant úspěšně fungují velké vstřikovací lisy s uzavírací silou formy 35 MN, které vyrábějí bloky válců z hliníkových slitin pro automobil Volha.

Altai Motor Plant ovládl automatizovanou linku na výrobu vstřikovaných odlitků. Ve Svazu sovětských socialistických republik () byl poprvé na světě vyvinut a zvládnut proces plynulé odlévání ingotů z hliníkové slitiny do elektromagnetického krystalizátoru. Tato metoda výrazně zlepšuje kvalitu ingotů a snižuje množství odpadu ve formě třísek při soustružení.

Jméno a historie objevu hliníku

Latinský hliník pochází z latinského alumen, což znamená kamenec (síran hlinitý a draselný (K) KAl(SO4)2·12H2O), který se odedávna používá při činění kůží a jako adstringent. Al, chemický prvek skupiny III periodické tabulky, atomové číslo 13, atomová hmotnost 26, 98154. Díky jeho vysoké chemické aktivitě trvalo objevení a izolace čistého hliníku téměř 100 let. Závěr, že „“ (žáruvzdorná látka, v moderních termínech - oxid hlinitý) lze získat z kamence, byl učiněn již v roce 1754. Německý chemik A. Markgraf. Později se ukázalo, že stejnou „země“ lze izolovat z hlíny a začalo se jí říkat oxid hlinitý. Teprve v roce 1825 byl vyroben kovový hliník. Dánský fyzik H. K. Ørsted. Chlorid hlinitý AlCl3, který bylo možné získat z oxidu hlinitého, ošetřil amalgámem draslíku (slitina draslíku (K) se rtutí (Hg)) a ​​po oddestilování rtuti (Hg) izoloval šedý hliníkový prášek.

Jen o čtvrt století později byla tato metoda mírně modernizována. V roce 1854 navrhl francouzský chemik A.E. Sainte-Claire Deville použití kovového sodíku (Na) k výrobě hliníku a získal první ingoty nového kovu. Cena hliníku byla v té době velmi vysoká a vyráběly se z něj šperky.

Průmyslovou metodu výroby hliníku elektrolýzou taveniny komplexních směsí, včetně oxidu hlinitého, fluoridu a dalších látek, samostatně vyvinuli v roce 1886 P. Héroux () a C. Hall (USA). Výroba hliníku je spojena s vysokou spotřebou elektrické energie, proto byla ve velkém realizována až ve 20. století. V Svaz sovětských socialistických republik (CCCP) První průmyslový hliník byl vyroben 14. května 1932 v hliníkárně Volchov, postavené vedle vodní elektrárny Volchov.

Hliník s čistotou přes 99,99 % byl poprvé získán elektrolýzou v roce 1920. V roce 1925 v práce Edwards zveřejnil některé informace o fyzikálních a mechanických vlastnostech takového hliníku. V roce 1938 Taylor, Wheeler, Smith a Edwards publikovali článek ukazující některé vlastnosti hliníku o čistotě 99,996 %, rovněž získaného ve Francii elektrolýzou. První vydání monografie o vlastnostech hliníku vyšlo v roce 1967.

V následujících letech, díky srovnatelné snadnosti přípravy a atraktivním vlastnostem, mnoho funguje o vlastnostech hliníku. Čistý hliník našel široké uplatnění hlavně v elektronice - od elektrolytických kondenzátorů až po vrchol elektrotechniky - mikroprocesory; v kryoelektronice, kryomagnetice.

Novějšími metodami získávání čistého hliníku jsou metoda zónového čištění, krystalizace z amalgámů (slitiny hliníku se rtutí) a izolace z alkalických roztoků. Stupeň čistoty hliníku je řízen hodnotou elektrického odporu při nízkých teplotách.

Obecná charakteristika hliníku

Přírodní hliník se skládá z jediného nuklidu, 27Al. Konfigurace vnější elektronické vrstvy je 3s2p1. Téměř u všech sloučenin je oxidační stav hliníku +3 (valence III). Poloměr neutrálního atomu hliníku je 0,143 nm, poloměr iontu Al3+ je 0,057 nm. Energie sekvenční ionizace neutrálního atomu hliníku jsou 5, 984, 18, 828, 28, 44 a 120 eV. Podle Paulingovy stupnice je elektronegativita hliníku 1,5.

Hliník je měkký, lehký, stříbřitě bílý, jehož krystalová mřížka je plošně centrovaná krychlová, parametr a = 0,40403 nm. Teplota tání čistého kovu je 660°C, bod varu cca 2450°C, hustota 2,6989 g/cm3. Teplotní koeficient lineární roztažnosti hliníku je asi 2,5·10-5 K-1.

Chemický hliník je poměrně aktivní kov. Na vzduchu je jeho povrch okamžitě pokryt hustým filmem oxidu Al2O3, který zabraňuje dalšímu přístupu kyslíku (O) ke kovu a vede k zastavení reakce, což určuje vysoké antikorozní vlastnosti hliníku. Ochranný povrchový film na hliníku se také vytvoří, pokud je umístěn do koncentrované kyseliny dusičné.

Hliník aktivně reaguje s jinými kyselinami:

6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,

3H2SO4 + 2Al = A12(S04)3 + 3H2.

Je zajímavé, že reakce mezi prášky hliníku a jodu (I) začíná při pokojové teplotě, pokud se do původní směsi přidá několik kapek vody, v tomto případě hraje roli katalyzátoru:

2Al + 3I2 = 2AlI3.

Interakce hliníku se sírou (S) při zahřívání vede k tvorbě sulfidu hlinitého:

2Al + 3S = Al2S3,

který se snadno rozkládá vodou:

A12S3 + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2S.

Hliník však přímo neinteraguje s vodíkem (H). nepřímé způsoby Například pomocí organoaluminiových sloučenin je možné syntetizovat pevný polymer hydrid hlinitý (AlH3)x, silné redukční činidlo.

V práškové formě lze hliník spalovat na vzduchu a vzniká bílý žáruvzdorný prášek oxidu hlinitého Al2O3.

Vysoká pevnost vazby v Al2O3 určuje vysoké teplo jeho tvorby z jednoduchých látek a schopnost hliníku redukovat mnoho kovů z jejich oxidů, například:

3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe a sudé

3CaO + 2Al = Al2O3 + 3Ca.

Tento způsob výroby kovů se nazývá aluminotermie.

Být v přírodě

Z hlediska množství v zemské kůře je hliník na prvním místě mezi kovy a na třetím místě mezi všemi prvky (po kyslíku (O) a křemíku (Si)), tvoří asi 8,8 % hmotnosti zemské kůry. Hliník se nachází v obrovském množství minerálů, především hlinitokřemičitanů a hornin. Sloučeniny hliníku obsahují žuly, čediče, jíly, živce atd. Zde je ale paradox: s obrovským množstvím minerály a horniny obsahující hliník, ložiska bauxitu - hlavní suroviny pro průmyslovou výrobu hliníku - jsou poměrně vzácná. V Ruské federaci jsou ložiska bauxitu na Sibiři a na Uralu. Průmyslový význam mají také alunity a nefeliny. Jako stopový prvek je hliník přítomen v tkáních rostlin a zvířat. Existují organismy - koncentrátory, které hromadí hliník ve svých orgánech - někteří kyjoví mechy a měkkýši.

Průmyslová výroba: v indexu průmyslové výroby je bauxit nejprve podroben chemickému zpracování, při kterém jsou odstraněny nečistoty oxidů křemíku (Si), železa (Fe) a dalších prvků. Výsledkem takového zpracování je čistý oxid hlinitý Al2O3 - hlavní při výrobě kovu elektrolýzou. Vzhledem k tomu, že bod tání Al2O3 je velmi vysoký (více než 2000°C), není možné jeho taveninu použít k elektrolýze.

Vědci a inženýři našli řešení následovně. V elektrolyzační lázni se nejprve roztaví kryolit Na3AlF6 (teplota taveniny mírně pod 1000 °C). Kryolit lze získat například zpracováním nefelinů z poloostrova Kola. Dále se do této taveniny přidá trochu Al2O3 (až 10 % hm.) a některé další látky, které zlepšují podmínky pro následné proces. Při elektrolýze této taveniny se oxid hlinitý rozkládá, v tavenině zůstává kryolit a na katodě vzniká roztavený hliník:

2Al203 = 4Al + 302.

Slitiny hliníku

Většina kovových prvků je legována hliníkem, ale jen několik z nich hraje roli hlavních legujících složek v průmyslových slitinách hliníku. Značné množství prvků se však používá jako přísady pro zlepšení vlastností slitin. Nejpoužívanější:

Berylium se přidává ke snížení oxidace při zvýšených teplotách. Malé přísady berylia (0,01 - 0,05 %) se používají ve slitinách hliníku pro zlepšení tekutosti při výrobě dílů spalovacích motorů (pístů a hlav válců).

Bór se zavádí pro zvýšení elektrické vodivosti a jako rafinační přísada. Bór se zavádí do hliníkových slitin používaných v nukleární energie(kromě částí reaktoru), protože pohlcuje neutrony a zabraňuje šíření záření. Bór je zaváděn v průměrném množství 0,095 – 0,1 %.

Vizmut. Kovy s nízkými teplotami tání, jako je vizmut a kadmium, se zavádějí do hliníkových slitin pro zlepšení obrobitelnosti. Tyto prvky tvoří měkké, tavitelné fáze, které přispívají ke křehnutí třísky a mazání frézy.

Gallium se přidává v množství 0,01 - 0,1 % do slitin, ze kterých se pak vyrábí spotřební anody.

Žehlička. Zavádí se v malých množstvích (»0,04 %) při výrobě drátů pro zvýšení pevnosti a zlepšení tečení. Taky žehlička snižuje přilnavost ke stěnám forem při lití do kokily.

Indium. Přísada 0,05 - 0,2 % zpevňuje hliníkové slitiny během stárnutí, zejména s nízkým obsahem mědi. Přísady india se používají v ložiskových slitinách hliník-kadmium.

Ke zvýšení pevnosti a zlepšení korozních vlastností slitin se přidává přibližně 0,3 % kadmia.

Vápník dodává plasticitu. S obsahem vápníku 5 % má slitina efekt superplasticity.

Křemík je nejpoužívanější přísada do slévárenských slitin. V množství 0,5 - 4 % snižuje sklon k praskání. Kombinace křemíku a hořčíku umožňuje tepelné zatavení slitiny.

Hořčík. Přídavek hořčíku výrazně zvyšuje pevnost bez snížení tažnosti, zvyšuje svařitelnost a zvyšuje korozní odolnost slitiny.

Měď zpevňuje slitiny, maximálního vytvrzení je dosaženo při obsahu cupruma 4 - 6 %. Slitiny Cuprum se používají při výrobě pístů pro spalovací motory a vysoce kvalitních litých dílů letadlo.

Cín zlepšuje zpracování řezání.

Titan. Hlavním úkolem titanu ve slitinách je zjemnění zrna v odlitcích a ingotech, což značně zvyšuje pevnost a jednotnost vlastností v celém objemu.

Přestože hliník je považován za jeden z nejméně ušlechtilých průmyslové kovy je poměrně stabilní v mnoha oxidačních prostředích. Důvodem tohoto chování je přítomnost souvislého oxidového filmu na povrchu hliníku, který se při vystavení kyslíku, vodě a dalším oxidačním činidlům okamžitě opět vytvoří na čištěných místech.

Ve většině případů se tavení provádí na vzduchu. Je-li interakce se vzduchem omezena na tvorbu sloučenin nerozpustných v tavenině na povrchu a výsledný film těchto sloučenin výrazně zpomaluje další interakci, pak se obvykle žádná opatření k potlačení takové interakce nepřijímají. V tomto případě se tavení provádí při přímý kontakt splývat s atmosférou. To se provádí při přípravě většiny slitin hliníku, zinku, cínu a olova.

Prostor, ve kterém probíhá tavení slitiny, je omezen žáruvzdornou vyzdívkou schopnou odolávat teplotám 1500 - 1800 ˚C. Všechny procesy tavení zahrnují interakci plynné fáze, která se tvoří během spalování paliva životní prostředí a obložení tavicí jednotky atd.

Většina hliníkových slitin má vysokou odolnost proti korozi v přírodní atmosféře, mořské vodě, roztocích mnoha solí a chemikálií a ve většině potravinářské výrobky. Konstrukce z hliníkových slitin se často používají v mořské vodě. Námořní bóje, záchranné čluny, lodě, čluny se staví z hliníkových slitin od roku 1930. V současné době dosahuje délka lodních trupů z hliníkových slitin 61 m, že hliníkové podzemní potrubí jsou vysoce odolné vůči korozi půdy. V roce 1951 byl na Aljašce vybudován plynovod o délce 2,9 km. Po 30 letech provozu nebyla zjištěna jediná netěsnost nebo vážné poškození korozí.

Hliník se ve stavebnictví používá ve velkém množství ve formě obkladových panelů, dveří, okenních rámů a elektrických kabelů. Slitiny hliníku nepodléhají silné korozi po dlouhou dobu při kontaktu s betonem, maltou nebo omítkou, zvláště pokud konstrukce nejsou často vlhké. V případě častého vlhka, je-li povrch z hliníku obchodní položky nebyl dále zpracováván, může v průmyslových městech s vysokým obsahem oxidačních činidel v ovzduší ztmavnout, až zčernat. Aby k tomu nedocházelo, vyrábí se speciální slitiny pro získání lesklých povrchů lesklým eloxováním – nanesením oxidového filmu na kovový povrch. V tomto případě lze povrchu dát mnoho barev a odstínů. Například slitiny hliníku a křemíku umožňují získat řadu odstínů, od šedé po černou. Slitiny hliníku a chrómu mají zlatou barvu.

Průmyslový hliník se vyrábí ve formě dvou typů slitin - slévárenské slitiny, z nichž jsou díly vyrobeny odléváním, a deformační slitiny, vyráběné ve formě deformovatelných polotovarů - plechy, fólie, desky, profily, drát. Odlitky z hliníkových slitin dostávají všichni možné způsoby odlévání Nejběžnější pod tlakem, v chladících formách a pískovitě-hlinitých formách. Při produkci malých politických stran se používá odlévání do sádrových kombinovaných forem a odlévání ztracenými voskovými modely. Odlévané slitiny se používají k výrobě litých rotorů elektromotorů, odlévaných dílů letadel atd. Tvářené slitiny se používají v automobilové výrobě na obložení interiéru, nárazníky, panely karoserie a díly interiéru; ve stavebnictví jako dokončovací materiál; v letadlech atd.

V průmysl Používají se také hliníkové prášky. Používá se v hutnictví průmysl: v aluminotermii jako legovací přísady, k výrobě polotovarů lisováním a slinováním. Tato metoda produkuje velmi odolné díly (ozubená kola, pouzdra atd.). Prášky se také používají v chemii k výrobě sloučenin hliníku a as katalyzátor(například při výrobě etylenu a acetonu). Vzhledem k vysoké reaktivitě hliníku, zejména ve formě prášku, se používá ve výbušninách a pevných pohonných hmotách pro rakety, přičemž se využívá jeho schopnosti rychle se vznítit.

Vzhledem k vysoké odolnosti hliníku vůči oxidaci se prášek používá jako pigment v nátěrech lakovacích zařízení, střech, tiskařského papíru a lesklých povrchů panelů automobilů. Ocel a litina jsou také potaženy vrstvou hliníku. obchodní předmět aby nedošlo k jejich korozi.

