Температура плавления алюминия

Такой металл, как алюминий, очень распространен в мире. Немалое его количество содержится в организме человека, а уж в окружающем мире его еще больше. Среди материалов, из которых построены дома, а также в конструкции любого автомобиля есть некая доля алюминия.

Нередко из этого вещества изготавливаются детали мебели. И если вдруг что-то из этого сломается, то можно либо приобрести новый товар в соответствующем магазине, либо заняться самостоятельным ремонтом изделия. В последнем случае придется плавить металл в домашних условиях, а для этого уже нужно знать о некоторых свойствах этого металла.

Для изготовления какой-либо алюминиевой конструкции вовсе не обязательно подробно изучать все характеристики вещества, но на основные моменты следует обратить свое внимание, включая знание, при какой температуре плавится алюминий.

Общая информация о процессе

В твёрдом состоянии кристаллическая решётка металла состоит из зёрен, пространственно ориентированных произвольным образом (подобные структуры именуются поликристаллическими).

В процессе плавления объём металла увеличивается. У химически чистых, он происходит быстро и при определённых температурах. Пример. Фактическая температура плавления Al (t):

• сверхчистого, с процентным содержанием Al 99,996%, равняется 660,37°С;
• при снижении доли чистого металла до 99,5, t=657°С;
• при 99,0%, t=643°С.

Резкое увеличение объёма происходит под воздействием определённого тепла, инициирующего плавление. Данная величина именуется скрытой теплотой.

Последнее способствует тому, что исходная кристаллическая структура материала теряет упорядоченность и плотность. Процесс обратим (охлаждение/нагревание).

Оксид алюминия Al2O3

Оксид алюминия Al2O3, называемый также глиноземом, встречается в природе в кристаллическом виде, образуя минерал корунд. Корунд обладает очень высокой твердостью. Его прозрачные кристаллы, окрашенные в красный или синий цвет, представляют собой драгоценные камни — рубин и сапфир. В настоящее время рубины получают искусственно, сплавляя с глиноземом в электрической печи. Они используются не столько для украшений, сколько для технических целей, например, для изготовления деталей точных приборов, камней в часах и т.п. Кристаллы рубинов, содержащих малую примесь Cr2O3, применяют а качестве квантовых генераторов — лазеров, создающих направленный пучек монохроматического излучения.

Корунд и его мелкозернистая разновидность, содержащая большое количество примесей — наждак, применяются как абразивные материалы.

Температура плавления, именуемая равновесной

Любые химически чистые металлы, включая алюминий, имеют температурную характеристику, именуемую «точка плавления». Материалы, достигая её, становятся жидкими. Для незначительных объёмов образцов алюминия переход в иное агрегатное состояние происходит настолько быстро (в плане изменения температурного режима), что измерить его можно с точностью до 0,1°С.

Обратная процедура, предусматривающая переход в твёрдое состояние, происходит при достижении «точки затвердевания». При равновесных условиях, при чисто теоретическом допущении, её значение равно температуре плавления. Фактически между этими значениями существуют незначительные разбросы.

Применение металла в промышленном производстве

В естественных условиях алюминий имеет свойство образовывать тонкую оксидную пленку, что предотвращает реакции с водой и азотной кислотой (без нагрева). При разрушении пленки в результате контакта со щелочами химический элемент выступает в качестве восстановителя.

С целью предотвращения образования оксидной пленки в сплав добавляют другие металлы (галлий, олово, индий). Металл практически не подвергается коррозионным процессам. Он является востребованным материалом в различных отраслях промышленности.

Алюминий и его сплавы очень востребованы в различных сферах жизни человека.

• Алюминий считается популярным материалом для изготовления посуды, основным сырьем для авиационной и космической отрасли промышленности. Отличная электропроводность металла позволяет использовать его при напылении проводников в микроэлектронике.
• Свойство алюминия и его сплавов при низких температурах приобретать хрупкость позволяет его использовать в криогенной технике. Отражательная способность и дешевизна, легкость вакуумного напыления делают алюминий незаменимым материалом для изготовления зеркал.
• Нанесение металла на поверхность деталей турбин, нефтяных платформ придают устойчивость к коррозии сплавам из стали. Для производства сероводорода применяется сульфид металла, а чистый алюминий используется в качестве восстановителя редких сплавов из оксидов.
• Химический элемент используют как компонент соединений, например, в алюминиевых бронзах, магниевых сплавах. Наряду с другими материалами его применяют для изготовления спиралей в электронагревательных приборах. Соединения металла широко применяются в стекловарении.
• В данное время чистый алюминий редко используется в качестве материала для ювелирной бижутерии, но набирает популярности его сплав с золотом, обладающий особым блеском и игрой. В Японии металл вместо серебра используется для изготовления украшений.
• В пищевой промышленности алюминий зарегистрирован в качестве добавки. Алюминиевые банки для пива стали популярной упаковкой для напитка с 60-х годов прошлого века. Технологическая линия предусматривает производство тары 0,33 и 0,5 л. Упаковка имеет одинаковый диаметр и отличается только высотой.
• Основным преимуществом упаковки перед стеклом является возможность вторичного использования материала.
• Банки для пива (газированных напитков) выдерживают давление до 6 атмосфер, имеют куполообразное, толстое дно и тонкие стенки. Особенности технологии изготовления путем вытяжки обеспечивают конструкционную прочность и надежные эксплуатационные свойства тары.

Температуры начала и завершения плавления

Эти две величины также необходимо учитывать при рассмотрении вопроса плавления металлов:

• первая, «солидус» (твёрдый) – это значение температуры, по достижению которой начинается процесс плавления;
• вторая, «ликвидус» (жидкий) – обозначает показатель, достижение которого приводит к завершению плавления.

Сплавы на основе алюминия, начинают кристаллизоваться при достижении значения, именуемого «ликвидус». Заканчивается отверждение при достижении «солидус». Между этими значениями металл находится в кашицеобразном состоянии.

Характеристика физических и технических параметров алюминия

• Алюминий относится к самым распространенным химическим элементам и характеризуется небольшим весом, мягкостью. Основные физические параметры металла, способность образовывать устойчивые к воздействию среды соединения, позволяют его использовать в различных отраслях промышленного производства.
• Металл является привлекательным материалом для работы в домашних условиях. Удельная теплота плавления алюминия составляет 390 кДж/кг, и для литейных целей расплавить его в бытовых условиях не составляет труда.
• Плавка металла может осуществляться поверхностным и внутренним нагревом. Способ внешнего теплового воздействия не требует особого оборудования и применяется в кустарных условиях.
• Алюминий, температура плавления которого зависит от чистоты соединения, давления, для перехода в жидкое состояние требует нагрева в среднем до 660 °C или 993,5°К.
• Существуют различные мнения относительно показателя температуры плавления металла в домашних условиях, но проверить их можно только на практике.

Особенности плавления силумина

Различные сплавы, имеющие широкий температурный интервал между величинами ликвидус (солидус), именуются эвтектическими. Пример. E cплавов на основе Al, в составе которых 12,5 % Si, этот диапазон сокращён до точки плавления. Именно эта температурное значение будет называться эвтектическим. Данный сплав относится к группе силуминов, обладающих литейными свойствами. Её величина составляет 577°С.

Рост процентного содержания Si приводит к снижению величины «ликвидус» от max (значение для чистого Al составляет 660°C) с величиной «солидуса» (577°С).

Среди иных легирующих материалов следует упомянуть Mg. Эвтектической температуры в 450°С можно достичь при его содержании в 18,9%. Для Gu эта температура равна 548°С. Для Mn, 658°С.

Большинство сплавов содержит три и более легирующих элемента. Поэтому рассмотренные температуры могут быть ещё ниже.

Процесс плавления алюминия (его сплавов), весьма сложный технологический процесс. Для получения требуемого результата следует учитывать значительное количество внешних факторов, включая различные температурные характеристики.

Процесс плавления в домашних условиях

Плавление — это довольно опасный процесс. Предварительно необходимо обязательно побеспокоиться о средствах защиты от различных ядовитых веществ, которые будут образовываться, а также подготовить литейную форму.

Средства защиты

1. Не обойтись без специальных перчаток даже в том случае, если расплавить алюминий необходимо лишь единожды. Это, пожалуй, основное средство защиты, так как расплавленная масса с большой долей вероятности может попасть на руки, и тогда неминуемо на коже появится ожог, поскольку температура жидкого металла превышает 600 градусов.
2. Следующая часть тела, которую также необходимо защитить от попадания горячего алюминия — глаза. При частой плавке не обойтись без специальной защитной маски, ну или хотя бы очков. Но лучше всего работать в костюме, который устойчив к воздействию высокой температуры в несколько сотен градусов.
3. Если необходимо получить чистый алюминий, потребуется рафинирующий флюс. И тогда работать нужно в химическом респираторе.

Выбор формы для литья

Для того, чтобы отлить алюминий, необязательно запасаться литейной формой. Достаточно лишь приобрести лист из более тугоплавкого металла — из стали, вылить на него расплавленный алюминий и подождать, пока последний затвердеет. Но для получения какой-либо детали из алюминия обязательно придется приобретать форму для литья.

Ее можно изготовить самостоятельно в домашних условиях. Для этой цели обычно используется скульптурный гипс. Он заливается в форму, затем какое-то время охлаждается. После этого в него вставляют модель и сверху кладут вторую емкость с гипсом. При этом важно не забыть проделать отверстие в гипсе с помощью какого-нибудь предмета цилиндрической формы. Через это отверстие и будет заливаться горячий алюминий.

При плавлении алюминия не обойтись без так называемого тигеля: то есть емкости из тугоплавкого металла. Она может быть выполнена из фарфора, кварца, стали, чугуна. Впрочем, изготавливать тигель самостоятельно вовсе не обязательно, ведь его можно просто купить в специальном магазине. Объем тигеля зависит от того, какое количество металла требуется получить.

Использование в качестве упаковки

В каждом доме были или даже есть предметы кухонного обихода из алюминия — это ложки, чашки, поварешки, кастрюли, соковыжималки, мясорубки и многое другое. Очень популярна в кулинарном мире алюминиевая фольга, которую используют при запекании мяса и овощей или просто хранения и транспортировки пищи. Такая фольга отлично подходит для упаковки конфет, шоколада, мороженого, масла, сыра и творога.

Многие кремы и косметические средства, художественная краска (масляная, темпера, гуашь и даже акварель) упаковываются в емкость из пищевого алюминия. В них же, упаковывается и еда для космонавтов. Можно с уверенностью сказать, что алюминий, в том числе пищевой, и сплавы на его основе прочно вошли в нашу повседневную жизнь.

Алюминий пищевой широко применяется при производстве емкостей под консервы. Из-за такого распространения, ежегодно возрастает и количество алюминиевого мусора, без дела, разлагающегося на свалках.

Как сделать форму для отливки

Перед тем, как расплавить алюминий, готовят болванку для отливки. Существует несколько способов заливки жидкого расплава. Чаще используют открытый и закрытый метод. О каждом стоит рассказать подробнее.

Открытая форма

Когда плавят алюминий по открытой методике, после плавления расплав выливают в подготовленную емкость, например, жестяную банку. Алюминиевую отливку вынимают из банки в горячем виде, когда горячий расплав немного схватится сверху. Достаточно несильно постучать по емкости. Если не нужен слиток заданной геометрии, расплавленный металл выливают на любую ровную огнеупорную поверхность, он хорошо держится, не растекается, внешне напоминает ртуть.

Закрытая форма

Сложные по геометрии отливки получают в специально приготовленных формах. Она должна соответствовать параметрам детали, обычно делается разъемной. Для изготовления формы используют деталь-макет, по которому делают отливку. В качестве формующего материала используют кремнезем, он хорошо трамбуется, его несложно найти. Кремнезем заменяют:

• смесью речного песка и жидкого стекла;
• смесь песка, цемента, вместо воды добавляют тормозную жидкость;
• гипс, он удобен для сложных макетов.

Из гипса делают сплошные бесшовные формы, они одноразовые, их после застывания алюминия разбивают. Деталь-макет изготавливают из воска или пенопласта. Его помещают внутрь емкости, используемой для формы, затем заливают пустоты. Получаются ровные детали, не требующие дополнительной обработки. Когда используется гипс, его сушат в течение пары дней. Гипс боится влаги, разбухает. Он склонен к растрескиванию при высыхании. При контакте с парафином или пенопластом гипс сохраняет свою структуру, не образуется рытвин, раковин.

Марки металлических сплавов, включающие в себя алюминий

Также можно применять металлические сплавы, в которых имеется алюминий. К ним относятся марки АВ, АВМ, А0, АД1, АД1М, АЛ22, АЛ23, АМг22. Все эти сплавы активно используются для изготовления ложек.

Достаточно часто, на изделия из пищевого алюминия или его сплавов, должно быть впоследствии нанесено особое покрытие. Но это можно делать с маркой АМц, так как его химический состав полностью соответствует ГОСТу.

Пищевой алюминий давно и прочно вошел в наш ежедневный обиход. Нельзя найти кухню, в которой нет посуды, изготовленной из этого металла. Отзывы о нем лишь положительные, и, судя по всему, его популярность не думает падать.

Уменьшение температуры

Перед тем как приступать к плавке металла, можно выполнить определенные операции, которые позволят снизить температуру плавления. Например, иногда расплаву подвергают алюминиевый порошок. В порошкообразном состоянии металл начинает плавиться несколько быстрее. Но при такой обработке возникает реальная опасность того, что при взаимодействии с кислородом, который содержится в атмосфере алюминиевый порошок, начнет окисляться с большим выделением тепла и образования оксидов металла, этот процесс происходит при температуре 2300 градусов. Главное, в этот момент плавления не допустить контакта расплава и воды. Это приведет к взрыву.

Свойства сплавов металла

Показатель температурного градиента колеблется для соединений металла с другими химическими элементами, определяющими их свойства. Для литейных сплавов, содержащих магний и кремний, он составляет 500 °C.

Удельная теплота плавления определяет физическое свойство химического элемента. Для сплавов этот показатель характеризует процесс перехода из одного агрегатного состояния в другое в определенном температурном интервале.

Температура начала перехода в жидкое состояние называется точкой солидус (твердый), а окончание — ликвидус (жидкий). Соответственно начало кристаллизации будет определяться точкой ликвидус, а окончание — солидус. В температурном интервале соединение находится в переходном состоянии от жидкости к твердой фазе.

В некоторых соединениях алюминия с другими химическими элементами отсутствует интервал между температурными показателями перехода из твердого состояния в расплав. Эти сплавы называются эвтектическими.

Например, соединению алюминия с 12,5% кремния, как и чистому металлу, свойственна точка плавления, а не интервал. Этот сплав относится к литейным и характеризуется постоянной температурой 577 °C.