Z hlediska rozsahu použití zaujímají hliník a jeho slitiny druhé místo po železe (Fe) a jeho slitinách. Široké použití hliníku v různých oblastech techniky a každodenního života je spojeno s kombinací jeho fyzikálních, mechanických a chemických vlastností: nízká hustota, odolnost proti korozi v atmosférickém vzduchu, vysoká tepelná a elektrická vodivost, tažnost a relativně vysoká pevnost. Hliník se snadno zpracovává různými způsoby – kování, lisování, válcování atd. K výrobě drátu se používá čistý hliník (elektrická vodivost hliníku je 65,5 % elektrické vodivosti mědi, ale hliník je více než třikrát lehčí než měď, takže hliník je v elektrotechnice často nahrazován) a fólie používaná jako obalový materiál. Hlavní část taveného hliníku se spotřebuje na výrobu různých slitin. Ochranné a dekorativní nátěry se snadno nanášejí na povrchy hliníkových slitin.

Rozmanitost vlastností hliníkových slitin je způsobena zaváděním různých přísad do hliníku, které s ním tvoří pevné roztoky nebo intermetalické sloučeniny. Převážná část hliníku se používá k výrobě lehkých slitin - dural (94 % hliník, 4 % měď (Cu), po 0,5 % hořčík (Mg), mangan (Mn), (Fe) a křemík (Si)), silumin ( 85 -90% - hliník, 10-14% křemík (Si), 0,1% sodík (Na)) atd. V metalurgii se hliník používá nejen jako základ pro slitiny, ale také jako jedna z široce používaných legovacích přísad v slitiny na bázi mědi (Cu), hořčíku (Mg), železa (Fe), >niklu (Ni) atd.

Slitiny hliníku jsou široce používány v každodenním životě, ve stavebnictví a architektuře, v automobilovém průmyslu, stavbě lodí, letectví a kosmické technice. Zejména první umělá družice Země byla vyrobena z hliníkové slitiny. Slitina hliníku a zirkonia (Zr) – široce používaná při konstrukci jaderných reaktorů. Hliník se používá při výrobě výbušnin.

Při každodenní manipulaci s hliníkem je třeba mít na paměti, že pouze neutrální (kyselé) kapaliny lze ohřívat a skladovat v hliníkových nádobách (například vařit vodu). Pokud například vaříte polévku z kyselého zelí na hliníkové pánvi, hliník přejde do jídla a to získá nepříjemnou „kovovou“ chuť. Protože se oxidový film v každodenním životě velmi snadno poškodí, je použití hliníkového nádobí stále nežádoucí.

Stříbrno-bílý kov, lehký

hustota - 2,7 g/cm³

Teplota tání technického hliníku je 658 °C, u hliníku vysoké čistoty je to 660 °C

měrné skupenské teplo tání - 390 kJ/kg

bod varu - 2500 °C

měrné teplo vypařování - 10,53 MJ/kg

pevnost v tahu litého hliníku - 10-12 kg/mmI, deformovatelný - 18-25 kg/mmI, slitiny - 38-42 kg/mmI

Tvrdost podle Brinella - 24...32 kgf/mm²

vysoká tažnost: technická - 35%, čistá - 50%, válcované do tenkých plechů a dokonce fólie

Youngův modul - 70 GPa

Hliník má vysokou elektrickou vodivost (0,0265 µOhm m) a tepelnou vodivost (203,5 W/(m K)), 65 % elektrické vodivosti mědi, a má vysokou odrazivost světla.

Slabé paramagnetické.

Teplotní koeficient lineární roztažnosti 24,58·10−6 K−1 (20…200 °C).

Teplotní koeficient elektrického odporu je 2,7·10−8K−1.

Hliník tvoří slitiny téměř se všemi kovy. Nejznámější slitiny jsou měď a hořčík (duralumin) a křemík (silumin).

Přírodní hliník se skládá téměř výhradně z jediného stabilního izotopu, 27Al, se stopami 26Al, radioaktivního izotopu s doba poločas rozpadu 720 tisíc let, vzniká v atmosféře, když jsou jádra argonu bombardována protony kosmického záření.

Z hlediska prevalence v zemské kůře je na 1. místě mezi kovy a na 3. místě mezi prvky, na druhém místě za kyslíkem a křemíkem. obsah hliníku v zemské kůře podle data různí výzkumníci se pohybují od 7,45 do 8,14 % hmotnosti zemské kůry.

V přírodě se hliník díky své vysoké chemické aktivitě vyskytuje téměř výhradně ve formě sloučenin. Někteří z nich:

Bauxit – Al2O3 H2O (s příměsí SiO2, Fe2O3, CaCO3)

Alunity - (Na,K)2SO4 Al2(SO4)3 4Al(OH)3

Alumina (směsi kaolinů s pískem SiO2, vápenec CaCO3, magnezit MgCO3)

Korund (safír, rubín, smirek) – Al2O3

Kaolinit - Al2O3 2SiO2 2H2O

Beryl (smaragd, akvamarín) - 3BeO Al2O3 6SiO2

Chrysoberyl (Alexandrit) - BeAl2O4.

Za určitých specifických redukčních podmínek je však možná tvorba nativního hliníku.

Přírodní vody obsahují hliník ve formě nízkotoxických chemických sloučenin, například fluoridu hlinitého. Typ kationtu nebo aniontu závisí především na kyselosti vodného prostředí. Koncentrace hliníku v útvarech povrchových vod Ruská Federace rozmezí od 0,001 do 10 mg/l, v mořské vodě 0,01 mg/l.

Hliník je

Výroba odlitků ze slitin hliníku

Hlavním úkolem, před kterým stojí slévárenská výroba u nás země, spočívá ve výrazném celkovém zlepšení kvality odlitků, které by se mělo projevit snížením tloušťky stěny, snížením přídavků na obrábění a pro vtokové- podávací systémy při zachování správných provozních vlastností obchodních předmětů. Konečným výsledkem této práce by mělo být uspokojení zvýšených potřeb strojírenství požadovaným množstvím odlitků bez výrazného zvýšení celkových peněžních emisí odlitků na hmotnost.

Lití do písku

Z výše uvedených způsobů odlévání do jednorázových forem je při výrobě odlitků ze slitin hliníku nejpoužívanější odlévání do forem do mokrého písku. To je způsobeno nízkou hustotou slitin, malým silovým účinkem kovu na formu a nízkými licími teplotami (680-800C).

K výrobě pískových forem se používají formovací a jádrové směsi připravené z křemenných a jílových písků (GOST 2138-74), formovacích jílů (GOST 3226-76), pojiv a pomocných látek.

Typ vtokového systému se volí s ohledem na rozměry odlitku, složitost jeho konfigurace a umístění ve formě. Licí formy pro odlitky složitých konfigurací s malou výškou se zpravidla provádí pomocí spodních vtokových systémů. Na vysoká nadmořská výška Pro odlitky a tenké stěny je vhodnější použít vertikální drážkové nebo kombinované vtokové systémy. Formy pro malé odlitky lze plnit přes horní vtokové systémy. V tomto případě by výška pádu kovového strupu do dutiny formy neměla přesáhnout 80 mm.

Aby se snížila rychlost pohybu taveniny při vstupu do dutiny formy a aby se lépe oddělily oxidové filmy a struskové vměstky v ní zavěšené, do vtokových systémů se zavádí dodatečný hydraulický odpor - jsou instalovány sítě (kovové nebo sklolaminátové) nebo se provádí lití ven přes zrnité filtry.

Vtoky (podavače) jsou zpravidla přiváděny na tenké části (stěny) odlitků rozmístěné po obvodu, s ohledem na pohodlí jejich následného oddělení během zpracování. Přísun kovu do masivních celků je nepřijatelný, protože v nich způsobuje tvorbu smršťovacích dutin, zvýšenou drsnost a smršťovací „poklesy“ na povrchu odlitků. V příčném řezu mají vtokové kanály nejčastěji obdélníkový tvar se širokou stranou o rozměrech 15-20 mm a úzkou stranou 5-7 mm.

Slitiny s úzkým rozsahem krystalizace (AL2, AL4, AL), AL34, AK9, AL25, ALZO) jsou náchylné k tvorbě koncentrovaných smršťovacích dutin v tepelných jednotkách odlitků. Aby se tyto skořepiny dostaly mimo odlitky, široce se používá instalace masivních zisků. U tenkostěnných (4-5 mm) a malých odlitků je hmotnost zisku 2-3 násobek hmotnosti odlitků, u silnostěnných až 1,5 násobek. Výška dorazil volí se v závislosti na výšce odlitku. Pro výšky menší než 150 mm dorazil H-cca. bráno rovnající se výšce odlitku Notl. Pro vyšší odlitky se bere poměr Nprib/Notl rovný 0,3 0,5.

Největší uplatnění při odlévání hliníkových slitin nalézáme u horních otevřených zisků kruhového nebo oválného průřezu; Ve většině případů jsou vedlejší zisky uzavřeny. Pro zlepšení efektivity práce zisky jsou izolované, naplněné horkým kovem a doplněné. Izolace se obvykle provádí nalepením azbestových desek na povrch formy a následným sušením plynovým plamenem. Slitiny s širokým rozsahem krystalizace (AL1, AL7, AL8, AL19, ALZZ) jsou náchylné k tvorbě rozptýlené smršťovací pórovitosti. Impregnace smršťujících se pórů s zisky neúčinné. Proto se při výrobě odlitků z uvedených slitin nedoporučuje používat instalaci masivních zisků. Pro získání vysoce kvalitních odlitků se provádí směrová krystalizace, která pro tento účel široce využívá instalaci chladniček vyrobených z litiny a slitin hliníku. Optimální podmínky pro směrovou krystalizaci je vytvořen systém vertikálních štěrbin. K zamezení vývoje plynu během krystalizace a zabránění vzniku pórovitosti smršťování v tlustostěnných odlitcích se široce používá krystalizace pod tlakem 0,4-0,5 MPa. K tomu se odlévací formy před litím umístí do autoklávů, naplní se kovem a odlitky se pod tlakem vzduchu krystalizují. Pro výrobu velkorozměrových (do 2-3 m výšky) tenkostěnných odlitků se používá metoda odlévání se sekvenčním usměrněným tuhnutím. Podstatou metody je sekvenční krystalizace odlitku zdola nahoru. K tomu se odlévací forma položí na stůl hydraulického výtahu a do ní se spustí kovové trubky o průměru 12-20 mm, zahřáté na 500-700°C, plnící funkci nálitků. Trubky jsou pevně upevněny ve vtokové míse a otvory v nich jsou uzavřeny zátkami. Po naplnění misky vtoku taveninou se zátky zvednou a slitina proudí trubkami do vtokových jímek spojených s dutinou formy štěrbinovými nálitky (podavači). Poté, co hladina taveniny ve vrtech stoupne 20-30 mm nad spodní konec trubek, zapne se hydraulický mechanismus spouštění stolu. Rychlost spouštění je nastavena tak, aby se forma naplnila pod úroveň zatopení a horký kov plynule proudil do horních částí formy. To zajišťuje směrové tuhnutí a umožňuje výrobu složitých odlitků bez vad smršťování.

Pískové formy se lijí kovem z pánví vyložených žáruvzdorným materiálem. Před plněním kovem se pánve s čerstvou výstelkou suší a kalcinují při 780-800 °C, aby se odstranila vlhkost. Před litím udržuji teplotu taveniny na 720–780 °C. Formy pro tenkostěnné odlitky se plní taveninami zahřátými na 730–750 °C, pro silnostěnné na 700–720 °C.

Odlévání do sádrových forem

Odlévání do sádrových forem se používá v případech, kdy jsou na odlitky kladeny zvýšené nároky na přesnost, čistotu povrchu a reprodukci nejmenších reliéfních detailů. Sádrové formy mají oproti pískovým formám vyšší pevnost, rozměrovou přesnost, lepší odolnost vůči vysokým teplotám a umožňují vyrábět odlitky složitých konfigurací s tloušťkou stěny 1,5 mm v 5.-6. třídě přesnosti. Formy jsou vyráběny pomocí voskových nebo kovových (mosazných,) pochromovaných modelů. Modelové desky jsou vyrobeny z hliníkových slitin. Pro usnadnění vyjímání modelů z forem je jejich povrch potažen tenkou vrstvou petrolejového tuku.

Malé a středně velké formy pro složité tenkostěnné odlitky jsou vyrobeny ze směsi skládající se z 80 % sádry, 20 % křemene písek nebo azbest a 60-70 % vody (na hmotnost suché směsi). Složení směsi pro střední a velké formy: 30% sádra, 60% písek, 10% azbest, 40-50% voda. Pro zpomalení tuhnutí se do směsi přidá 1-2% hašené vápno. Potřebné pevnosti forem se dosahuje hydratací bezvodé nebo polovodné sádry. Pro snížení pevnosti a zvýšení propustnosti pro plyny se surové sádrové formy podrobují hydrotermálnímu zpracování - udržují se v autoklávu po dobu 6-10 hodin pod tlakem vodní páry 0,13-0,14 MPa a poté na vzduchu po dobu 24 hodin. Poté se formy podrobí postupnému sušení při 350-500 °C.

Charakteristickým rysem sádrových forem je jejich nízká tepelná vodivost. Tato okolnost znesnadňuje získání hustých odlitků ze slitin hliníku s širokým rozsahem krystalizace. Proto je hlavním úkolem při vývoji vtokového systému pro sádrové formy zabránit vzniku smršťovacích dutin, uvolnění, oxidových filmů, horkých trhlin a nedoplnění tenkých stěn. Toho je dosaženo použitím rozšiřujících se vtokových systémů, které poskytují nízká rychlost pohyb tavenin v dutině formy, usměrněné tuhnutí tepelných jednotek směrem k ziskům pomocí lednic, zvýšení poddajnosti forem díky zvýšení obsahu křemenného písku ve směsi. Tenkostěnné odlitky se odlévají do forem vyhřátých na 100-200°C pomocí vakuového odsávání, které umožňuje plnění dutin až do tloušťky 0,2 mm. Silnostěnné (více než 10 mm) odlitky se vyrábějí litím forem v autoklávech. Krystalizace kovu se v tomto případě provádí pod tlakem 0,4-0,5 MPa.

Odlévání mušlí

Skořápkové odlévání je vhodné používat pro sériovou a velkosériovou výrobu odlitků omezených velikostí se zvýšenou čistotou povrchu, větší rozměrovou přesností a menším opracováním než lití do písku.

Skořepinové formy jsou vyráběny na horkém (250-300 °C) kovovém (ocelovém, ) zařízení bunkrovou metodou. Modelovací zařízení je vyrobeno podle 4-5 třídy přesnosti se sklonem formování od 0,5 do 1,5 %. Skořápky jsou vyrobeny ze dvou vrstev: první vrstva je ze směsi s 6-10% termosetové pryskyřice, druhá je ze směsi s 2% pryskyřice. Pro lepší odstranění skořepiny se před plněním formovací směsi modelová deska pokryje tenkou vrstvou separační emulze (5% silikonová kapalina č. 5; 3% prací mýdlo; 92% voda).

Pro výrobu skořepinových forem se používají jemnozrnné křemenné písky obsahující minimálně 96 % oxidu křemičitého. Spojení polovin se provádí lepením na speciálních čepových lisech. Složení lepidla: 40 % pryskyřice MF17; 60% marshalit a 1,5% chlorid hlinitý (tvrzení). Sestavené formy se nalévají do nádob. Při odlévání do skořepinových forem se používají stejné vtokové systémy a teplotní podmínky, jako při lití do písku.