Оборудование и способы плавки

Прежде, чем плавить алюминий, выбирают место и способ разогрева металла. Два часто используемых варианта:

1. В гаражах или домовладениях плавят алюминий, сооружается плавильня, ее составляют из кирпича без использования связующего раствора. В качестве опоры удобен металлический каркас, в нем должно быть отверстие для нагнетания воздуха, для этого используют пылесос или фен. Самодельная печь обкладывается углем. Емкость для плавления с ломом помещают внутрь. Для лучшего сохранения тепла кирпичи сверху накрывают листом металла.
2. В домашних условиях для разогрева небольшого количества лома пользуются:

— газовой плитой, можно плавить небольшое количество лома, но выход расплава будет невысокий.

Литье плавят в стальной посуде. Для повышения скорости нагрева используют конструкцию из двух емкостей, их вставляют одна в другую с зазором 1 см. Дно большой посудины перфорируется, оно выполняет функцию пламярассекателя. Когда есть газовая горелка, совмещают нижний нагрев с верхним. Плавить металл можно быстрее.

Полезные советы

1. Расплав должен быть горячим, чтобы форма заполнялась равномерно. Его заливают, когда он приобретает консистенцию ртути.
2. Сложные по конфигурации отливки делают быстро, стараются сразу залить формы, чтобы металл не успел схватиться, не образовалось перегородок и пустот.
3. В гипс металл можно заливать по воску или пенопласту, от высокой температуры воск и пенопласт выгорают. Поверхность отливки будет ровной.
4. Для охлаждения отливку не опускают в воду, литье потрескается.
5. При расплавлении чистого алюминия применяется технология использования защитных флюсов, они предохраняют металл от окисления.

Необходимо соблюдать противопожарную безопасность, процесс литья связан с использованием открытого пламени. Важно использовать индивидуальные средства защиты: перчатки, очки.

Источник

Синтез алюминидов никеля на стальной подложке при высокоэнергетической индукционной обработке

СИНТЕЗ  АЛЮМИНИДОВ НИКЕЛЯ НА СТАЛЬНОЙ ПОДЛОЖКЕ ПРИ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ОБРАБОТКЕ

 

Щукин В.Г., Марусин В.В. (ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск, РФ)

 

The thermophysical model of induction treating of Ni-Al-mixture coatings on the steel substrate is considered. The data of experimental studying of intermetallics synthesis in these coatings under powerful induction heating are compared with results of modeling.

 

Интерметаллиды, в частности, алюминиды никеля, широко применяются на практике  как жаростойкие и прочные покрытия на металлических деталях [1, 2]. Диаграмма состояния системы Al – Ni  приведена на рис.1 [3].

 

Рисунок 1 – Диаграмма состояния системы Ni-Al: α – твердый раствор на основе Al, β – NiAl 3, γ – Ni2Al3,  δ – NiAl, ε – Ni3Al, ζ –твердый раствор на основе Ni

 

Наиболее важные из интерметаллических фаз в этой системе — высокотемпературная фаза моноалюминида никеля  NiAl, которая плавится конгруэнтно при  температуре T =1638 ⁰C; температура плавления _{фазы Ni3Al составляет Т = 1380 ⁰C; наконец, для фазы Ni2Al3 Тпл @ 1132 ⁰C.}

Методы синтеза этих фаз различны: термическая обработка исходной шихты, метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и др. [3-5]. В данной работе  исследуется процесс  синтеза поверхностных слоев  указанных  соединений при  индукционном высокоэнергетическом  нагреве  поверхности  стали, на которую предварительно нанесено исходное покрытие. Достоинство данного метода синтеза заключается в том, что нагрев исходной шихты ведется не с поверхности, а во все ее объеме, а проблема адгезии покрытия и подложки снижается за счет переходного подслоя  Ni.

Экспериментальная схема установки для индукционного высокоэнергетического нагрева нанесенных слоев приведена на рис. 2.

Эксперименты проводились с применением  высокочастотного генератора ВЧГ-30/0,44 с рабочей частотой 440 кГц. На образцы стали 45  методом газодинамического «холодного» напыления (ХГД [6]) наносился слой шихты металлов состава NiAl  или Ni₃Al толщиной 100 – 150 мкм.  Исходный диаметр частиц Ni и Al составлял в среднем 2R ~ 20 мкм. При скоростях частиц в воздушной струе свыше 1 км/с каждая частица металла при резком торможении плавится (Т_пл для Аl  и Ni составляют 930 К и 1730 К, соответственно), превращается в дискообразный сплэт толщиной h в несколько микрон и практически мгновенно кристаллизуется. Таким образом, нанесенный слой представляет собой плотную смесь перемешанных дисков Ni  и  Al, радиус которых в (4

R/3h)^1/2 раза больше радиуса исходных частиц.

Рисунок 2 —  Схема обработки

 

Мощность ВЧ генератора составляла 30 кВт, зазор между поверхностью слоя и срезом индуктора равнялся 0,1 – 0,2 мм, скорость перемещения детали относительно индуктора V_пр  лежала в пределах от 4 до 8 мм/с.

Температура поверхности образца непосредственно под индуктором измерялась с помощью лазерного ИК-термометра типа «Термикс» с лазерной фокусировкой. Рентгенофазовый анализ слоя после обработки выполнялся  на рентгеновском дифрактометре «Дрон-3» при СuK_{α– излучении с применением графитового монохроматора. Микротвердость поверхностных слоев измерялась стандартным методом на приборе ПМТ-3.}

Динамика процессов, протекающих в поверхностном слое при «нагреве — охлаждении» такова. Алюминий немагнитен, никель — ферромагнетик до точки Кюри Т_KNi = 630 K, когда его относительная магнитная проницаемость снижается до 1. Скорость нагрева покрытия снижается, но остается достаточно высокой благодаря нагреваемой индуктором поверхности стали. При достижении T=930 K плавятся частицы Аl, и процесс образования  интерметаллидов является гетерофазным (система твердое — жидкость).

Измерения температуры начинались спустя 0,5-1 сек после начала движения образца (в зависимости от скорости его движения), чтобы исключить переходные процессы. Во всех экспериментах наблюдалась быстрая стабилизация температуры поверхности на практически постоянном уровне. На рис. 3 приведены экспериментальные зависимости этой температуры от удельной мощности и скорости протяжки V_пр для различных исходных составов покрытия. Следует особо подчеркнуть, что указанные ниже величины удельной мощности носят условный характер, так как соответствуют обработке неподвижного стального образца без покрытия  ВЧ-импульсами заданной длительности. Но по этим данным можно оценить напряженность магнитного поля на поверхности, и затем использовать последнюю в расчетах нагрева всей системы покрытие-сталь при условии сохранения всех остальных параметров режима обработки на одном уровне.

Как видим, повышение скорости от 4,5 до 7,2 мм/с снижает температуру поверхности примерно на 100-200 градусов. В то же время, увеличение атомной доли Ni в покрытии от 50 до 75% практически не оказывает влияния на температуру поверхности за исключением режима обработки  с наименьшими величинами скорости протяжки и удельной мощности, когда T_пов повышается на 50 градусов

Рисунок 3 — Зависимость температуры поверхности от удельной мощности. Vпр: 1 ~ 4.5, 2~ 7.2 мм/с; начальный состав покрытия: NiAl (сплошные линии) и Ni3Al (пунктир)	Рисунок 4 — Зависимость микротвердости покрытий от удельной мощности. Vпр =4,5 мм/с.

 

По данным рентгенофазового анализа (РФА) во всех синтезированных покрытиях исходного состав NiAl следов алюминия нет, на части образцов имеются следы никеля. Для исходной смеси состава Ni₃Al в покрытиях появляется смесь фаз Ni₃Al (основная) и Ni₂Al₃, что объясняет появление следов Ni. Для исходной смеси состава NiAl покрытие состоит из фаз NiAl (основная) и Ni₂Al₃.

Зависимость микротвердости (МТ)  покрытий от   удельной мощности W_уд

для исходной шихты состава NiAl приведена на рис. 4. Как видим, она достаточно высока.  У покрытий, синтезированных из шихты с исходным составом Ni₃Al, микротвердость существенно ниже (до  2 ГПа).    

Моделирование процесса. Процесс обработки тонкого слоя частиц никеля с алюминием определенного состава и структуры толщиной h, нанесенного на сталь, непрерывным источником электромагнитного поля, движущимся параллельно поверхности образца с постоянной скоростью V_{xсхематично можно представить следующим образом (рис. 5).}  

 

Рисунок 5 — Схематичное изображение процесса и расчетной области

 

В результате диссипации энергии электромагнитного поля в проводящей среде происходит быстрое нагревание, как слоя, так и подложки, скорость которого зависит от свойств материала.  При достижении точки плавления алюминия начинает образовываться его жидкая фаза. Для слоя, находящегося в зоне максимального энерговыделения, непосредственно под индуктором, его структуру можно представить как конгломерат твердых дискообразных частиц никеля с прослойками жидкого алюминия.

В этой зоне инициализируется процесс растворения никеля в расплаве алюминия с образованием твердых и жидких растворов и интерметаллидных соединений в соответствии с фазовой диаграммой.  Степень завершения реакций образования интерметаллидов зависит от времени пребывания в зоне максимальных температур, т.е. от скорости перемещения источника нагрева. При выходе образца из зоны максимального нагрева происходит быстрая кристаллизация непрореагировавшего алюминия, а также тех интерметаллидов и растворов Ni и Al,  которые в соответствии с фазовой диаграммой могут находиться в жидком состоянии. Суммарная доля интерметаллидных фаз в дальнейшем может повыситься только за счет твердофазных реакций.

Таким образом, полная математическая модель процесса должна включать уравнение теплопроводности с источниками и стоками, уравнения Максвелла и уравнения, описывающие изменение фазового состава в каждой точке среды.

Взаимодействие никеля с алюминием носит весьма сложный характер, зависящий от условий, в которых  происходит это взаимодействие. Моделирование образования интерметаллидных фаз [3], проведенное с допущением равенства химического состава на границах раздела этих фаз своим равновесным значениям, показывает, что эти процессы очень медленны даже при температурах, близких к 1500 К. Полное растворение частиц никеля радиуса 30-40 мкм в жидком алюминии  происходит за время порядка 10³ с. Но, как было показано выше, данные РФА свидетельствуют только о «следах» наличия металлического никеля и о полном отсутствии металлического алюминия в покрытии, подвергнутом индукционному нагреву. Следовательно, либо образование интерметаллидов непосредственно в зоне воздействии мощного объемного источника тепла носит неравновесный характер, либо оно имеет место уже после выхода из этой зоны пока температура остается высокой (либо имеют место оба фактора).

Тот факт, что измерения температуры непосредственно под индуктором практически не показали существенной разницы при обработке покрытий с различным содержанием никеля, говорит, по-видимому, в пользу второго фактора. Но чтобы делать более обоснованные выводы, представляется разумным провести предварительные расчеты по упрощенной модели плавления-кристализации покрытия, не учитывающей образование интерметаллических фаз. Целью данной работы является оценка принципиальной возможности синтеза интерметаллидов при ВЧ-обработке сплэтов Ni-Al.

Обозначим параметры, относящиеся к покрытию, через индекс k=1, а параметры подложки (стали) через индекс k=2. Будем полагать сталь однофазным материалом, т.е. пренебрегаем ее возможным подплавлением в ходе обработки, а также всеми твердофазными превращениями в стали (распад перлита, образование аустенита и мартенсита). Первое допущение выполняется при выборе параметров обработки W_уд и V_пр таких, чтобы максимальная температура поверхности была много ниже точки ликвидуса 1760 К. Кинетика фазовых превращений в стали существенно влияет на распределение коэффициентов переноса в стали и на их эволюцию во времени. Но, допуская, что эти реакции проходят в квазиравновесных условиях, можно воспользоваться справочными данными по температурным зависимостям коэффициентов теплопроводности, теплоемкости, удельного сопротивления и т.д.  для данной марки стали (Ст.45). Что же касается непосредственно покрытия, то его теплофизические свойства будем определять исходя из закона аддитивности по составу.

Длина рабочей поверхности индуктора превышает ширину образца 2W, поэтому можно полагать, что поле на поверхности образца вдоль оси z  распределено равномерно и зависит только от координат x и y. Тогда можно ограничиться рассмотрением процессов, проходящих в поперечном сечении образца, проведенном через его середину. В этом случае уравнения теплопроводности и электромагнетизма в неподвижной системе координат, связанной с начальной позицией центра индуктора, записанные отдельно для покрытия (0 ≤ y  ≤ h, k=1) и подложки (h < y  ≤ D, k=2), имеют вид:

                                                  (1)

Здесь  p_{эм k} — объемная плотность мощности энерговыделения в k-ом слое (k=1, 2), равная:

μ_k  — относительные магнитные проницаемости, являющиеся функциями температуры и эффективной напряженности магнитного поля, а для покрытия – также и его состава:

γ, λ, ρ –плотность, коэффициент теплопроводности и удельное сопротивление в точке с координатами (x, y),  соответственно. Для углеродистых сталей зависимость μ⁰(H) при T=0⁰C равна μ⁰₂=5∙10⁵H^-0.894  при H >10³ А/м. Для никеля в области малых напряженностей поля μ⁰_Ni≈2 μ⁰₂/3. Так как в литературе отсутствуют данные по кривым намагничивания никеля в условиях очень больших H =10⁵-10⁶ А/м, то в работе это соотношение распространяется на весь диапазон возможных значений H.

Полагая контакт между покрытием и сталью идеальным, условия сопряжения магнитного и температурного полей на границе раздела имеют вид:

                                                               (2)

На поверхности покрытия должны выполняться следующие условия:

 

                                                               (3)

где функции  

 

 

 

описывают распределение магнитного поля на поверхности. Распределения компонент вектора напряженности магнитного поля на поверхности Φ₁(x) и Φ₂(x) аппроксимировались функциями Больцмана. Необходимые параметры, как и амплитуда  Н_max,  определялись путем сравнения проведенных предварительно расчетов динамики энергопоглощения в стали с данными, полученными экспериментальным путем [7].

Наконец, система (1) замыкается условием конвективно-радиационного теплообмена покрытия с окружающей средой и граничными условиями 1 и 2-го  рода на прочих границах:

                                            (4)

где α^t — коэффициент теплообмена, зависящий, в общем случае, от температуры.

Начальный состав покрытия задается мольным соотношением 

Положим, что это соотношение выполняется во всех точках покрытия, т.е. в процессе напыления частицы никеля и алюминия (дискообразные сплэты) распределяются на подложке равномерно. Объемные фракции компонентов покрытия (т.е. доли Ni и Al) равны:

Здесь M – молекулярные  и атомные веса, γ – удельный вес.