Nízká rychlost krystalizace kovu ve skořepinových formách a menší možnosti vytváření směrové krystalizace vedou k výrobě odlitků s nižšími vlastnostmi než při odlévání do surových pískových forem.

Odlitek ztraceného vosku

Odlévání do ztraceného vosku slouží k výrobě odlitků zvýšené přesnosti (3-5. třída) a čistoty povrchu (4-6. třída drsnosti), pro které je tato metoda jediná možná nebo optimální.

Modely jsou ve většině případů vyráběny z pastovitých parafinostearinových (1:1) kompozic lisováním do kovových forem (odlitých a prefabrikovaných) na stacionárních nebo rotačních zařízeních. Při výrobě složitých odlitků větších než 200 mm se za účelem zamezení deformace modelu do hmoty modelu zavádějí látky, které zvyšují teplotu jejich měknutí (tavení).

Suspenze hydrolyzovaného ethylsilikátu (30-40 %) a práškového křemene (70-60 %) se používá jako žáruvzdorný povlak při výrobě keramických forem. Modelové bloky jsou pokryty kalcinovaným pískem 1KO16A nebo 1K025A. Každá vrstva povlaku se suší na vzduchu po dobu 10-12 hodin nebo v atmosféře obsahující páry amoniaku. Požadované pevnosti keramické formy je dosaženo při tloušťce pláště 4-6 mm (4-6 vrstev žáruvzdorného povlaku). Aby bylo zajištěno hladké plnění formy, používají se expanzní vtokové systémy pro dodávání kovu do tlustých profilů a masivních celků. Odlitky jsou obvykle přiváděny z masivního nálitku přes zahuštěné nálitky (podavače). U složitých odlitků je dovoleno používat masivní zisky k napájení horních masivních jednotek s jejich povinným plněním ze stoupačky.

Hliník je

Tavení modelů z forem se provádí v horké (85-90°C) vodě okyselené kyselinou chlorovodíkovou (0,5-1 cm3 na litr vody), aby se zabránilo zmýdelnění stearinu. Po roztavení modelů se keramické formy suší při 150–170 °C po dobu 1–2 hodin, umístí do nádob, zakryjí suchým plnivem a kalcinují při 600–700 °C po dobu 5–8 hodin. Lití se provádí ve studených a zahřátých formách. Teplota ohřevu (50-300 °C) forem je dána tloušťkou licích stěn. Plnění forem kovem se provádí obvyklým způsobem, stejně jako pomocí vakua nebo odstředivé síly. Většina hliníkových slitin se před litím zahřeje na 720–750 °C.

Chill casting

Chill casting je hlavní způsob sériové a hromadné výroby odlitků ze slitin hliníku, který umožňuje získat odlitky 4-6 tříd přesnosti s drsností povrchu Rz = 50-20 a minimální tloušťkou stěny 3-4 mm. Při odlévání do kokily se spolu s vadami způsobenými vysokou rychlostí pohybu taveniny v dutině formy a nedodržením požadavků na směrové tuhnutí (pórovitost plynu, oxidové filmy, volnost smršťování) hlavní typy vad a odlitky jsou nedostatečně vyplněné a praskají. Vznik trhlin je způsoben obtížným smršťováním. Trhliny se vyskytují zvláště často u odlitků vyrobených ze slitin se širokým rozsahem krystalizace a s velkým lineárním smrštěním (1,25-1,35 %). Prevence vzniku těchto defektů se dosahuje různými technologickými metodami.

V případě dodávky kovu do tlustých profilů musí být doplňování místa dodávky zajištěno instalací napájecího nálitku (zisk). Všechny prvky vtokových systémů jsou umístěny podél konektoru matrice. Doporučují se následující poměry ploch průřezu vtokových kanálů: pro malé odlitky EFst: EFshl: EFpit = 1:2:3; pro velké odlitky EFst: EFsh: EFpit = 1: 3: 6.

Pro snížení rychlosti toku taveniny do dutiny formy se používají zakřivené nálitky, sklolaminátové nebo kovové sítě a granulované filtry. Kvalita odlitků z hliníkové slitiny závisí na rychlosti stoupání taveniny v dutině licí formy. Tato rychlost musí být dostatečná, aby zaručila plnění tenkých úseků odlitků za podmínek zvýšeného odvodu tepla a zároveň nezpůsobila nedoplnění v důsledku neúplného uvolňování vzduchu a plynů ventilačními kanály a zisky, turbulence a tryskání taveniny při přechod z úzkých úseků na široké. Předpokládá se, že rychlost stoupání kovu v dutině formy při odlévání do kokily je mírně vyšší než při odlévání do pískových forem. Minimální přípustná rychlost zdvihu se vypočítá podle vzorců A. A. Lebedeva a N. M. Galdina (viz část 5.1 „Lití do písku“).

K získání hutných odlitků dochází k řízenému tuhnutí, jako při lití do písku, správným umístěním odlitku ve formě a nastavením odvodu tepla. V horní části formy jsou zpravidla umístěny masivní (tlusté) licí jednotky. To umožňuje kompenzovat snížení jejich objemu při kalení přímo ze zisků instalovaných nad nimi. Regulace intenzity odvodu tepla za účelem vytvoření směrového tuhnutí se provádí chlazením nebo izolací různých částí licí formy. Pro lokální zvýšení odvodu tepla se široce používají vložky z teplovodivé mědi, které zajišťují zvětšení chladicí plochy kokily díky žebrům a provádějí lokální chlazení kokil stlačeným vzduchem nebo vodou. Pro snížení intenzity odvodu tepla se na pracovní plochu kokily nanáší vrstva barvy 0,1–0,5 mm. Za tímto účelem se na povrch vtokových kanálů nanese vrstva barvy o tloušťce 1-1,5 mm a zisky. Zpomalení ochlazování kovu ve formě lze dosáhnout i lokálním zesílením stěn zápustky, použitím různých povlaků s nízkou tepelnou vodivostí a izolací formy azbestovými nálepkami. Zlepšuje se lakování pracovní plochy chladicí formy vzhled odlitků, pomáhá eliminovat plynové kapsy na jejich povrchu a zvyšuje odolnost forem. Před lakováním se kokily zahřejí na 100-120 °C. Příliš vysoká teplota ohřevu je nežádoucí, protože to snižuje rychlost tuhnutí odlitků a dobu trvání Uzávěrka chill služba. Ohřev snižuje teplotní rozdíl mezi odlitkem a formou a roztažnost formy v důsledku jejího ohřevu odlévaným kovem. V důsledku toho se snižují tahová napětí v odlitku, která způsobují trhliny. Samotné zahřívání formy však k vyloučení možnosti prasklin nestačí. Je nutné včasné vyjmutí odlitku z formy. Odlitek by měl být vyjmut z formy před okamžikem, kdy se jeho teplota vyrovná teplotě formy a napětí ze smrštění dosáhne největší hodnoty. Obvykle se odlitek odstraňuje v okamžiku, kdy je natolik pevný, že se s ním dá pohybovat bez zničení (450-500°C). V tomto okamžiku vtokový systém ještě nezískal dostatečnou pevnost a je zničen lehkými nárazy. Doba držení odlitku ve formě je dána rychlostí tuhnutí a závisí na teplotě kovu, teplotě formy a rychlosti odlévání.

K odstranění přilnavosti kovu, zvýšení životnosti a usnadnění demontáže jsou kovové tyče během provozu mazány. Nejběžnějším mazivem je voda-grafitová suspenze (3-5% grafitu).

Části forem, které tvoří vnější obrysy odlitků, jsou vyrobeny v šedé barvě litina. Tloušťka stěny forem se určuje v závislosti na tloušťce stěny odlitků v souladu s doporučeními GOST 16237-70. Vnitřní dutiny v odlitcích jsou vyrobeny pomocí kovu (oceli) a pískových tyčí. Pískové tyče se používají k vytváření složitých dutin, které nelze vyrobit pomocí kovových tyčí. Pro usnadnění vyjímání odlitků z forem musí mít vnější povrchy odlitků sklon odlitku 30" až 3° směrem ke konektoru. Vnitřní povrchy odlitků vyrobených z kovových tyčí musí mít sklon minimálně 6°. U odlitků nejsou povoleny ostré přechody z tlustých částí na tenké. Poloměry zakřivení musí být minimálně 3 mm U malých odlitků se vyrábějí otvory o průměru větším než 8 mm, u středních 10 mm a u velkých 12 mm. s tyčemi Optimální poměr hloubky otvoru k jeho průměru je 0,7-1.

Vzduch a plyny jsou z dutiny formy odváděny ventilačními kanály umístěnými v dělicí rovině a zátkami umístěnými ve stěnách v blízkosti hlubokých dutin.

V moderních slévárnách jsou kokily instalovány na jednopolohových nebo vícepolohových poloautomatických licích strojích, u kterých je automatické uzavírání a otevírání kokily, montáž a vyjímání jader, vyhazování a vyjímání odlitku z formy. . Nechybí ani automatická regulace teploty ohřevu kokily. Plnění kokil na strojích se provádí pomocí dávkovačů.

Pro zlepšení plnění tenkých dutin forem a odstranění vzduchu a plynů uvolněných při destrukci pojiv se formy evakuují a plní pod nízkým tlakem nebo pomocí odstředivé síly.

Squeeze casting

Squeeze casting je druh kokilového odlitku Je určen pro výrobu velkorozměrových odlitků panelového typu (2500x1400 mm) s tloušťkou stěny 2-3 mm. K tomuto účelu se používají kovové poloformy, které se montují na specializované licí a lisovací stroje s jednostranným nebo oboustranným nájezdem poloforem. Výrazná vlastnost Tento způsob odlévání zahrnuje nucené plnění dutiny formy širokým proudem taveniny, když se poloviny formy k sobě přibližují. Odlévací forma neobsahuje prvky běžného vtokového systému. Data Touto metodou se vyrábí odlitky ze slitin AL2, AL4, AL9, AL34, které mají úzký rozsah krystalizace.

Rychlost ochlazování taveniny je řízena nanášením tepelně izolačního povlaku různé tloušťky (0,05-1 mm) na pracovní povrch dutiny formy. Přehřátí slitin před litím by nemělo přesáhnout 15-20°C nad teplotu likvidu. Délka přiblížení polotvarů je 5-3 s.

Nízkotlaké lití

Nízkotlaké lití je další variantou tlakového lití. Používá se při výrobě velkorozměrových tenkostěnných odlitků ze slitin hliníku s úzkým rozsahem krystalizace (AL2, AL4, AL9, AL34). Stejně jako u kokilového lití jsou vnější povrchy odlitků vyrobeny pomocí kovové formy a vnitřní dutiny jsou vyrobeny z kovu nebo pískových tyčí.

K výrobě tyčí použijte směs skládající se z 55 % křemičitého písku 1K016A; 13,5 % polotučný písek P01; 27 % práškového křemene; 0,8% pektinové lepidlo; 3,2 % pryskyřice M a 0,5 % petroleje. Tato směs nevytváří mechanické popáleniny. Plnění forem kovem se provádí tlakem stlačeného vysušeného vzduchu (18–80 kPa), přiváděného na povrch taveniny v kelímku, zahřátého na 720–750 °C. Pod vlivem tohoto tlaku je tavenina vytlačována z kelímku do kovového drátu a z něj do vtokového systému a dále do dutiny licí formy. Výhodou nízkotlakého lití je schopnost automaticky řídit rychlost stoupání kovu v dutině formy, což umožňuje získat tenkostěnné odlitky vyšší kvality než při lití vlivem gravitace.

Krystalizace slitin ve formě se provádí pod tlakem 10–30 kPa před vytvořením pevné kovové krusty a 50–80 kPa po vytvoření krusty.

Hutnější odlitky z hliníkové slitiny se vyrábějí nízkotlakým protitlakým litím. Plnění dutiny formy při protitlakovém lití se provádí z důvodu rozdílu tlaků v kelímku a ve formě (10-60 kPa). Krystalizace kovu ve formě se provádí pod tlakem 0,4-0,5 MPa. Tím se zabrání uvolňování vodíku rozpuštěného v kovu a tvorbě plynových pórů. K tomu přispívá vysoký krevní tlak lepší výživu masivní licí jednotky. Jinak se technologie zpětného lití neliší od technologie nízkotlakého lití.

Protitlakové lití úspěšně kombinuje výhody nízkotlakého lití a tlakové krystalizace.

Vstřikování

Vstřikováním ze slitin hliníku AL2, ALZ, AL1, ALO, AL11, AL13, AL22, AL28, AL32, AL34 se vyrábějí odlitky komplexní konfigurace 1-3 tříd přesnosti s tloušťkou stěny od 1 mm, odlévané otvory s příp. průměr do 1,2 mm, lisovaný vnější a vnitřní závit s minimální roztečí 1 mm a průměrem 6 mm. Čistota povrchu těchto odlitků odpovídá třídám drsnosti 5–8. Výroba těchto odlitků se provádí na strojích se studenými horizontálními nebo vertikálními lisovacími komorami, s měrným lisovacím tlakem 30-70 MPa. Přednost se dává strojům s horizontální lisovací komorou.

Rozměry a hmotnost odlitků jsou omezeny možnostmi vstřikovacích lisů: objemem lisovací komory, měrným lisovacím tlakem (p) a uzavírací silou (0). Průmětová plocha (F) odlitku, vtokových kanálů a lisovací komory na pohyblivou desku formy by neměla překročit hodnoty stanovené vzorcem F = 0,85 0/r.

Optimální hodnoty sklonu pro vnější povrchy jsou 45°; pro vnitřní 1°. Minimální poloměr oblouků je 0,5-1mm. Otvory větší než 2,5 mm v průměru jsou vyrobeny litím. Odlitky z hliníkových slitin jsou zpravidla opracovány pouze podél dosedacích ploch. Přídavek na zpracování je přiřazen s ohledem na rozměry odlitku a pohybuje se od 0,3 do 1 mm.

K výrobě forem se používají různé materiály. Části forem, které přicházejí do styku s tekutým kovem, jsou vyrobeny z oceli 3Х2В8, 4Х8В2, 4ХВ2С, upevňovací desky a matricové klece jsou vyrobeny z oceli 35, 45, 50, čepy, pouzdra a vodící sloupky - vyrobeny z oceli U8A.

Přívod kovu do dutiny formy se provádí pomocí vnějších a vnitřních vtokových systémů. Podavače jsou přiváděny do oblastí odlitku, které jsou předmětem obrábění. Jejich tloušťka se určuje v závislosti na tloušťce licí stěny v místě dodávky a specifikovaném charakteru plnění formy. Tato závislost je určena poměrem tloušťky Feederu k tloušťce licí stěny. K hladkému plnění forem bez turbulencí nebo zachycování vzduchu dochází, pokud se poměr blíží jednotce. Pro odlitky s tloušťkou stěny do 2 mm. podavače mají tloušťku 0,8 mm; s tloušťkou stěny 3 mm. tloušťka podavačů je 1,2 mm; s tloušťkou stěny 4-6 mm-2 mm.

Pro příjem první části taveniny, obohacené o vzduchové inkluze, jsou v blízkosti dutiny formy umístěny speciální mycí nádrže, jejichž objem může dosahovat 20 - 40% objemu odlitku. Podložky jsou spojeny s dutinou formy kanálky, jejichž tloušťka se rovná tloušťce podavačů. Vzduch a plyn jsou odváděny z dutiny formy speciálními ventilačními kanály a mezerami mezi tyčemi (ejektory) a matricí formy. Ventilační kanály jsou vytvořeny v rovině konektoru na pevné části formy a také podél pohyblivých tyčí a vyhazovačů. Hloubka ventilačních kanálů při odlévání hliníkových slitin se považuje za 0,05-0,15 mm a šířka je 10-30 mm, aby se zlepšila ventilace, formy dutin podložek s tenkými kanály (0,2-0,5 mm) jsou spojeny do atmosféry.

Hlavní vady odlitků získaných vstřikováním jsou vzduchová (plynová) subkortikální pórovitost, způsobená zachycením vzduchu při vysokých rychlostech vstupu kovu do dutiny formy, a smršťovací pórovitost (nebo dutiny) v tepelných jednotkách. Na vznik těchto vad mají velký vliv parametry technologie odlévání, rychlost lisování, lisovací tlak a tepelné podmínky formy.

Rychlost lisování určuje režim plnění formy. Čím vyšší je rychlost lisování, tím vyšší je rychlost pohybu taveniny vtokovými kanály, tím vyšší je rychlost vstupu taveniny do dutiny formy. Vysoké lisovací rychlosti přispívají k lepšímu plnění tenkých a podlouhlých dutin. Zároveň způsobují, že kov zachycuje vzduch a vytváří podkorovou pórovitost. Při odlévání hliníkových slitin se vysoké lisovací rychlosti využívají pouze pro výrobu složitých tenkostěnných odlitků. Tlak má velký vliv na kvalitu odlitků. Jak se zvyšuje, hustota odlitků se zvyšuje.

Velikost lisovacího tlaku je obvykle omezena velikostí blokovací síly stroje, která musí překročit tlak vyvíjený kovem na pohyblivou matrici (pF). Velký zájem proto získává lokální předlisování silnostěnných odlitků, známé jako „Ashigai proces“. Nízká rychlost vstupu kovu do dutiny forem velkoprofilovými podavači a efektivní předlisování krystalizující taveniny pomocí dvojitého plunžru umožňuje získat hutné odlitky.

Kvalitu odlitků výrazně ovlivňuje také teplota slitiny a formy. Při výrobě silnostěnných odlitků jednoduché konfigurace se tavenina odlévá při teplotě 20-30 °C pod teplotou likvidu. Tenkostěnné odlitky vyžadují použití taveniny přehřáté nad teplotu likvidu o 10-15°C. Aby se snížila velikost napětí při smršťování a zabránilo se tvorbě trhlin v odlitcích, jsou formy před litím zahřívány. Doporučují se následující teploty ohřevu:

Tloušťka stěny odlitku, mm 1—2 2—3 3—5 5—8

Teplota ohřevu

formy, °C 250—280 200—250 160—200 120—160

Stabilita tepelného režimu je zajištěna ohřevem (elektrickým) nebo chlazením (vodou) forem.

Pro ochranu pracovní plochy forem před lepením a erozivními účinky taveniny, pro snížení tření při vyjímání jader a pro usnadnění vyjímání odlitků jsou formy mazány. K tomuto účelu se používají mastná (olej s grafitovým nebo hliníkovým práškem) nebo vodná (roztoky solí, vodné přípravky na bázi koloidního grafitu) maziva.

Hustota odlitků z hliníkové slitiny se výrazně zvyšuje při lití do vakuových forem. K tomu je forma umístěna do utěsněného pouzdra, ve kterém je vytvořeno potřebné vakuum. Dobré výsledky lze dosáhnout pomocí „kyslíkového procesu“. K tomu je vzduch v dutině formy nahrazen kyslíkem. Při vysokých rychlostech vstupu kovu do dutiny formy, které způsobují zachycování kyslíku taveninou, se v odlitcích netvoří podkorová pórovitost, protože veškerý zachycený kyslík je spotřebován na tvorbu jemně rozptýlených oxidů hliníku, které významně neovlivňují mechanické vlastnosti odlitky Takové odlitky mohou být podrobeny tepelnému zpracování.

V závislosti na technických požadavcích mohou být odlitky z hliníkové slitiny vystaveny různé typy kontrola: rentgen, gama detekce defektů nebo ultrazvuk pro detekci vnitřních defektů; značení pro určení rozměrových odchylek; luminiscenční pro detekci povrchových trhlin; hydro- nebo pneumatické ovládání pro posouzení těsnosti. Četnost uvedených typů kontroly je uvedena Technické specifikace nebo určí útvar hlavního hutníka závodu. Zjištěné vady, pokud to umožňují technické specifikace, se odstraňují svařováním nebo impregnací. Svařování argonovým obloukem se používá pro svařování podvýplně, dutin a uvolněných trhlin. Před svařováním se defektní místo seřízne tak, aby stěny vybrání měly sklon 30 - 42°. Odlitky jsou vystaveny místnímu nebo obecnému ohřevu na 300-350C. Lokální ohřev se provádí kyslíko-acetylenovým plamenem, obecný ohřev se provádí v komorových pecích. Svařování se provádí se stejnými slitinami, ze kterých jsou vyrobeny odlitky, za použití nekonzumovatelné wolframové elektrody o průměru 2-6 mm při spotřeba argon 5-12 l/min. Platnost svařovací proud je obvykle 25-40 A na 1 mm průměru elektrody.

Pórovitost v odlitcích se eliminuje impregnací bakelitovým lakem, asfaltovým lakem, vysychajícím olejem popř tekuté sklo. Impregnace se provádí ve speciálních kotlích pod tlakem 490-590 kPa s předběžnou expozicí odlitků ve zředěné atmosféře (1,3-6,5 kPa). Teplota impregnační kapaliny se udržuje na 100 °C. Po impregnaci se odlitky vysuší při 65-200°C, při kterém impregnační kapalina vytvrdne, a znovu zkontrolují.

Hliník je

Aplikace hliníku

Široce používaný jako stavební materiál. Hlavními výhodami hliníku v této kvalitě jsou lehkost, tvárnost pro lisování, odolnost proti korozi (na vzduchu je hliník okamžitě pokryt odolným filmem Al2O3, který zabraňuje jeho další oxidaci), vysoká tepelná vodivost a netoxicita jeho sloučenin. Zejména díky těmto vlastnostem je hliník mimořádně oblíbený při výrobě nádobí, hliníkové fólie a Potravinářský průmysl a pro balení.

Hlavní nevýhodou hliníku jako konstrukčního materiálu je jeho nízká pevnost, proto se pro zpevnění obvykle leguje malým množstvím mědi a hořčíku (slitina se nazývá dural).

Elektrická vodivost hliníku je pouze 1,7krát menší než měď, zatímco hliník je přibližně 4krát levnější na kilogram, ale kvůli své 3,3krát nižší hustotě potřebuje k dosažení stejného odporu přibližně 2krát menší hmotnost. Proto se hojně využívá v elektrotechnice pro výrobu vodičů, jejich stínění a dokonce i v mikroelektronice pro výrobu vodičů v čipech. Nižší elektrická vodivost hliníku (37 1/ohm) oproti mědi (63 1/ohm) je kompenzována zvětšením průřezu hliníkových vodičů. Nevýhodou hliníku jako elektrického materiálu je přítomnost silného oxidového filmu, který ztěžuje pájení.

Pro svůj komplex vlastností je široce používán v topných zařízeních.

Hliník a jeho slitiny si zachovávají pevnost i při velmi nízkých teplotách. Díky tomu je široce používán v kryogenní technologii.

Vysoká odrazivost v kombinaci s nízkou cenou a snadnou depozicí dělá z hliníku ideální materiál pro výrobu zrcadel.

Při výrobě stavebních hmot jako plynotvorné činidlo.

Hliníkování propůjčuje oceli a jiným slitinám odolnost proti korozi a okují, například ventilům pístových spalovacích motorů, lopatkám turbín, ropným plošinám, zařízením pro výměnu tepla a také nahrazuje galvanizaci.

K výrobě sirovodíku se používá sulfid hlinitý.

Probíhá výzkum s cílem vyvinout pěnový hliník jako obzvláště pevný a lehký materiál.

Jako součást termitu, směsi pro aluminotermii

Hliník se používá k získávání vzácných kovů z jejich oxidů nebo halogenidů.

Hliník je důležitou součástí mnoha slitin. Například u hliníkových bronzů jsou hlavními složkami měď a hliník. V hořčíkových slitinách se jako přísada nejčastěji používá hliník. Pro výrobu spirál v elektrických topných zařízeních se používá (spolu s dalšími slitinami) fechral (Fe, Cr, Al).

hliníková káva" height="449" src="/pictures/investments/img920791_21_Klassicheskiy_italyanskiy_proizvoditel_kofe_iz_alyuminiya.jpg" title="21. Klasika Italský výrobce hliníková káva" width="376" />

Když byl hliník velmi drahý, vyráběly se z něj různé šperky. Napoleon III tak objednal hliníkové knoflíky a v roce 1889 dostal Dmitrij Ivanovič Mendělejev váhy s miskami vyrobenými ze zlata a hliníku. Móda pro ně okamžitě přešla, když se objevily nové technologie (vývoj) pro jeho výrobu, což mnohonásobně snížilo náklady. V dnešní době se hliník občas používá při výrobě bižuterie.

V Japonsku se při výrobě tradičních šperků používá hliník, který nahrazuje .

Hliník a jeho sloučeniny se používají jako vysoce účinná pohonná látka v raketových pohonných hmotách se dvěma pohonnými hmotami a jako hořlavá složka v pohonných hmotách pro rakety na tuhá paliva. Následující sloučeniny hliníku mají největší praktický význam jako raketové palivo:

Práškový hliník jako palivo v pevných raketových pohonných hmotách. Používá se také ve formě prášku a suspenzí v uhlovodících.

Hydrid hliníku.

Boritan hlinitý.

Trimethylaluminium.

Triethylaluminium.

Tripropylaluminium.

Triethylaluminium (obvykle spolu s triethylboronem) se také používá k chemickému zapalování (tedy jako startovací palivo) v raketových motorech, protože se samovolně vznítí v plynném kyslíku.

Má mírně toxický účinek, ale mnoho ve vodě rozpustných anorganických sloučenin hliníku zůstává v rozpuštěném stavu po dlouhou dobu a může mít škodlivé účinky na lidi a teplokrevné živočichy skrz pití vody. Nejjedovatější jsou chloridy, dusičnany, acetáty, sírany atd. Pro člověka působí při požití toxicky následující dávky sloučenin hliníku (mg/kg tělesné hmotnosti):

octan hlinitý - 0,2-0,4;

hydroxid hlinitý - 3,7-7,3;

hliníkový kamenec - 2,9.

Postihuje především nervový systém (hromadí se v nervové tkáni, což vede k závažným poruchám centrálního nervového systému). Neurotoxicita hliníku je však studována již od poloviny 60. let 20. století, protože akumulaci kovu v lidském těle brání jeho eliminační mechanismus. Za normálních podmínek může být vyloučeno močí až 15 mg prvku denně. V souladu s tím je největší negativní účinek pozorován u lidí s poruchou vylučovací funkce ledvin.

Podle některých biologických studií byl příjem hliníku v lidském těle považován za faktor rozvoje Alzheimerovy choroby, ale tyto studie byly později kritizovány a závěr o spojitosti mezi jedním a druhým byl vyvrácen.

Geochemické vlastnosti hliníku jsou určeny jeho vysokou afinitou ke kyslíku (in minerály hliník je součástí kyslíkových oktaedrů a tetraedrů, konstantní valence (3), nízká rozpustnost většiny přírodních sloučenin. Při endogenních procesech při tuhnutí magmatu a vzniku vyvřelých hornin se hliník dostává do krystalické mřížky živců, slíd a dalších minerálů – hlinitokřemičitanů. V biosféře je hliník slabým migrantem v organismech a hydrosféře. Ve vlhkém klimatu, kde rozkládající se zbytky bohaté vegetace tvoří mnoho organických kyselin, hliník migruje v půdách a vodách ve formě organominerálních koloidních sloučenin; hliník je adsorbován koloidy a ukládán ve spodní části půd. Vazba mezi hliníkem a křemíkem je částečně porušena a místy v tropech vznikají minerály - hydroxidy hliníku - boehmit, diaspory, hydrargillit. Většina hliníku je součástí hlinitokřemičitanů – kaolinitu, beidelitu a dalších jílových minerálů. Slabá pohyblivost určuje zbytkovou akumulaci hliníku ve zvětrávací kůře vlhkých tropů. V důsledku toho vzniká eluviální bauxit. V minulých geologických epochách se bauxit hromadil také v jezerech a pobřežních zónách moří v tropických oblastech (např. sedimentární bauxity v Kazachstánu). Ve stepích a pouštích, kde je málo živé hmoty a vody jsou neutrální a zásadité, hliník téměř nemigruje. Migrace hliníku je nejvíce energetická ve vulkanických oblastech, kde jsou pozorovány vysoce kyselé řeky a podzemní vody bohaté na hliník. V místech, kde se kyselé vody mísí s alkalickými mořskými vodami (u ústí řek a dalších), dochází k vysrážení hliníku za vzniku ložisek bauxitu.

Hliník je součástí tkání zvířat a rostlin; v orgánech savců bylo nalezeno 10-3 až 10-5 % hliníku (na hrubém základě). Hliník se hromadí v játrech, slinivce břišní a štítné žláze. V rostlinných produktech se obsah hliníku pohybuje od 4 mg na 1 kg sušiny (brambory) do 46 mg (žlutá vodnice), v produktech živočišného původu - od 4 mg (med) do 72 mg na 1 kg sušiny ( ). V každodenní lidské stravě dosahuje obsah hliníku 35-40 mg. Známé jsou organismy, které koncentrují hliník, např. mechy (Lycopodiaceae), které obsahují v popelu až 5,3 % hliníku, a měkkýši (Helix a Lithorina), kteří obsahují v popelu 0,2-0,8 % hliníku. Tvořením nerozpustných sloučenin s fosforečnany narušuje hliník výživu rostlin (absorpce fosforečnanů kořeny) a živočichů (absorpce fosforečnanů ve střevech).

Hlavním kupujícím je letectví. Nejvíce zatížené prvky letounu (potah, silové zesílení) jsou vyrobeny z duralu. A tato slitina byla vzata do vesmíru. A dokonce šel na Měsíc a vrátil se na Zemi. A stanice Luna, Venuše a Mars, které vytvořili designéři kanceláře, kterou po mnoho let vedl Georgij Nikolajevič Babakin (1914–1971), se bez hliníkových slitin neobešly.

Slitiny systémů hliník - mangan a hliník - hořčík (AMts a AMg) jsou hlavním materiálem pro trupy vysokorychlostních „řízených střel“ a „meteorů“ – křídel.

Slitiny hliníku se ale využívají nejen v kosmické, letecké, námořní a říční dopravě. Silné postavení má hliník také v pozemní dopravě. Následující údaje naznačují široké použití hliníku v automobilovém průmyslu. V roce 1948 bylo spotřebováno 3,2 kg hliníku na jeden, v roce 1958 - 23,6, v roce 1968 - 71,4 a dnes toto číslo přesahuje 100 kg. Objevil se hliník a železniční doprava. A superexpresní „ruská trojka“ je z více než 50 % vyrobena z hliníkových slitin.