Толщина покрытия h=100-150 мкм сравнима с глубиной проникновения поля в покрытие δ=[ρ/(πfμ₀μ)]^1/.2. Действительно,   при высоких значениях напряженности магнитного поля порядка 10⁵-10⁶А/м, которые имеют место при удельной мощности W=5-10 кВт/см², относительная магнитная проницаемость ферромагнитной компоненты покрытия (никеля) не превышает 10, что при частоте  f=440 кГц  и начальной температуре 300 К дает δ ~125 мкм для алюминия и δ ~ 65 мкм для никеля, и можно допустить практически одновременное расплавление алюминиевых сплэтов по всей толщине покрытия. Поэтому нет необходимости в строгом определении поверхности плавления (кристаллизации), и для учета плавления-кристаллизации алюминия можно использовать эффективную теплоемкость C_эф:

 

Здесь f^s_Al,  f^l_Al –доля твердой и жидкой фракции алюминия во общей доле алюминия в покрытии, соответственно; c^s_Al,  c^l_Al –зависящие от температуры удельные теплоемкости алюминия в твердом и жидком состоянии; L_m – удельная теплота плавления алюминия, поглощение или выделение которой «размазывается» по температурному интервалу шириной ΔT=5-10 градусов вокруг точки плавления T_m=633 K в параболической зависимости от f^l:

 

                               f^s_Al =1- f^l_Al .

Пренебрегая пористостью покрытия, можем записать для эффективной теплоемкости всего покрытия:

Коэффициенты теплопроводности покрытия и его удельного сопротивление определяются аналогично:

Данные о теплофизических свойствах отдельных компонентов покрытия и подложки  и их температурные зависимости брались из справочной литературы [8] и приведены на рис. 6.   

а	в
б	Рисунок 6 — Зависимости коэффициентов теплопроводности (а), удельной теплоемкости (б) и удельного сопротивления (в) от температуры

 

На рис. 7 приведены результаты расчетов среднего энергопоглощения  в стали 45 в зависимости от времени действия ВЧ-импульса для V_x=0. Как видно, в диапазоне t_имп от 60 до 90 мс экспериментально полученным при четырех режимах нагрева значениям W_уд = 5, 6 и 7 кВт/см² соответствуют, с известным приближением, расчеты по модели с постоянной амплитудой напряженности магнитного поля на поверхности стали H_max=1.86, 2.1 и 2.2.∙10⁵ А/м. Последние значения были использованы далее при расчете прогрессивного (V_x>0) индукционного нагрева стали с покрытием.

Рисунок 7 — Расчетные (сплошные линии) и измеренные (*) значения средней за импульс удельной мощности энерговыделения в зависимости от длительности импульса (f=0,44 МГц). Цифры у кривых – Нmaxx10-5, А/м.	Рисунок 8 — Распределение температуры по поверхности покрытия NiAl в квазистационарном режиме. Wуд=5 кВт/см2, Vx= 4.5 (1) и 7.2 мм/с (2)

 

Квазистационарные решения задачи (1-4) приведены на рис. 8. Из них следует, что время установления квазистационарного состояния  t_кваз значительно превышает  времена обработки 5-10 сек, как правило, имевшие место в экспериментах. Так, при минимальной скорости протяжки V_x= 4.5 мм/с расстояние, на которое распространяется влияние источника нагрева,  равно ≈135 мм, откуда t_кваз≈135/4.5=30 сек. Примерно то же справедливо при V_x= 7.2мм/с: t_кваз≈200/7.2≈27 сек. Следовательно, моделирование на основе решения задачи нестационарного теплообмена должно дать более адекватные экспериментам результаты.

Система уравнений (1)-(4) решалась методом конечных разностей на регулярной сетке с размерами шагов по оси x h_x=100 мкм и по y h_y=30 мкм. Число узлов равнялось, соответственно, N_x=800 и N_y=200. Шаг по времени варьировался от 0.5 мс до 2 мс. На рис. 9 приведены результаты расчетов динамики нагрева в точке поверхности, лежащей под центром индуктора, при различных скоростях движения детали относительно индуктора и мощности импульса обработки. Характерным для всех вариантов расчета является либо прекращение, либо очень слабое повышение температуры поверхности  в зоне непосредственно под индуктором уже спустя 0,8-0,9 секунды после начала обработки. Как видно, наблюдается довольно хорошее согласие между этими «предельными» температурами и  экспериментально измеренными значениями, особенно, для режимов обработки с меньшими удельными мощностями. При W>6 кВт/см² расчеты по модели дают завышение примерно на 100 градусов.

 

а

б

в

Рисунок 9 – Динамика нагрева в центре ЗТВ при W= 5 (а), 6 (б) и 7 кВт/см2 (в).  Vпр=4.5 (1, 3) и 7.2 мм/с (2), состав покрытия Ni:Al =1 (1, 2) и 3 (3) —◊— эксперимент

 

Увеличение в покрытии атомной доли Ni значительно повышает скорость нагрева на начальном этапе (до момента достижения точки Кюри для стали), но при более высоких температурах динамика нагрева практически не зависит от состава покрытия (рис. 9б, срав. кривые 1 и 3). Это превосходно согласуется с экспериментом.

Имея в виду сильную экзотермичность реакций образования интерметаллидов смеси Ni и Al [3] и существенное падение электропроводности покрытия с ростом температуры (рис. 6в), что должно привести к дополнительному повышению поглощения энергии электромагнитного поля, можно сделать вывод, что непосредственно в зоне энерговыделения интерметаллиды не успевают образоваться. Степень завершенности металлохимических реакций будет определяться временем пребывания в области температур выше точки плавления Al. Протяженность этой области δX_пл уже начиная с t ≈ 600 мс превышает ширину  d=3 мм зоны энерговыделения (рис. 10). По мере установления квазистационарного режима теплообмена эта величина может возрасти до 8-10 мм (рис. 8).

Рисунок 10 – Протяженность зоны плавления алюминия в зависимости от времени. Wуд=6 кВт/см2, Vx= 4.5 мм/с, состав: Ni:Al=1(1) и 3(2)

 

Литература

1. Darolia R. NiAl Alloys for high temperature structural applications // J. Met. 1991. V.43, N3. P.44-49.
2. Dey G.R., Sekhar J.A. Micropyretic synthesis of tough NiAl alloys // Metall. Mater. Trans. B28. 1997. P.905.
3. Ковалев О.Б., Неронов В.А. Металлохимический анализ реакционного взаимодействия в смеси порошков никеля и алюминия // Физика горения и взрыва. 2004. Т.40, №2. С.52-60. 
4. O.V.  Lapshin, V.E. Ovcharenko, E.N. Boyangin. Thermokinetic and Thermal-Physics Parameters of High-Temperature Synthesis of Intermetallide Ni₃Al by Thermal Shock of a Powder Mixture of Pure Elements // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2002. V.38, N4. P.430-434.
5. B.B. Khina, B. Formanek. Modeling Heterogeneous Interaction during SHS in the Ni-Al System: A Phase-Formation-Mechanism Map // Int. J. Self-Propagating High-Temp. Synth. 2007. V.16, N2. P.51-61.
6. Алхимов А.П., Косарев В.Ф., Папырин А. Н. Метод «холодного» газодинамического напыления // Докл. АН СССР. 1990. Т.315. С.1062-1065.
7. Щукин В.Г., Марусин В.В. Моделирование энергопоглощения в стали при обработке мощными высокочастотными импульсами различной частоты //ПМТФ. 2004. Т. 45, N 6. С.  154-168.
8. Б.Г. Лившиц, В.С. Крапошин, Я.Л. Линецкий. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980. 320 с.