Ve stavebnictví se stále více používá hliník. Novostavby často využívají silné a lehké trámy, podlahy, sloupy, zábradlí, ploty a prvky ventilačního systému ze slitin na bázi hliníku. V posledních letech se hliníkové slitiny používají při stavbě mnoha veřejných budov a sportovních komplexů. Existují pokusy použít hliník jako střešní materiál. Taková střecha se nebojí nečistot oxidu uhličitého, sloučenin síry, sloučenin dusíku a dalších škodlivých nečistot, které výrazně zvyšují atmosférickou korozi střešního železa.

Jako licí slitiny se používají siluminy, slitiny systému hliník-křemík. Takové slitiny mají dobrou tekutost, poskytují nízké smrštění a segregaci (heterogenitu) v odlitcích, což umožňuje vyrábět díly nejsložitější konfigurace odléváním, například skříně motorů, oběžná kola čerpadel, skříně nástrojů, bloky spalovacích motorů, písty , hlavy válců a pláště pístových motorů.

Bojujte za pokles náklady hliníkové slitiny byly také úspěšné. Například silumin je 2krát levnější než hliník. Obvykle je to naopak - slitiny jsou dražší (abyste získali slitinu, musíte získat čistou základnu a poté ji legovat, abyste získali slitinu). V roce 1976 sovětští metalurgové v Dněpropetrovském hliníkovém závodě zvládli tavení siluminů přímo z hlinitokřemičitanů.

Hliník je v elektrotechnice již dlouho znám. Až donedávna se však aplikace hliníku omezovala na elektrické vedení a ve vzácných případech i na napájecí kabely. V kabelovém průmyslu dominovala měď a Vést. Vodivé prvky konstrukce kabelu byly vyrobeny z mědi a kovový plášť byl vyroben z Vést nebo slitiny na bázi olova. Po mnoho desetiletí (olověné pláště pro ochranu žil kabelů byly poprvé navrženy v roce 1851) byl jediným kovovým materiálem pro pláště kabelů. V této roli je vynikající, ale ne bez nedostatků - vysoká hustota, nízká síla a nedostatek; To jsou jen ty hlavní, které nutily lidi hledat jiné kovy, které dokážou adekvátně nahradit olovo.

Ukázalo se, že jde o hliník. Za počátek jeho služby v této roli lze považovat rok 1939, práce započaly v roce 1928. Vážný posun ve využití hliníku v kabelové technice však nastal v roce 1948, kdy byla vyvinuta a zvládnuta technologie výroby hliníkových plášťů.

Také měď byla po mnoho desetiletí jediným kovem pro výrobu vodičů s proudem. Výzkum materiálů, které by mohly nahradit měď, ukázal, že takovým kovem by měl a může být hliník. Namísto dvou kovů s v podstatě odlišným účelem se tedy do kabelové technologie dostal hliník.

Tato náhrada má řadu výhod. Za prvé, možnost použití hliníkového pláště jako nulového vodiče znamená významnou úsporu kovu a snížení hmotnosti. Za druhé, vyšší pevnost. Za třetí, usnadňuje instalaci, snižuje náklady na dopravu, snižuje náklady na kabely atd.

Hliníkové dráty se také používají pro nadzemní elektrické vedení. Ale vyrobit ekvivalentní náhradu si vyžádalo spoustu úsilí a času. Bylo vyvinuto mnoho možností a používají se na základě konkrétní situace. [Vyrábí se hliníkové dráty se zvýšenou pevností a zvýšenou odolností proti tečení, čehož se dosahuje legováním hořčíkem do 0,5 %, křemíkem do 0,5 %, železem do 0,45 %, kalením a stárnutím. Ocelovo-hliníkové dráty se používají zejména pro provádění velkých rozpětí potřebných tam, kde elektrické vedení překračuje různé překážky. Jsou zde rozpětí větší než 1500 m, například při přechodu řek.

Hliník v přenosové technice elektřina na velké vzdálenosti se používají nejen jako vodicí materiál. Před deseti lety a půl se slitiny na bázi hliníku začaly používat pro výrobu podpěr vedení pro přenos energie. Poprvé byly postaveny u nás země na Kavkaze. Jsou přibližně 2,5krát lehčí než ocel a nevyžadují ochranu proti korozi. Stejný kov tak nahradil železo, měď a olovo v elektrotechnice a technologii přenosu elektřiny.

A to, nebo téměř toto, bylo i v jiných oblastech techniky. V ropném, plynárenském a chemickém průmyslu se dobře osvědčily nádrže, potrubí a další montážní celky z hliníkových slitin. Nahradily mnoho korozivzdorných kovů a materiálů, jako jsou nádoby ze slitin železa a uhlíku, uvnitř smaltované pro skladování korozivních kapalin (prasklina ve vrstvě smaltu této drahé struktury by mohla vést ke ztrátám nebo dokonce nehodám).

Na výrobu fólií se na světě ročně spotřebuje více než 1 milion tun hliníku. Tloušťka fólie se podle účelu pohybuje v rozmezí 0,004-0,15 mm. Jeho aplikace je velmi rozmanitá. Používá se k balení různých potravinářských a průmyslových produktů - čokolády, bonbonů, léků, kosmetiky, fotografických produktů atd.

Fólie se také používá jako konstrukční materiál. Existuje skupina plynem plněných plastů - voštinové plasty - buněčné materiály se systémem pravidelně se opakujících buněk pravidelného geometrického tvaru, jejichž stěny jsou vyrobeny z hliníkové fólie.

Encyklopedie Brockhaus a Efron

HLINÍK- (jíl) chemický zn. AL; na. PROTI. = 27,12; porazit PROTI. = 2,6; t.t. asi 700°. Stříbřitě bílý, měkký, zvučný kov; v kombinaci s kyselinou křemičitou je hlavní složkou jílů, živců a slídy; vyskytující se ve všech půdách. Jde do...... Slovník cizích slov ruského jazyka

HLINÍK- (symbol Al), stříbřitě bílý kov, prvek třetí skupiny periodické tabulky. Poprvé byl získán v čisté formě v roce 1827. Nejběžnější kov v zemské kůře; Jeho hlavním zdrojem je bauxitová ruda. Proces…… Vědeckotechnický encyklopedický slovník

HLINÍK- HLINÍK, hliník (chemická značka A1, at. váha 27,1), nejběžnější kov na zemském povrchu a po O a křemíku nejdůležitější složka zemské kůry. A. se v přírodě vyskytuje především ve formě solí kyseliny křemičité (silikátů);... ... Velká lékařská encyklopedie

Hliník- je modrobílý kov, který je obzvláště lehký. Je velmi tažný a lze jej snadno válcovat, táhnout, kovat, lisovat a odlévat atd. Stejně jako ostatní měkké kovy se i hliník velmi dobře hodí... ... Oficiální terminologie

Hliník- (Hliník), Al, chemický prvek skupiny III periodické tabulky, atomové číslo 13, atomová hmotnost 26,98154; lehký kov, bod tání 660 °C. Obsah v zemské kůře je 8,8 % hmotnosti. Hliník a jeho slitiny se používají jako konstrukční materiály v... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník

HLINÍK- ALUMINIUM, hliník man., chemický. alkalický jíl, oxid hlinitý, jíl; stejně jako základ rzi, železa; a spalovat měď. Aluminit samec fosilie podobná kamenci, hydratovaný síran hlinitý. Manžel Alunit. fosilie velmi blízká ... ... Dahlův vysvětlující slovník

hliník- (stříbrný, světlý, okřídlený) kovový Slovník ruských synonym. hliník podstatné jméno, počet synonym: 8 hlína (2) ... Slovník synonym

HLINÍK- (lat. Hliník od alumen alum), Al, chemický prvek III. skupiny periodické tabulky, atomové číslo 13, atomová hmotnost 26,98154. Stříbrnobílý kov, lehký (2,7 g/cm³), tažný, s vysokou elektrickou vodivostí, bod tání 660.C.... ... Velký encyklopedický slovník

Hliník- Al (z lat. alumen název kamenec, užívaný ve starověku jako mořidlo k barvení a činění * a. hliník; n. Hliník; f. hliník; i. aluminio), chem. prvek skupiny III periodický. Mendělejevův systém, at. n. 13, v. m. 26,9815... Geologická encyklopedie

HLINÍK- HLINÍK, hliník, mnoho dalších. ne, manžele (z latinského alumen alum). Stříbrno-bílý kujný lehký kov. Ušakovův výkladový slovník. D.N. Ušakov. 1935 1940… Ušakovův vysvětlující slovník

Úvod.

Asi před 100 lety řekl Nikolaj Gavrilovič Černyševskij o hliníku, že tento kov je předurčen k velké budoucnosti, že hliník je kovem socialismu. Ukázalo se, že je vizionář: ve 20. století. prvek č. 13 hliník se stal základem mnoha konstrukčních materiálů. Prvek 3. periody a IIIA skupina periodické tabulky. Elektronový vzorec atomu 3S23p1 oxidační stav +III a 0.

Elektronegativita (1,47) je stejná jako beryllium a vykazuje amfoterní (kyselé a zásadité) vlastnosti. Ve sloučeninách se vyskytuje v kationtech a aniontech. V přírodě je to čtvrtý nejrozšířenější chemický prvek (první mezi kovy) a je v chemicky vázaném stavu. Je součástí mnoha hlinitokřemičitanových minerálů, hornin (žuly, porfyry, čediče, ruly, břidlice), různých jílů (bílý jíl je tzv. kaolín), bauxit a oxid hlinitý Al2O3.

Je zajímavé sledovat dynamiku výroby hliníku během století a půl, které uplynulo od doby, kdy člověk poprvé zvedl kus světlého stříbřitého kovu.

Za prvních 30 let, od roku 1825 do roku 1855, neexistují žádná přesná čísla. Neexistovaly žádné průmyslové metody pro výrobu hliníku v laboratořích, získával se v nejlepším případě v kilogramech, ale spíše v gramech. Když byl hliníkový ingot poprvé vystaven na pařížské světové výstavě v roce 1855, bylo na něj pohlíženo jako na vzácný klenot. A na výstavě se objevil, protože to bylo v roce 1855, kdy francouzský chemik Henri Etienne Saint-Clair Deville vyvinul první průmyslová metoda získávání hliníku na základě vytěsnění prvku č. 13 kovovým sodíkem z podvojného chloridu sodného a hliníku NaCl · AlCl3.

Během 36 let, od roku 1855 do roku 1890, bylo vyrobeno 200 tun hliníkového kovu metodou Saint-Clair Deville.

V posledním desetiletí 19. století se (novou metodou) vyrobilo ve světě 28 tisíc tun hliníku.

V roce 1930 činila světová tavba tohoto kovu 300 tisíc tun.

V roce 1975 se jen v kapitalistických zemích vyrobilo asi 10 milionů tun hliníku a tato čísla nejsou nejvyšší. Podle American Engineering and Mining Journal se produkce hliníku v kapitalistických zemích v roce 1975 oproti roku 1974 snížila o 11 %, neboli o 1,4 milionu tun.

Stejně nápadné jsou změny v ceně hliníku. V roce 1825 stálo 1500krát více než železo, dnes je jen třikrát dražší. Hliník je dnes dražší než obyčejná uhlíková ocel, ale levnější než nerezová ocel. Pokud spočítáme cenu hliníkových a ocelových výrobků s přihlédnutím k jejich hmotnosti a relativní odolnosti vůči korozi, ukáže se, že v dnešní době je v mnoha případech mnohem výhodnější používat hliník než ocel.

Fyzikální vlastnosti Al

Stříbřitě bílý, lesklý, tažný kov. Na vzduchu je pokryta matným ochranným filmem Al2O3, který je velmi stabilní a chrání kov před korozí; pasivováno v koncentrované HNO3.

Fyzikální konstanty:

M, = 26,982.27, p = 2,70 g/cm3

bod tání 660,37 °C, bod varu = 2500 °C

Chemické vlastnosti A l

Chemicky aktivní, vykazuje amfoterní vlastnosti - reaguje s kyselinami a zásadami:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na] + 3H2

2Al + 6NaOH(s) = 2NaAlO2+ + ZN2 + 2Na2O

Amalgamovaný hliník prudce reaguje s vodou:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 ¯ + 3H2 + 836 kJ

Silné redukční činidlo, při zahřátí reaguje s kyslíkem, sírou, dusíkem a uhlíkem:

4Al+302=2Al203, 2Al+3S=Al2S3

2Al+N2=2AlN, 4Al+3S=Al4S3

Reakce s chlorem, bromem a jodem probíhá při pokojové teplotě (jód vyžaduje katalyzátor - kapku H2O), vznikají halogenidy AlCl3, AlBr3 a AlI3.

Průmyslově důležitá metoda aluminotermie:

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

10Al + 3V2O5 = 5Al2O3 + 6V

Hliník snižuje Nv na N-III:

8Al + 30HNO3(ultrazředěný) = 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

8Al + 18H2O + 5KOH + 3KNO3 = 8K+3NH3

(hybnou silou těchto reakcí je přechodné uvolňování atomárního vodíku Н° a ve druhé reakci i vznik stabilního hydroxokomplexu [Al(OH)4]3-).

Příprava a použití Al

Výroba Al v průmyslu - elektrolýza Al2O3 v tavenině kryolit Na3[AlF6] při 950 °C:

Používá se jako činidlo v aluminotermii pro výrobu vzácných kovů a svařování ocelových konstrukcí

Hliník je nejdůležitější konstrukční materiál, základ lehkých korozivzdorných slitin (s hořčíkem - dural, nebo dural, s měď -- hliníkový bronz, ze kterých se razí drobné drobné mince). Čistý hliník se používá ve velkém množství k výrobě nádobí a elektrických drátů.

Oxid hlinitý Al 2 Ó 3

Bílý amorfní prášek nebo velmi tvrdé bílé krystaly. Fyzikální konstanty:

Mr = 101,96"102, p = 3,97 g/cm3, teplota tání = 2053 °C, tbp = 3000 °C

Krystalický Al2O3 je chemicky pasivní, amorfní je aktivnější. Pomalu reaguje s kyselinami a zásadami v roztoku a vykazuje amfoterní vlastnosti:

AI2O3 + 6HCl (konc.) = 2AlCl3 + 3H20

AI2O3 + 2NaOH (konc.) + 3H20 = 2Na

(NaAlO2 se tvoří v alkalické tavenině). Druhá reakce se používá k „rozbití“ bauxitu.

Kromě suroviny pro výrobu hliníku slouží Al2O3 v práškové formě jako součást ohnivzdorných, chemicky odolných a abrazivních materiálů. Ve formě krystalů se používá k výrobě laserů a syntetických drahých kamenů (rubíny, safíry atd.), barvených nečistotami jiných oxidů kovů - Cr2O3 (červená), Ti2O3 a Fe2O3 (modrá).

Hydroxid hlinitý Al(OH)3

Bílý amorfní (gelovitý) nebo krystalický. Prakticky nerozpustný ve vodě. Fyzikální konstanty:

Мr=78,00, р= 3,97 g/cm3,

t rozklad > 170 °С

Při zahřívání se postupně rozkládá a vytváří meziprodukt - metahydroxid AlO(OH):

Vykazuje amfoterní, stejně výrazné kyselé a zásadité vlastnosti:

Při fúzi s NaOH vzniká NaAlO.

Pro přijímání Al(OH)3 sraženina, zásada se obvykle nepoužívá (kvůli snadnému přechodu sraženiny do roztoku), ale působí na soli hliníku s hydrátem amoniaku;

při pokojové teplotě vzniká Al(OH)3 a při varu se tvoří méně aktivní AlO(OH):

Vhodným způsobem, jak získat Al(OH)3, je procházet CO2 roztokem hydroxokomplexu:

[Al(OH)4]- + CO2 = Al(OH)3¯+ HCO3-

Používá se pro syntézu solí hliníku a organických barviv; jako lék na vysokou kyselost žaludeční šťávy.

Soli hliníku

Hliníkové soli a silné kyseliny jsou vysoce rozpustné ve vodě a podléhají významné hydrolýze kationtů, čímž se vytváří silně kyselé prostředí, ve kterém se rozpouštějí kovy, jako je hořčík a zinek:

a)AlCl3=Alз++ЗCl-

Al3++H2OÛAlOH2++H+

b)Zn+2H+=Zn2++H2

Fluorid AlF3 a orthofosforečnan AlPO4 jsou ve vodě nerozpustné a soli velmi slabých kyselin, například H2CO3, se srážením z vodného roztoku vůbec netvoří.

Jsou známy podvojné hliníkové soli - kamenec složení MIAl(SO4)2 12H2O (MI=Na+, K+, Rb+, Cs+, TI+, NH4+), nejběžnější z nich kamenec draselný KAl(S04)2 12H20.

Binární sloučeniny hliníku

Sloučeniny s převážně kovalentními vazbami, jako je sulfid AlS3 a karbid AlC3.

Zcela rozložitelné vodou:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 ¯ + 3H2S

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3+ 3CH4

Tyto sloučeniny se používají jako zdroje čistých plynů - H2S a CH4.

Zájem, zájem...

8,80 % hmoty zemské kůry tvoří hliník, třetí nejrozšířenější prvek na naší planetě. Celosvětová produkce hliníku neustále roste. Nyní tvoří asi 2 % produkce oceli, pokud to počítáte na hmotnost. A pokud objemově, tak 5...6 %, jelikož hliník je téměř třikrát lehčí než ocel. Hliník sebevědomě vytlačil měď a všechny ostatní neželezné kovy na třetí a další místa a stal se tak druhým nejdůležitějším kovem probíhající doby železné. Podle prognóz by do konce tohoto století měl podíl hliníku na celkové produkci kovů dosáhnout 4...5 % hmotnosti.

Důvodů je mnoho, mezi ty hlavní patří rozšířenost hliníku na jedné straně a vynikající soubor vlastností – lehkost, tažnost, odolnost proti korozi, elektrická vodivost, všestrannost v plném slova smyslu – na straně druhé. .

Hliník přišel do technologie pozdě, protože v přírodních sloučeninách je pevně vázán s jinými prvky, především s kyslíkem a přes kyslík s křemíkem, a zničit tyto sloučeniny a uvolnit z nich lehký stříbrný kov vyžaduje hodně úsilí a energie.

První kovový hliník vyrobil v roce 1825 slavný dánský fyzik Hans Christian Oersted, známý především svou prací o elektromagnetismu. Oersted prošel chlorem horkou směsí oxidu hlinitého (oxid hlinitý Al2O3) s uhlím a výsledný bezvodý chlorid hlinitý se zahříval s amalgámem draselným. Poté, jak to udělal Davy, který mimochodem neuspěl ve svém pokusu získat hliník elektrolýzou oxidu hlinitého, se amalgám zahřátím rozložil, rtuť se odpařila a hliník byl na světě.

V roce 1827 získal Friedrich Wöhler hliník odlišně a nahradil jej ze stejného chloridu kovem draselným. První průmyslová metoda výroby hliníku, jak již bylo zmíněno, byla vyvinuta až v roce 1855 a hliník se stal technicky důležitým kovem až na přelomu 19....20. století. Proč?

Je samozřejmé, že ne každá přírodní sloučenina hliníku může být považována za hliníkovou rudu. V polovině a ještě na konci 19. stol. V ruské chemické literatuře byl hliník často nazýván jílem; V těchto termínech je přímá indikace přítomnosti prvku č. 13 ve všudypřítomné hlíně. Ale jíl je poměrně složitý konglomerát tří oxidovaných látek - oxidu hlinitého, oxidu křemičitého a vody (plus různých přísad); Je možné z něj izolovat oxid hlinitý, ale je to mnohem obtížnější než získat stejný oxid hlinitý z docela běžné, obvykle červenohnědé horniny, která dostala své jméno po oblasti Les Baux na jihu. Francie.

Tato hornina, bauxit, obsahuje od 28 do 60 % Al2O3. Jeho hlavní výhodou je, že obsahuje minimálně dvakrát více oxidu hlinitého než oxid křemičitý. A oxid křemičitý je v tomto případě nejškodlivější nečistotou a nejobtížněji se jí zbavit. Kromě těchto oxidů obsahuje bauxit vždy oxid železa Fe2O3, dále oxidy titanu, fosforu, manganu, vápníku a hořčíku.

Za druhé světové války, kdy v mnoha válčících zemích chyběl hliník získávaný z bauxitu, se podle potřeby používaly jiné druhy surovin: Itálie získávala hliník z lávy Vesuvu, USA a Německo z kaolinových jílů, Japonsko z břidlic a alunitu. Tento hliník však stál v průměru pětkrát více než hliník z bauxitu a po válce, kdy byly v Africe objeveny obrovské zásoby této horniny, Jižní Amerika a později v Austrálii se hliníkový průmysl po celém světě vrátil k tradičním bauxitovým surovinám.

V Sovětském svazu existují metody výroby hliníku na bázi nefelinického syenitu a nefelin-apatitových hornin, testované v továrním měřítku. V Ázerbájdžánské SSR průmyslový vývoj alunitu jako komplexní suroviny, včetně hliníku, začal již dávno. Příroda nás ale nepřipravila o nejlepší hliníkovou surovinu – bauxit. Máme oblasti severního Uralu a Turgaje (nachází se v Kazachstánu) s bauxitem: bauxity jsou v západní a východní Sibiři, na severozápadě evropské části země. Na základě ložiska tikhvinského bauxitu a energie volchovské hydroelektrárny zahájil v roce 1932 svou činnost prvorozený domácí hliníkový průmysl, volchovský hliníkový závod. Levná elektřina z obrovských sibiřských vodních elektráren a státních regionálních elektráren se stala důležitou „složkou“ rychle se rozvíjejícího hliníkového průmyslu na Sibiři.

Ne náhodou jsme začali mluvit o energii. Výroba hliníku je energeticky náročná. Čistý oxid hlinitý taje při teplotě 2050 °C a není rozpustný ve vodě a pro získání hliníku musí být podroben elektrolýze. Bylo potřeba najít způsob, jak nějak snížit bod tání oxidu hlinitého alespoň na 1000°C; Pouze za této podmínky se hliník mohl stát technicky důležitým kovem. Tento problém bravurně vyřešil mladý americký vědec Charles Martin Hall a téměř současně s ním Francouz Paul Héroult. Zjistili, že oxid hlinitý se dobře rozpouští v kryolitu 3NaF · AlF3. Tento roztok je podroben elektrolýze v současných hliníkových hutích při teplotě 950°C.

Elektrolytický přístroj je železná lázeň vyložená žáruvzdornými cihlami s uhlíkovými bloky, které fungují jako katody. Uvolňuje se na nich roztavený hliník a na anodách se uvolňuje kyslík, který reaguje s materiálem anody (nejčastěji uhlím). Vany pracují pod nízkým napětím - 4,0...4,5 V, ale při vysokém proudu - až 150 tisíc A.

Podle amerických údajů se za poslední tři desetiletí spotřeba energie při tavení hliníku snížila o jednu třetinu, ale tato výroba stále zůstává energeticky poměrně náročná.

co to je

Hliník se z elektrolytických lázní obvykle odstraňuje pomocí vakuové pánve a po propláchnutí chlórem (k odstranění především nekovových nečistot) se nalévá do forem. V posledních letech se hliníkové ingoty stále častěji odlévají kontinuálním způsobem. Výsledkem je technicky čistý hliník, ve kterém je základní kov z 99,7 % (hlavní nečistoty: sodík, železo, křemík, vodík). Právě tento hliník se používá ve většině průmyslových odvětví. Pokud je potřeba čistší kov, hliník se rafinuje tak či onak. Elektrolytická rafinace pomocí organických elektrolytů produkuje hliník o čistotě 99,999 %. Ještě čistší hliník pro potřeby polovodičového průmyslu se získává zónovým tavením nebo destilací přes subfluorid.

To druhé zřejmě potřebuje objasnění. Hliník, který se má čistit, se zahřívá ve vakuu na 1000 °C v přítomnosti AlF3. Tato sůl sublimuje bez tání. Interakce hliníku s fluoridem hlinitým vede ke vzniku subfluoridu AlF, nestabilní látky, ve které je hliník formálně monovalentní. Při teplotách pod 800 °C se subfluorid opět rozkládá na fluorid a čistý hliník, zdůrazňujeme, čistý, protože nečistoty v důsledku této poruchy přecházejí do fluoridové kompozice.

Zvýšení čistoty kovu ovlivňuje jeho vlastnosti. Čím je hliník čistší, tím je lehčí, i když ne o mnoho, tím vyšší je jeho tepelná a elektrická vodivost, odrazivost a tažnost. Nárůst chemické odolnosti je zvláště patrný. To se vysvětluje větší kontinuitou ochranného oxidového filmu, který na vzduchu pokrývá ultračistý i běžný technický hliník.

Všechny uvedené výhody ultračistého hliníku jsou však v té či oné míře charakteristické pro běžný hliník. Hliník je lehký – každý to ví, jeho hustota je 2,7 g/cm3 – téměř 3krát méně než ocel a 3,3krát menší než měď. A elektrická vodivost hliníku je pouze o třetinu nižší než elektrická vodivost mědi. Tyto okolnosti a skutečnost, že hliník výrazně zlevnil než měď (v dnešní době asi 2,5krát), vedly k masivnímu použití hliníku v drátech a v elektrotechnice obecně.

Vysoká tepelná vodivost v kombinaci s více než uspokojivou chemickou odolností udělala z hliníku slibný materiál pro výměníky tepla a další zařízení v chemickém průmyslu, domácí chladničky, chladiče automobilů a traktorů. Vysoká odrazivost hliníku se ukázala jako velmi užitečná při výrobě výkonných reflektorů, velkých televizních obrazovek a zrcadel na ní založených. Nízký záchyt neutronů udělal z hliníku jeden z nejdůležitějších kovů v jaderné technologii.

Všechny tyto četné výhody hliníku se stávají ještě významnějšími, protože tento kov je vysoce technologický. Dokonale se zpracovává tlakem - válcováním, lisováním, ražením, kováním. Jádrem toho užitečná vlastnost– krystalová struktura hliníku. Jeho krystalová mřížka je složena z krychlí s vycentrovanými plochami; vzdálenost mezi rovnoběžnými rovinami je 4,04 Ǻ. Takto konstruované kovy většinou dobře snášejí plastickou deformaci. Výjimkou nebyl ani hliník.

Hliník je však slabý. Pevnost v tahu čistého hliníku je pouze 6...8 kg/mm3 a nebýt jeho schopnosti tvořit mnohem pevnější slitiny, stěží by se hliník stal jedním z nejdůležitějších kovů 20. století.

O výhodách fází stárnutí a posilování

„Hliník velmi snadno tvoří slitiny s různými kovy. Z nich má technické uplatnění pouze slitina s mědí. Říká se tomu hliníkový bronz...“

Tato slova z Mendělejevových „Základů chemie“ odrážejí skutečný stav věcí, který existoval v prvních letech našeho století. Tehdy vyšlo poslední celoživotní vydání slavné knihy s autorovými posledními úpravami. Z prvních hliníkových slitin (úplně první z nich byla slitina s křemíkem, získaná již v 50. letech minulého století) našla praktické uplatnění pouze slitina zmíněná Mendělejevem. Obsahoval však pouze 11 % hliníku a z této slitiny se vyráběly především lžíce a vidličky. Velmi málo hliníkového bronzu šlo do hodinářského průmyslu.

Mezitím na počátku 20. stol. Byly získány první slitiny z rodiny duralu. Tyto slitiny na hliníkové bázi s přísadami mědi a hořčíku byly získány a studovány v letech 1903...1911. slavný německý vědec A. Wilm. Objevil fenomén přirozeného stárnutí charakteristický pro tyto slitiny, což vede k prudkému zlepšení jejich pevnostních vlastností.

Po vytvrzení dural - prudké ochlazení z 500°C na pokojovou teplotu a skladování při této teplotě po dobu 4...5 dnů - mnohonásobně zvyšuje svou pevnost a tvrdost. V tomto případě se schopnost deformace nesnižuje a pevnost v tahu se zvyšuje z 6...8 na 36...38 kg/mm2. Tento objev měl velký význam pro rozvoj hliníkového průmyslu.

A hned se začalo diskutovat o mechanismu přirozeného stárnutí slitin, o tom, proč dochází ke kalení. Bylo navrženo, že během procesu stárnutí tvrzeného duralu se z matrice uvolňují drobné krystalky složení CuAl2 - přesycený roztok mědi v hliníku - a tato zpevňovací fáze vede ke zvýšení pevnosti a tvrdosti slitiny jako Celý.

Toto vysvětlení se zdálo vcelku uspokojivé, ale po jeho objevení se vášně rozhořely ještě více, protože částice složení CuAl2 na leštěných duralových deskách nebyl nikdo schopen prozkoumat optickým mikroskopem. A realita jejich existence v přirozeně stárnoucí slitině začala být zpochybňována. Opodstatněné to bylo o to víc, že ​​uvolňování mědi z matrice mělo snižovat její elektrický odpor, mezitím se ale přirozeným stárnutím duralu zvětšoval a to přímo naznačovalo, že měď v tuhém roztoku zůstávala.

Situaci objasnila až rentgenová difrakční analýza. V poslední době se díky výkonným elektronovým mikroskopům, které umožňují prohlížet tenké kovové filmy, stal obraz jasnější. Pravda se ukázala být někde „uprostřed“. Měď se z tuhého roztoku neuvolňuje a nezůstává v něm ve stejném stavu. Během procesu stárnutí se shromažďuje v diskovitých oblastech o tloušťce 1...3 atomárních vrstev a průměru asi 90 Ǻ, které tvoří tzv. Guinier-Prestonovy zóny. Mají zdeformovanou krystalickou strukturu pevného roztoku; Oblast samotného tuhého roztoku přiléhající k zóně je také deformovaná.

Počet takových útvarů je enormní - vyjadřuje se jedničkou s 16...18 nulami na 1 cm slitiny. Změny a deformace krystalové mřížky při tvorbě Guinier-Prestonových zón (zónové stárnutí) jsou důvodem zvýšení pevnosti duralu při přirozeném stárnutí. Tyto stejné změny zvyšují elektrický odpor slitiny. Při zvýšení teploty stárnutí se místo zón, které mají strukturu podobnou struktuře hliníku, objevují drobné částečky metastabilních fází s vlastní krystalovou mřížkou (umělé, resp. fázové stárnutí). Tato další změna struktury vede k prudkému zvýšení odolnosti proti malým plastickým deformacím.

Bez nadsázky lze říci, že křídla letounu drží ve vzduchu zóny nebo metastabilní částice, a pokud se v důsledku zahřátí objeví místo zón a částic stabilní sekrety, křídla ztratí pevnost a jednoduše se prohnou.