15.1. Свойства алюминия и его соединений

15.1. Свойства алюминия и его соединений

15.1. Свойства алюминия и его соединений

Содержание > ГЛАВА 15. Электрометаллургия силикоалюминия > 15.1. Свойства алюминия и его соединений

Алюминий элемент ІІІ группы Периодической системы Д.И.Менделеева. Порядковый номер 13, атомная масса 26,98, конфигурация внешней электронной оболочки 6s², кристаллическая решетка гранецентрированного куба (а = 0,4040 нм), температура плавления 660°С, температура кипения 2452°С, плотность 2,69 г/см³. С ^O_P = 24,35 Дж/(моль×K), S = 28 Дж/(моль×K).
Система Al–Si(рис.15.1). Диаграмма состояния системы Al–Si эвтектического типа. Эвтектика имеет координаты t_эв = 577°С и 12% Si. Растворимость кремния в твердом алюминии при эвтектической температуре составляет ~ 1,5%.

Рис. 15.1. Диаграмма равновесного состояния системы Al–Si

Система Al–C (рис. 15.2). Взаимодействие алюминия с углеродом сопровождается образованием карбида Al₄C₃ по реакции:

4Al_ж + 3С_т = Al₄C₃; ∆G = –215688 + 41,8Т, Дж/моль.

Рис. 15.2. Диаграмма равновесного состояния система Al–C

Растворимость С в жидком Al незначительна, что следует из приведенных данных:

Система Al–Si–C (Al₄C₃–SiC) (рис. 15.3). В тернарной системе образуются два тройных соединения Al₄SiC₄ (15,46% Al, 15,35% Si, 26,22% C) и Al₈SiC₇ (68,5% Al, 8,54% Si, 25,61% C), которые инконгруэнтно плавятся при 2350 и 2360 K соответственно.

Система Al–Ca(рис. 15.4). При выплавке силикоалюминия для последующего металлургического передела с целью получения литейных сплавов, кальций рассматривается как примесный элемент. В связи с этим представляет интерес знание равновесия фаз в системе Al–Ca.

Рис. 15.3. Диаграмма фазовых равновесий в системе Al4C3–SiC

Рис. 15.4. Диаграмма равновесного состояния системы Al–Ca

Как следует из рис. 15.4 в системе образуется ряд алюминидов кальция, среди которых наиболее «тугоплавким» является Al₂Ca (57,44% Al, 42,56% Са) (t_пл = 1079°С). В системе имеются три эвтектики, одна с температурой плавления 615°С и две с близкими температурами около 550°С.
Зависимости изменения энергии Гиббса образования алюминидов кальция от температуры описываются уравнениями (в Дж/моль):

∆G°(Al₄Ca) = –28968 + 15,296T,
∆G°(Al₂Ca) = –41732 + 19,156T/

Система Al–O (рис. 15.5). Высший оксид Al₂O₃ (0,53% Al) плавится при 2054°С, а кипит при 2452°C. Зависимость изменения энергии Гиббса реакции образования Al₂O₃ от температуры в интервале 1500-2000 K и описывается уравнением:

4/3Al_ж + О₂ = 2/3Al₂O₃;
∆G = –636210 – 10,47ТlgT + 223Т, Дж/моль.

Рис. 15.5. Диаграмма равновесного состояния системы Al–O

При высоких температурах в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала газовой фазы в парообразном состоянии могут находиться субсоединения AlO, Al₂O и Al₂O₂.

Система Al–O–C (Al₂O₃–Al₄C₃) (рис. 15.6). При восстановлении алюминия из Al₂O₃ углеродом создаются термодинамические условия для образования тугоплавких оксикарбидов Al₄O₄C (58,6% Al, 34,7% O и 6,52% С) и Al₂OC (65,8% Al, 19,51% O и 14,69% С). Тетракарбид Al₄O₄C устойчив до 1890°С. При этой температуре он перитектически превращается в Al₂OC и жидкость. Монооксикарбид Al₂OC при ~ 2000°С также перитектически превращается в карбид Al₄C₃ и жидкость. Эвтектика состава Al₂O₃+Al₄O₄C плавится при ~1835°С.

Рис. 15.6. Диаграмма фазовых равновесий в система Al₂O₃– Al₄C₃

физические свойства, получение, применение, история :: ТОЧМЕХ

Физические свойства алюминия

Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления 660°C.

По распространенности в земной коре алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния среди всех атомов и 1-е место — среди металлов.

К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов.

Алюминий и его сплавы делятся по способу получения на деформируемые, подвергаемые обработке давлением и литейные, используемые в виде фасонного литья; по применению термической обработки — на термически не упрочняемые и термически упрочняемые, а также по системам легирования.

Получение

Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году. Современный метод получения разработали независимо друг от друга американец Чарльз Холл и француз Поль Эру. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.

Применение

Алюминий широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — легкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной пленкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки.

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий).

Электропроводность алюминия сравнима с медью, при этом алюминий дешевле. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Правда, у алюминия как электротехнического материала есть неприятное свойство — из-за прочной оксидной пленки его тяжело паять.

Благодаря комплексу свойств широко распространен в тепловом оборудовании.

Внедрение алюминиевых сплавов в строительстве уменьшает металлоемкость, повышает долговечность и надежность конструкций при эксплуатации их в экстремальных условиях (низкая температура, землетрясение и т.п.).

Алюминий находит широкое применение в различных видах транспорта. На современном этапе развития авиации алюминиевые сплавы являются основными конструкционными материалами в самолетостроении. Алюминий и сплавы на его основе находят все более широкое применение в судостроении. Из алюминиевых сплавов изготовляют корпусы судов, палубные надстройки, коммуникацию и различного рода судовое оборудование.

Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и легкого материала.

Драгоценный алюминий

В настоящее время алюминий является одним из самых популярных и нашедших широкое применение металлов. С самого момента открытия в середине XIX века его считали одним из ценнейших благодаря удивительным качествам: белый как серебро, легкий по весу и не подверженный воздействию окружающей среды. Стоимость его была выше цен на золото. Не удивительно, что в первую очередь алюминий нашел свое применение в создании ювелирных изделий и дорогих декоративных элементов.

В 1855 г. на Универсальной выставке в Париже алюминий был самой главной достопримечательностью. Изделия из алюминия располагались в витрине, соседствующей с бриллиантами французской короны. Постепенно зародилась определенная мода на алюминий. Его считали благородным малоизученным металлом, используемым исключительно для создания произведений искусства.

Наиболее часто алюминий использовали ювелиры. При помощи особой обработки поверхности ювелиры добивались наиболее светлого цвета металла, из-за чего его часто приравнивали к серебру. Но в сравнении с серебром, алюминий обладал более мягким блеском, чем обуславливалась еще большая любовь к нему ювелиров.

Так как химические и физические свойства алюминия сначала были слабо изучены, ювелиры сами изобретали новые техники его обработки. Алюминий технически легко обрабатывать, этот мягкий металл позволяет создавать отпечатки любых узоров, наносить рисунки и создавать желаемой формы изделия. Алюминий покрывался золотом, полировался и доводился до матовых оттенков.