V Sovětském svazu ve 20. letech hutní inženýr V.A. Butalov vyvinul domácí verzi duralu, nazývanou hliník řetězové pošty. Slovo „duralumin“ pochází z názvu německého města Duren, kde začala průmyslová výroba této slitiny. A hliník řetězové pošty byl vyroben ve vesnici (nyní město) Kolčugino, v regionu Vladimir. První sovětské kovové letadlo, ANT-2, navržené A.N., bylo vyrobeno z hliníku s řetězovou poštou. Tupolev.

Takové slitiny jsou důležité pro technologii i dnes. Zejména listy vrtule letadel jsou vyrobeny ze slitiny D1. Za války, kdy piloti museli často přistávat na náhodné plošiny nebo bez uvolnění podvozku na „břicho“, se mnohokrát stalo, že se při dopadu na zem ohnuly listy vrtule. Ohnuly se, ale nezlomily! Okamžitě v terénu byly narovnány a znovu zalétány se stejnou vrtulí... Jiná slitina stejné duralové rodiny - D16 - se v letecké konstrukci používá jinak - jsou z ní vyrobeny spodní panely křídla.

Zásadně nové slitiny se objevují, když jsou objeveny nové zpevňovací fáze. Badatelé je hledali, hledají a hledat budou. Fáze jsou v podstatě chemické intermetalické sloučeniny, které se tvoří ve slitině a výrazně ovlivňují její vlastnosti. Různé fáze různými způsoby zvyšují pevnost, odolnost proti korozi a další prakticky důležité vlastnosti slitiny. Od objevení Vilmy se jich však našlo jen velmi málo – necelý tucet. Jejich tvorba je možná pouze tehdy, jsou-li odpovídající prvky rozpustné v hliníku. Je zřejmé, že každá z posilovacích fází si zaslouží poměrně podrobný příběh.

Již bylo zmíněno, že první hliníkovou slitinou byla jeho slitina s křemíkem, sousedící v periodické tabulce. Ale vlastnosti této slitiny byly neuspokojivé, a proto se dlouho věřilo, že přidávání křemíku do hliníku je škodlivé. Ale již počátkem 20. let našeho století bylo pevně stanoveno, že slitiny systému Al – Mg – Si (fáze Mg2Si) mají stejně jako dural účinek vytvrzování během stárnutí. Pevnost v tahu takových slitin je od 12 do 36 kg/mm2 v závislosti na obsahu křemíku a hořčíku a přídavku mědi a manganu.

Tyto slitiny jsou široce používány ve stavbě lodí, stejně jako v moderním stavebnictví. Zajímavý detail: v dnešní době se v některých zemích (například v USA) spotřebuje na stavbu více hliníku než na všechny druhy dopravy dohromady: letadla, lodě, železniční vozy, auta. V naší zemi byly hliníkové slitiny široce používány při stavbě Paláce pionýrů na Leninských vrších a budovy Výboru pro normy SSSR na Leninském prospektu v Moskvě, Sportovního paláce v Kyjevě a mnoha dalších moderních budov. Tisíce prefabrikovaných hliníkových domů úspěšně „fungují“ v Arktidě a v horských oblastech, kde v blízkosti nejsou žádné místní stavební materiály nebo kde je výstavba zatížena obrovskými obtížemi. Hliníkové (většinou) domy do takových míst dodávají hliníková (většinou) letadla a vrtulníky.

Mimochodem, o helikoptérách. Listy jejich vrtulí po celém světě jsou vyrobeny ze slitin systému Al – Mg – Si, protože tyto slitiny mají velmi vysokou odolnost proti korozi a dobře odolávají vibračnímu zatížení. Právě tato vlastnost má pro piloty vrtulníků a jejich cestující prvořadý význam. Sebemenší korozní vady mohou dramaticky urychlit vznik únavových trhlin. Pro klid cestujících podotýkáme, že ve skutečnosti se únavové trhliny vyvíjejí poměrně pomalu a všechny vrtulníky jsou vybaveny zařízeními, která signalizují pilotovi, když se objeví první malá trhlina. A pak jsou lopatky vyměněny, přestože by mohly pracovat ještě stovky hodin.

Efekt stárnutí je vlastní i slitinám systému Al – Zn – Mg. Tento systém se hned dvakrát ukázal jako rekordman: rekordman v pevnosti - ve 20. letech byly získány slitiny hliník-zinek-hořčík o pevnosti 55...60 kg/mm2 - a „rekordman, na naopak“ pro chemickou odolnost - plechy a role vyrobené z takových ternárních slitin praskaly nebo se dokonce drolily vlivem atmosférické koroze i během procesu stárnutí přímo na továrním dvoře.

Po desetiletí výzkumníci z různých zemí hledali způsoby, jak zvýšit korozní odolnost takových slitin. Ostatně již v 50. letech se objevily vysoce pevné hliníkové slitiny se zinkem a hořčíkem, které měly uspokojivou odolnost proti korozi. Mezi nimi jsou domácí slitiny B95 a B96. V těchto slitinách je kromě tří hlavních složek také měď, chrom, mangan a zirkonium. Při takové kombinaci chemických prvků se výrazně mění charakter rozkladu přesyceného tuhého roztoku, proto se zvyšuje korozní odolnost slitiny.

Když však letecký konstruktér O.K. Antonov začal vytvářet obří letadlo „Antey“ a pro výkonový rám „Antey“ byly vyžadovány velké výkovky a výlisky, stejně silné ve všech směrech nebyly vhodné slitiny B95 a B96. Ve slitině pro Antey musely být drobné přísady manganu, zirkonu a chrómu nahrazeny železem. Tak se objevila známá slitina B93.

V posledním desetiletí se objevily nové požadavky. Pro tzv. širokotrupá letadla blízké budoucnosti, určená pro 300...500 cestujících a 30...50 tisíc letových hodin provozu, se zvyšují hlavní kritéria - spolehlivost a životnost. Široko-trupá letadla a airbusy se budou skládat ze 70...80 % z hliníkových slitin, které vyžadují jak velmi vysokou pevnost, tak velmi vysokou odolnost proti korozi. Proč je pochopitelná síla, proč chemická odolnost v menší míře, i když výše uvedený příklad s lopatkami vrtulníku je evidentně zcela jasný...

Objevil se koncept bezpečných poškozených konstrukcí, který říká: pokud se v konstrukci objeví trhlina, měla by se vyvíjet pomalu, a i když dosáhne značné velikosti, je snadno zjistitelná, tato trhlina by v žádném případě neměla způsobit destrukci konstrukce. jako celek. To znamená, že vysoce pevné hliníkové slitiny pro taková letadla musí mít vysokou lomovou houževnatost a vysokou zbytkovou pevnost v přítomnosti trhliny, a to je možné pouze při vysoké odolnosti proti korozi.

Všechny tyto vlastnosti jsou dokonale kombinovány ve slitinách hliníku vysoké čistoty: nečistoty železa jsou desetiny procenta, křemík jsou setiny a sodík, jehož mikroaditiva výrazně zlepšují vlastnosti slitin hliníku a křemíku, by neměly být větší než několik deseti- tisíciny procenta. A základem takových slitin je systém Al – Zn – Mg – Cu. Stárnutí těchto slitin se provádí tak, že se zpevňující částice mírně zvětší než obvykle (koagulační stárnutí). Je pravda, že to má za následek mírnou ztrátu pevnosti a některé díly musí být vyrobeny se silnějšími stěnami, ale stále je to nevyhnutelná cena za životnost a spolehlivost. Ironie osudu: slitiny hliníku se zinkem a hořčíkem, které byly kdysi nejodolnější vůči korozi, věda proměnila v jakýsi etalon odolnosti proti korozi. Důvody této zázračné proměny jsou suplementace mědí a racionální režimy stárnutí.

Další příklad zlepšení dlouho známých systémů a slitin. Pokud je v klasickém duralu ostře omezen obsah hořčíku (na setiny procenta), ale mangan zůstane zachován a koncentrace mědi se zvýší, pak slitina získává schopnost dobře svařovat tavením. Konstrukce vyrobené z takových slitin dobře fungují v teplotním rozsahu od absolutní nuly do +150...200°C.

V dnešní době musí některé technické výrobky střídavě vnímat buď mírné teplo, nebo nadměrný chlad. Není náhodou, že z podobných slitin byly na amerických raketách Saturn, které dopravily posádky kosmické lodi Apollo na Měsíc, vyrobeny nádrže s kapalným vodíkem a kapalným kyslíkem.

Při řešení pozemských problémů dopravy a skladování zkapalněného plynu s třísložkovými slitinami Al - Cu - Mn docela úspěšně konkurují velmi lehké dvousložkové slitiny hliníku s hořčíkem - hořčíkem. Magnalia nejsou tvrzené tepelnou úpravou. V závislosti na technologii výroby a obsahu hořčíku se jejich pevnost pohybuje od 8 do 38 kg/mm2. Při teplotě kapalného vodíku jsou křehké, ale v prostředí kapalného kyslíku a zkapalněných hořlavých plynů celkem úspěšně fungují. Oblasti jejich použití jsou velmi rozsáhlé. Zejména se osvědčily při stavbě lodí: trupy křídlových lodí – „raketa“ a „meteor“ – jsou vyrobeny z magnalia. Používají se také v konstrukcích některých raket.

Za zmínku stojí zejména možnost použití nízkolegovaného magnalia pro balení potravin. Plechovky, obaly na sýry, fólie na dušení masa, plechovky od piva, uzávěry lahví s produkty kyseliny mléčné – to není úplný seznam potravinářských aplikací těchto slitin. Brzy se v naší zemi budou hliníkové plechovky vyrábět v miliardách a poté se definice „plechovky“ Alexandra Evgenieviče Fersmana přesune z cínu na hliník. Vraťme se ale k posilovacím fázím.

V roce 1965 skupina sovětských vědců objevila vliv vytvrzování během stárnutí u slitin systému Al – Li – Mg. Tyto slitiny, zejména slitina 01420, mají stejnou pevnost jako dural, ale jsou o 12 % lehčí a mají vyšší modul pružnosti. V konstrukcích letadel to umožňuje nárůst hmotnosti o 12...14 %. Slitina 01420 se navíc dobře svařuje a má vysokou odolnost proti korozi. V dnešní době na celém světě vzrůstá zájem o slitiny tohoto systému.

Rychlé ochlazení za vzniku krystalů

Před získáním ingotů nebo tvarových odlitků z hliníkové slitiny je nutné kov očistit od plynů a pevných nekovových vměstků. Z plynů v kapalném hliníku se rozpouští hlavně vodík. Čím vyšší je teplota taveniny, tím více je. Když se ochladí a vykrystalizuje, nestihne se oddělit a zůstává v kovu ve formě drobných a někdy i docela velkých pórů. Vodík přináší mnoho problémů: dutiny ve tvarových odlitcích, bubliny v plechách a profilech, póry při tavném svařování. A pouze v jednom případě se vodík ukázal jako velmi užitečný - mluvíme o takzvané hliníkové pěně, která připomíná dobrý holandský sýr (jen v takovém kovu je mnohem více pórů a nepropouští „slzy“ “). Měrnou hmotnost hliníkové pěny lze zvýšit na 0,3...0,5 g/cm3. Póry v něm jsou uzavřeny a kov volně plave ve vodě. Má výjimečně nízkou tepelnou a akustickou vodivost a je řezaný a pájený. Aby se získal rekordní počet dutin, tekutý hliník podle „receptu“ profesora M.B. Altman se přehřeje a poté se do něj zavede hydrid zirkonia nebo titanu, který se okamžitě rozloží a uvolní vodík. Zde se kov, vroucí velkým množstvím bublin, rychle nalévá do forem.

Ale ve všech ostatních případech se snaží vodíku zbavit. Většina Nejlepší způsob K tomu je třeba taveninu profouknout chlórem. Bublinky chlóru, pohybující se tekutým hliníkem, absorbují atomy a drobné bublinky vodíku a zachycují suspendované částice strusky a oxidových filmů. Velký efekt má evakuace tekutého hliníku, což přesvědčivě ukázal sovětský vědec K.N. Michajlov.

Všechny nekovové vměstky jsou škodlivé zejména při pomalé krystalizaci kovu, proto se při odlévání vždy snaží zvýšit rychlost krystalizace. Tvarové díly se neodlévají do hliněných forem, ale do kovových forem; Při lití ingotů se litinové formy nahrazují vodou chlazenými měděnými. Ale i při nejrychlejším odvodu tepla ze stěny formy nebo formy se po vykrystalizaci první tenké vrstvy mezi stěnou a touto krustou objeví vzduchová mezera. Vzduch špatně vede teplo... Rychlost odvodu tepla z kovu prudce klesá.

Kvůli této vzduchové mezeře dlouho selhávaly všechny pokusy o radikální urychlení ochlazování stěn. Nakonec bylo nalezeno správné řešení, jak už to v technice bývá, z „druhé strany“: místo boje proti tepelným ztrátám ve vzduchové mezeře byla mezera samotná odstraněna. Chladicí voda se začala rozstřikovat přímo na krystalizující kov. Tak se zrodila metoda kontinuálního lití hliníkových ingotů.

Tekutý kov se nalije do malého měděného nebo hliníkového krystalizátoru. Do krystalizátoru se vkládá podnos, který nahrazuje pevné dno. Jakmile začne tuhnutí hliníku, tácek se pomalu spouští – postupně a stejnou rychlostí jako proces krystalizace. A tekutý kov je průběžně přidáván shora.

Proces je regulován tak, že otvor roztaveného hliníku je umístěn převážně pod okrajem krystalizátoru, kde je voda přiváděna přímo do tuhnoucího ingotu.

Vývoj kontinuálního lití ingotů z hliníkové slitiny probíhal v těžkých válečných letech. Ale do roku 1945 na našem hutních závodů Na hliníkové ingoty nezbyla jediná forma. Kvalita litého kovu se radikálně zlepšila. A.F. hrál hlavní roli ve vývoji kontinuálního lití hliníku. Belov, V.A. Livanov, S.M. Voronov a V.I. Dobatkin. Mimochodem, metoda kontinuálního lití oceli v metalurgii železa, jejíž vývoj započal v následujících letech, vděčí za mnohé úspěšný rozvoj kontinuálního lití hliníku.

Později F.I. Kvasov, 3.N. Getselev a G.A. Balakhoňané předložili originální nápad, který umožnil krystalizovat mnohatunové hliníkové ingoty zcela bez jakýchkoli forem. Během procesu krystalizace je tekutý kov držen v suspenzi elektromagnetickým polem.

Neméně důmyslná byla V.G., vyvinutá za války. Golovkin vyvinul kontinuální způsob výroby litého hliníkového drátu o průměru až 9 mm. Proud tekutého kovu nepřetržitě vytékal z vodorovného otvoru v peci. Přímo na výstupu byla na kov přiváděna chladicí voda a záhy byl částečně vyřazený proud nabírán válečky a vytahován dále. Povrch takového drátu byl hladký a lesklý a jeho pevnost nebyla nižší než u drátu taženého za studena. A potřeba toho byla obrovská. Každý, kdo letěl letadlem, viděl nekonečné řady nýtů na křídlech a trupu. Ale zřejmě ne každý ví, že počet těchto nýtů na válečné stíhačce dosáhl 100...200 tisíc a na bombardéru - dokonce až milion...