Но со временем алюминий стал падать цене. Если в 1854-1856 годах стоимость одного килограмма алюминия составляла 3 тысячи старых франков, то в середине 1860-х годов за килограмм этого металла давали уже около ста старых франков. Впоследствии из-за низкой стоимости алюминий вышел из моды.

В настоящее время самые первые алюминиевые изделия представляют большую редкость. Большинство из них не пережило обесценивания металла и было заменено серебром, золотом и другими драгоценными металлами и сплавами. В последнее время вновь наблюдается повышенный интерес к алюминию у специалистов. Этот металл стал темой отдельной выставки , организованной в 2000 году Музеем Карнеги в Питсбурге. Во Франции расположен Институт истории алюминия, который в частности занимается исследованием первых ювелирных изделий из этого металла.

В Советском союзе из алюминия делали общепитовские приборы, чайники и т.д. И не только. Первый советский спутник был выполнен из алюминиевого сплава. Другой потребитель алюминия — электротехническая промышленность: из него делаются провода высоковольтных линий передач, обмотки моторов и трансформаторов, кабели, цоколи ламп, конденсаторы и многие другие изделия. Кроме того, порошок алюминия применяют во взрывчатых веществах и твердом топливе для ракет, используя его свойство быстро воспламеняться: если бы алюминий не покрывался тончайшей оксидной пленкой, то мог бы вспыхивать на воздухе.

Последнее изобретение — пеноалюминий, т.н. «металлический поролон», которому предсказывают большое будущее.

• Полный каталог статей

Алюминий и его реакция с водой

[Deposit Photos]

Впервые алюминий был получен лишь в начале XIX века. Cделал это физик Ганс Эрстед. Свой эксперимент он проводил с амальгамой калия, хлоридом алюминия и ртутью.

Кстати, название этого серебристого материала произошло от латинского слова «квасцы», потому что именно из них добывается этот элемент.

Квасцы [Wikimedia]

Квасцы – это природные минералы на основе металлов, которые объединяют в своем составе соли серной кислоты.

Раньше алюминий считался драгоценным металлом и стоил на порядок дороже, чем золото. Объяснялось это тем, что металл было довольно сложно отделить от примесей. Так что позволить себе украшения из алюминия могли только богатые и влиятельные люди.

Японское украшение из алюминия [Wikimedia]

Но в 1886 году Чарльз Холл придумал метод по добыче алюминия в промышленном масштабе, что резко удешевило этот металл и позволило применять его в металлургическом производстве. Промышленный метод заключался в электролизе расплава криолита, в котором растворен оксид алюминия.

Алюминий — очень востребованный металл, ведь именно из него изготавливаются многие вещи, которыми человек пользуется в быту.

Применение алюминия

Благодаря ковкости и легкости, а также защищенности от коррозии, алюминий является ценным металлом в современной промышленности. Из алюминия изготавливают не только кухонную посуду — он широко используется в авто- и авиастроительстве.

Также алюминий является одним из самых недорогих и экономичных материалов, так как его можно использовать бесконечно, переплавляя ненужные алюминиевые предметы, например, банки.

Алюминиевые банки [Deposit Photos]

Металлический алюминий безопасен, но его соединения могут оказывать токсическое действие на человека и животных (особенно хлорид, ацетат и сульфат алюминия).

Физические свойства алюминия

Алюминий — достаточно легкий металл серебристого цвета, который может образовывать сплавы с большинством металлов, особенно с медью, магнием и кремнием. Также он весьма пластичен, его без труда можно превратить в тонкую пластинку или же фольгу. Температура плавления алюминия = 660 °C, а температура кипения — 2470 °C.

Химические свойства алюминия

При комнатной температуре металл покрывается прочной пленкой оксида алюминия Al₂O₃, которая защищает его от коррозии.

С окислителями алюминий практически не реагирует из-за защищающей его оксидной пленки. Однако ее можно легко разрушить, чтобы металл проявил активные восстановительные свойства. Разрушить оксидную пленку алюминия можно раствором или расплавом щелочей, кислотами или же с помощью хлорида ртути.

Благодаря восстановительным свойствам алюминий нашел применение в промышленности — для получения других металлов. Этот процесс называется алюмотермией. Такая особенность алюминия заключается во взаимодействии с оксидами других металлов.

Алюмотермическая реакция с участием оксида железа (III) [Wikimedia]

Например, рассмотрим реакцию с оксидом хрома:

Cr₂O₃ + Al = Al₂O₃ + Cr.

Алюминий хорошо вступает в реакцию с простыми веществами. Например, с галогенами (за исключением фтора) алюминий может образовать иодид, хлорид, или бромид алюминия:

2Al + 3Cl₂ → 2Al­Cl₃

С другими неметаллами, такими как фтор, сера, азот, углерод и т.д. алюминий может реагировать только при нагревании.

Также серебристый металл вступает в реакцию и со сложными химическими веществами. Например, с щелочами он образует алюминаты, то есть комплексные соединения, которые активно используются в бумажной и текстильной промышленности. Причем в реакцию вступает как гидроксид алюминия

Al(ОН)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]),

так и металлический алюминий или же оксид алюминия:

2Al + 2NaOH + 6Н₂О = 2Na[Al(OH)₄] + ЗН₂.

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄]

С агрессивными кислотами (например, с серной и соляной) алюминий реагирует довольно спокойно, без воспламенения.

Если опустить кусочек металла в соляную кислоту, то пойдет медленная реакция — сначала будет растворяться оксидная пленка — но затем она ускорится. Алюминий растворяется в соляной кислоте с выделением водорода. В результате реакции получается хлорид алюминия:

Al₂O₃ + 6HCl = 2Al­Cl₃ + 3H₂O

2Al + 6HCl → 2Al­Cl₃ + 3H₂.

Хлорид алюминия [Wikimedia]

Здесь вы найдете интересные опыты на изучение химических свойств металлов.

Реакция алюминия с водой

Если опустить алюминиевую стружку в обычную воду, ничего не произойдет, потому что алюминий защищен оксидной пленкой, которая не дает этому металлу вступить в реакцию.

Только сняв защитную пленку хлоридом ртути, можно получить результат. Для этого металл нужно вымачивать в растворе хлорида ртути на протяжении двух минут, а затем хорошо его промыть. В результате получится амальгама, сплав ртути и алюминия:

3Hg­CI₂ + 2Al = 2Al­CI₃ + 3Hg

Причем она не удерживается на поверхности металла. Теперь, опустив очищенный металл в воду, можно наблюдать медленную реакцию, которая сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида алюминия:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂.

Российские материаловеды разработали материал с рекордной температурой плавления

Материалы Химия

17:48 22 Май 2020

Сложность 3.5

Buinevich et al. / Ceramics International, 2020

Материаловеды из НИТУ «МИСиС» синтезировали новый материал с ультравысокой температурой плавления — нестехиометрический карбонитрид гафния. Точно измерить его температуру плавления ученые пока не смогли, но она выше чем у карбида гафния, наиболее тугоплавкого из известных на сегодняшний день материалов. Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.

Соединения с ультравысокой — 2000 градусов Цельсия и выше — температурой плавления используются во многих областях современных технологий. Особенно востребованы такие материалы в аэрокосмической отрасли: например, из них изготавливают покрытия для носовых обтекателей и передних кромок крыльев многоразовых воздушно-космических самолетов — при выходе из атмосферы температура этих деталей может достигать 4000 градусов Цельсия. Чтобы найти материалы с высокой температурой плавления, а также подходящими механическими свойствами, материаловеды экспериментируют с различной керамикой: оксидами, нитридами, карбидам и боридами переходных металлов. В настоящее время самым тугоплавким материалом называют нестехиометрический карбид гафния HfC_0.98 — для него была зафиксирована температура плавления 3927 градусов Цельсия.