Když jsme hovořili o zpevňovacích fázích, zdůraznili jsme, že jsou výsledkem rozpouštění příslušných kovů v hliníku a chemické interakce s ním. To jsou nesmírně užitečné inkluze. Velmi tvrdohlavě bojují s oxidovými inkluzemi ve všech fázích výroby. Ale taková je dialektika vlastností látky: oxidové inkluze, nerozpustné v hliníku a pro něj škodlivé, zcela změnily svou kvalitu, jakmile se změnily v nejtenčí filmy.

SAP a SAS

Pokud se nastříká tekutý hliník, výsledkem jsou víceméně zaoblené částice, zcela pokryté tenkými vrstvami oxidu. Tyto částice (nazývané atomizér) se melou v kulových mlýnech. Získávají se nejtenčí „koláče“ o tloušťce 0,1 mikronu. Pokud takový prášek není nejprve oxidován, pak při kontaktu se vzduchem okamžitě exploduje - dojde k prudké oxidaci. V mlýnech se proto vytváří inertní atmosféra s řízeným obsahem kyslíku a postupně dochází k procesu oxidace prášku.

V první fázi mletí se objemová hmotnost prášku snižuje na 0,2 g/cm3, obsah oxidu hlinitého se postupně zvyšuje na 4...8 %. Mletí pokračuje, malé částice jsou pevněji zabaleny a neslepují se, protože do prášku je speciálně přidán tuk a objemová hmotnost materiálu se zvyšuje na 0,8 g/cm3. K oxidaci dochází poměrně intenzivně a obsah oxidu hlinitého dosahuje 9...14%. Postupně se tuk téměř úplně odpaří a nejmenší zoxidované částice se „slepí“ a srostou do větších konglomerátů.

Takto „těžký“ prášek (obsahuje až 20...25 % oxidu) už nelétá jako chmýří, lze jej klidně nalít do sklenic. Poté se prášek briketuje v lisech pod tlakem 30...60 kg/mm2 a při teplotě 550...650ºС. Poté materiál získává kovový lesk, má poměrně vysokou pevnost, elektrickou a tepelnou vodivost. Brikety lze lisovat, válcovat, kovat do trubek, plechů, tyčí a dalších výrobků. Všechny tyto polotovary se nazývají SAP – podle prvních písmen slov „slinutý hliníkový prášek“.

Čím menší je vzdálenost mezi částicemi, tím silnější je SAP. Vzhledem k tomu, že povaha rozptýlených útvarů v konvenčních stárnoucích hliníkových slitinách a v SAP je odlišná, jsou tyto materiály svými vlastnostmi velmi odlišné. SAP si zachovává vysokou pevnost až do 500...600°C a všechny hliníkové slitiny při této teplotě přecházejí do polotekutého nebo viskózního stavu. Tisíce hodin při teplotách do 500 °C mají obecně malý vliv na pevnost SAP, protože interakce oxidových částic a hliníkové matrice se po zahřátí mění jen málo. Slitiny hliníku při takovém testu zcela ztratí svou pevnost.

SAP nevyžaduje kalení, jeho odolnost proti korozi je blízká odolnosti čistého hliníku. Pokud jde o elektrickou a tepelnou vodivost, tento materiál je blíže čistému hliníku než slitiny stárnoucí o stejné pevnosti. Charakteristickým znakem SAP je adsorpce obrovského množství vlhkosti rozvětveným povrchem oxidovaných částic.

Proto musí být SAP dobře odplyněn ve vakuu, zahřátím materiálu na teplotu tání hliníku. SAP se používá k výrobě pístů pro motory pracující při teplotách do 400 a dokonce 450 °C tento materiál je perspektivní pro stavbu lodí a chemické inženýrství.

Na závěr příběhu o použití hliníku jako konstrukčního materiálu je třeba zmínit jeho slinuté slitiny s křemíkem, niklem, železem, chromem a zirkoniem. Říká se jim SAS – podle prvních písmen slov „slinutá hliníková slitina“. Slitiny mají nízký koeficient lineární roztažnosti, což umožňuje jejich použití v kombinaci s ocelí v mechanismech a zařízeních. V běžném hliníku je koeficient lineární roztažnosti přibližně dvakrát vyšší než u oceli, což způsobuje vysoká napětí, rozměrová zkreslení a problémy s pevností.

O prvku č. 13 lze samozřejmě říci mnohem více než o kovovém hliníku. „Životopis“ prvku č. 13 je spojen s osudem mnoha vědeckých problémů a objevů, různých procesů a produktů – barev, polymerních materiálů, katalyzátorů a mnoha dalších. A přesto nebude chybou, když prohlásíme, že kovový hliník je v moderní technologii, v moderním životě důležitější než všechny hliníkové sloučeniny dohromady.

Nejen legenda

Mnoho populárních knih o chemii a metalurgii podává příběh, že hliník byl údajně znám ve starověku. Jistý vynálezce (jeho jméno zůstává neznámé) přinesl jednomu z panovníků mísu vyrobenou z kovu - velmi lehkou, ale navenek podobnou stříbru. Příběh skončil v slzách: vynálezce byl popraven, protože se vládce bál, že nový kov znehodnotí jeho stříbro.

S největší pravděpodobností tento příběh není nic jiného než krásná pohádka. Ale lidé používali některé sloučeniny hliníku ve starověku. A nejen jíl, jehož základem je Al2O3. V „Přírodopisu“ Plinia Staršího je zmíněno, že kamenec (jejich vzorec je KAl(SO4)2 · 12H2O) byl používán jako mořidlo k barvení látek na přelomu staré a nové éry. Na počátku našeho letopočtu nařídil římský velitel Archelaos během války s Peršany pokrýt dřevěné věže kamencem. V důsledku toho se strom stal ohnivzdorným a Peršané nebyli schopni zapálit římské opevnění.

Aluminotermie

V roce 1865 slavný ruský chemik N.N. Beketov objevil metodu redukce kovů pomocí hliníku, nazývanou aluminotermie. Podstatou metody je, že při zapálení směsi oxidů mnoha kovů s elementárním hliníkem se tyto kovy redukují. Pokud se oxid odebere v přebytku, pak bude výsledný kov téměř bez příměsi prvku č. 13. Tato metoda je nyní široce používána při výrobě chrómu, vanadu a manganu.

Syntetický kryolit

K výrobě hliníku elektrolýzou je zapotřebí kryolit. Tento minerál, který vypadá jako led, dokáže výrazně snížit bod tání oxidu hlinitého, suroviny pro výrobu hliníku. Složení kryolitu je 3NaF · AlF3. Jediné velké ložisko tohoto nerostu je téměř vyčerpáno a můžeme říci, že světový průmysl hliníku nyní pracuje na syntetickém kryolitu. U nás byly první pokusy o získání umělého kryolitu učiněny již v roce 1924. V roce 1933 byla uvedena do provozu první kryolitárna u Sverdlovska. Existují dva hlavní způsoby výroby tohoto minerálu - kyselý a zásaditý, první se používá šířeji. V tomto případě je surovinou kazivec CaF2, který se zpracovává kyselinou sírovou za vzniku fluorovodíku. Po rozpuštění ve vodě se přemění na kyselinu fluorovodíkovou, která reaguje s hydroxidem hlinitým. Výsledná kyselina fluorohlinitá H3AlF6 se centralizuje pomocí sody. Kryolit, který je mírně rozpustný ve vodě, se vysráží.

První katalyzátor

Již mnoho let se neustále mluví o katalyzátorech K. Zieglera a D. Natty - organoprvkových sloučeninách, které způsobily revoluci ve výrobě mnoha polymerních materiálů, především syntetických kaučuků. Polymery získané za použití takových katalyzátorů se vyznačují zvláště jasnou strukturou a tudíž lepšími fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Prvními katalyzátory pro stereospecifickou polymeraci byly organohlinité sloučeniny.

A to vše je oxid hlinitý!

Hliník už dávno není drahým kovem, ale některé jeho sloučeniny stále zůstávají drahými kameny. Monokrystaly oxidu hlinitého s malými příměsemi barvících oxidů - to je jasně červený rubín a zářivě modrý safír - drahé kameny prvního - nejvyššího řádu. Barvu jim dávají: safír – ionty železa a titanu, rubín – chrom. Čistý krystalický oxid hlinitý je bezbarvý a nazývá se korund. Hliník je také součástí turmalínu, bezbarvého leukosafíru, žlutého „orientálního topazu“ a mnoha dalších cenných kamenů. Umělý korund, safír a rubín jsou vyráběny v továrním měřítku, tyto kameny potřebují nejen klenotníci, ale také mnoho odvětví moderní technologie. Stačí si připomenout rubínové lasery, hodinky s patnácti kameny, smirek, který se vyrábí převážně z korundu získaného v elektrických pecích, a safírová okénka Tokamaku, jednoho z prvních zařízení pro studium termonukleárních procesů.

Pouze jeden izotop

Přírodní hliník se skládá pouze z jednoho „druhu“ atomů – izotopu s hmotnostním číslem 27. Je známo několik umělých radioaktivních izotopů prvku č. 13, většina z nich má krátkou životnost a pouze jeden – hliník-26 má poločas rozpadu asi milion let.

hlinitany

Hlinitany jsou soli orthoaluminiových H3AlO3 a metahlinitých kyselin HAlO2. Mezi přírodní hlinitany patří ušlechtilý spinel a vzácný chrysoberyl. Používá se hlinitan sodný NaAlO2, vznikající při výrobě oxidu hlinitého textilní výroba jako mořidlo. V poslední době nabývají praktického významu i hlinitany prvků vzácných zemin, vyznačující se vysokou žáruvzdorností a charakteristickou, v mnoha případech krásnou barvou. Hlinitany lanthanu a samaria jsou krémové, europium, gadolinium a dysprosium jsou růžové, neodym jsou lila, praseodym jsou žluté. Tyto materiály jsou považovány za perspektivní při výrobě speciální keramiky a optických skel a také v jaderné energetice: některé prvky vzácných zemin mají výjimečně vysokou schopnost zachycovat tepelné neutrony. Přečtěte si o tom více v příbězích o lanthanoidech.

Učitel – o žákovi

„...Věřím, že jsem učinil objev: objevil jsem člověka. V roce 1880, krátce po svém návratu z Japonska, kde jsem čtyři roky učil chemii, jsem si všiml šestnáctiletého chlapce. Tento mladík si přišel do laboratoře koupit skleněné zkumavky, zkumavky nebo něco podobného za pár centů. O tomto chlapci jsem nic nevěděl, ale často jsem si myslel, že se z něj možná stane vědec - vždyť se zabýval výzkumem v těch letech, kdy ostatní teenageři trávili čas jen hrami a zábavou. Tímto teenagerem byl Charles M. Hall, muž, který ve věku 23 let objevil metodu oddělování hliníku od rud.

Charles šel na vysokou školu, a když dokončil část požadovaného kurzu, vzal jsem ho do své laboratoře. Jednou jsem při rozhovoru se studenty řekl: „Vynálezce, kterému se podaří vyvinout levnou metodu výroby hliníku a udělat z hliníku kov pro masovou spotřebu, prokáže lidstvu velkou službu a získá slávu vynikajícího vědce.“

Slyšel jsem, jak se Charles otočil k jednomu ze svých spolužáků a řekl: "Udělám ten kov." A dal se do práce. Zkoušel mnoho metod, ale všechny bez úspěchu. Nakonec se Hall rozhodl pro elektrolýzu. Dal jsem mu staré, nepotřebné přístroje a baterie. Ti z vás, kteří viděli elektrické baterie, by se zasmáli tomu, co Hall dokázal sestrojit z různých hrníčků hromad uhlí. Ale dostali jsme proud, který jsme potřebovali.

Brzy poté Hall vystudoval vysokou školu a vzal budovu do své. Svou laboratoř si zřídil v lese nedaleko svého domu, vytrvale pokračoval ve svých pokusech a často mi vyprávěl o výsledcích.

Bylo nutné najít rozpouštědlo pro oxid hlinitý, hlavní hliníkovou surovinu. A po šesti měsících Hall zjistil, že oxid je vysoce rozpustný v tavenině hlinitanu fluoridu sodného 3NaF · AlF3.

Jednoho rána ke mně Hall přiběhl s radostným zvoláním: "Pane profesore, mám to!" Na natažené dlani leželo dvanáct malých hliníkových kuliček, vůbec prvního hliníku vyrobeného elektrolýzou. Stalo se tak 23. února 1886.“

Toto je příběh profesorky Yvette, který jsme přetiskli ze sbírky „Flash of Genius“, sestavené z primárních zdrojů americkým vědcem A. Garrettem.

Hliník v raketovém palivu

Když hliník hoří v kyslíku a fluoru, uvolňuje se velké množství tepla. Proto se používá jako přísada do raketového paliva. Raketa Saturn během svého letu spálí 36 tun hliníkového prášku. Myšlenku použití kovů jako složky raketového paliva poprvé vyjádřil F.A. Zander.

Závěr

Je známo, že v p-prvcích je p-podúroveň vnější elektronické hladiny vyplněna elektrony, které mohou obsahovat jeden až šest elektronů.

V periodické tabulce je 30 p-prvků. Tyto p-prvky nebo jejich analogy p-elektronů tvoří podskupiny IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA a VI IIA. Rozvíjí se struktura vnější elektronové úrovně atomů prvků těchto podskupin následujícím způsobem: ns2p1, ns2p2, ns2p3, ns2p4, ns2p5 a ns2p6.

Obecně mají p-prvky, kromě hliníku, relativně slabou redukční aktivitu. Naopak při přechodu z podskupiny IIIA do podskupiny VIIA je pozorován nárůst oxidační aktivity neutrálních atomů, zvyšují se hodnoty elektronové afinity a ionizační energie a zvyšuje se elektronegativita p-prvků.

V atomech p-prvků mají valenci nejen p-elektrony, ale i s-elektrony vnější úrovně. Nejvyšší kladný oxidační stav p-elektronických analogů je roven číslu skupiny, ve které se nacházejí.

Použité knihy

1. Achmetov N.S., Obecná a anorganická chemie. - M.: postgraduální škola, 1989

2. Cotton F., Wilkinson J., Fundamentals of Anorganic Chemistry. - M.: Mir, 1979

3. Nekrasov B.V., Učebnice obecné chemie. - M.: Chemie, 1981

4. S. I. Venetsky „Příběhy o kovech“, Moskva ed. Hutnictví 1986

5. Ju. V. Chodakov, V. L. Vasilevskij „Kovy“, Moskva ed. Osvícení 1966

6. A. V. Suvorov, A. B. Nikolskij „Obecná chemie“, Petrohrad ed. Chemie 1995

PLÁN:

Úvod

Fyzikální vlastnosti Al

Chemické vlastnosti Al

Příprava a použití Al

Oxid hlinitý Al 2 Ó 3

Hydroxid hlinitý Al(OH)3

Soli hliníku

Binární sloučeniny hliníku

Zájem, zájem...

Co to je - Al

O výhodách fází stárnutí a posilování

Rychlé ochlazení za vzniku krystalů

SAP a SAS

Nejen legenda

Aluminotermie

Syntetický kryolit

První katalyzátor

A to vše je oxid hlinitý!

Pouze jeden izotop

hlinitany

Učitel – o žákovi

Hliník v raketovém palivu

Závěr

Literatura

Uljanovská státní zemědělská akademie

Katedra chemie

Kontroloval: Nuretdinova R.A.

Abstraktní

"Hliník"

Provádí studentjáchod

2b fakultní skupiny

veterinární medicína