Исследователи из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» под руководством Дмитрия Московских (Dmitry O. Moskovskikh) разработали новый материал с ультравысокой температурой плавления — нестехиометрический карбонитрид гафния. Теоретические расчеты указывали на то, что такие соединения будут еще более тугоплавкими, чем чистые карбиды, и их температура плавления может преодолеть порог в 4000 градусов Цельсия. Однако синтез карбонитридов гафния весьма сложен, поэтому получить и протестировать их на практике до недавнего времени никому не удавалось.

Сотрудники «МИСиС» предложили для получения нестехиометрических карбонитридов гафния новый метод, который состоит из трех последовательных стадий. В начале порошок гафния смешивают с порошком угля в мольном соотношении 2:1 и перемалывают в высокоскоростной барабанно-шаровой мельнице в течение пяти минут. Помол проводится в инертной атмосфере — это нужно, чтобы избыток гафния не вступил в реакцию с кислородом. Активированный в шаровой мельнице композит Hf/C с размером частиц 20-100 микрон затем «сжигают» в азоте. Этот процесс называется самораспространяющийся высокотемпературный синтез, для него необходимо высокое давление азота — 8 атмосфер. На этой стадии азот внедряется в кристаллическую решетку композита, превращая его в нестехиометрический карбонитрид. Заключительный шаг — искровое плазменное спекание в атмосфере азота при температуре 2000 градусов Цельсия, которое формирует из карбонитридного порошка объемные диски диаметром 15 милиметров и толщиной 2-3 милиметра. По данным энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии соотношение углерода к азоту в полученных образцах оказалось 1.42. Таким образом, приблизительная формула финального соединения — HfC_0.5N_0.35.

Эксперимент по сравнению температур плавления

Buinevich et al. / Ceramics International, 2020

Поделиться

Измерить такие высокие значения температуры плавления в лабораторных условиях напрямую очень сложно. Поэтому авторы решили проверить температуру плавления нового материала косвенно — путем сравнения с действующим рекордсменом тугоплавкости, карбидом гафния HfC_{0.98. Для этого спрессованные образцы двух материалов разместили на графитовой пластине, имеющей форму гантели и сверху накрыли аналогичной пластиной, чтобы избежать тепловых потерь. Затем полученную конструкцию при помощи молибденовых электродов подключили к аккумулятору и пропустили через нее ток в 1200 Ампер. Под действием такого мощного электрического тока графит сильно разогревается, при этом самая высокая температура устанавливается в узкой части гантели — там где находятся образцы. Сравнение микрофотографий образцов до и после нагрева показало, что карбонитрид гафния имеет температуру плавления выше: его микроструктура не изменилась, в то время, как на снимках карбида гафния можно увидеть дендритовидные образования — следы того, что образец расплавился и вновь затвердел. Таким образом, можно сказать, что температура плавления HfC0.5N0.35 выше, чем у всех известных ранее материалов — скорее всего, она лежит в промежутке между 4000 и 4200 градусами Цельсия.}

В дальнейшем авторы планируют уточнить температуру плавления методом высокотемпературной лазерной или электрической пирометрии, а также изучить стабильность нового материала в гиперзвуковых условиях, что будет актуальным для его дальнейшего применения в аэрокосмической промышленности.

В 2018 году материаловеды из «МИСиС» также предложили новый способ получения так называемых объемных MAX-фаз — слоистых смешанных карбидов, которые сочетают в себе свойства металлов и керамики. Для этого они использовали комбинацию методов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и сдвиговой деформации под давлением.

Наталия Самойлова

Алюминий — (Al) — Химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду

Название «алюминий» происходит от древнего названия квасцов (сульфат калия-алюминия), которое называлось «квасцы» (лат. означает «горькая соль»). Алюминий был первоначальным названием, данным элементу Хамфри Дэви, но другие называли его алюминием, и это название стало общепринятым в Европе. Однако в США предпочтительным названием был алюминий, и когда Американское химическое общество обсуждало этот вопрос в 1925 году, оно решило придерживаться алюминия.
Алюминий — мягкий и легкий металл. Он имеет тусклый серебристый вид из-за тонкого слоя окисления, который быстро образуется при контакте с воздухом. Алюминий нетоксичен (как металл), немагнитен и не искробезопасен.

Алюминий имеет только один встречающийся в природе изотоп, алюминий-27, который не является радиоактивным.

Области применения

Серебристый и пластичный представитель группы бедных металлов, алюминий встречается главным образом в виде боксита руды и отличается своей устойчивостью к окислению (на самом деле алюминий почти всегда уже окислен, но его можно использовать в этой форма в отличие от большинства металлов), его прочность и легкий вес. Алюминий используется во многих отраслях промышленности для производства миллионов различных продуктов и очень важен для мировой экономики. Конструкционные компоненты, изготовленные из алюминия, жизненно важны для аэрокосмической промышленности и очень важны в других областях транспорта и строительства, где необходимы легкий вес, долговечность и прочность.
Использование алюминия превышает использование любого другого металла, кроме железа. Чистый алюминий легко образует сплавы со многими элементами, такими как медь, цинк, магний, марганец и кремний.
Почти все современные зеркала изготавливаются с использованием тонкого отражающего покрытия из алюминия на задней поверхности листа флоат-стекла. Зеркала телескопа также покрыты тонким слоем алюминия.
Другими областями применения являются линии электропередачи и упаковка (банки, фольга и т. д.).
Из-за его высокой проводимости и относительно низкой цены по сравнению с медью алюминий в значительной степени был внедрен в бытовую электропроводку в США в 1960-е годы. К сожалению, проблемы с функционированием были вызваны его большим коэффициентом теплового расширения и тенденцией к ползучести при постоянном постоянном давлении, что в конечном итоге привело к ослаблению соединения; гальваническая коррозия, увеличивающая электрическое сопротивление.
Самая последняя разработка в области алюминиевой технологии – производство алюминиевой пены путем добавления в расплавленный металл соединения (металлического гибрида), которое выделяет газообразный водород. Перед этим расплавленный алюминий должен загустеть, что достигается добавлением волокон из оксида алюминия или карбида кремния. В результате получается твердая пена, которая используется в транспортных туннелях и в космических челноках.

Алюминий в окружающей среде

Алюминий является распространенным элементом в земной коре: считается, что его содержание составляет от 7,5% до 8,1%. Алюминий очень редко встречается в свободном виде. Алюминий вносит большой вклад в свойства почвы, где он присутствует в основном в виде нерастворимого гидроксида алюминия.
Алюминий является химически активным металлом, и его трудно извлечь из руды, оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ). Алюминий является одним из самых трудных для очистки металлов на земле, причина в том, что алюминий очень быстро окисляется и что его оксид представляет собой чрезвычайно стабильное соединение, которое, в отличие от ржавчины на железе, не отслаивается. Сама причина, по которой алюминий используется во многих приложениях, заключается в том, почему его так сложно производить.
Некоторые драгоценные камни сделаны из прозрачной кристаллической формы оксида алюминия, известной как корунд. Присутствие следов других металлов создает различные цвета: кобальт создает синие сапфиры, а хром — красные рубины. И то, и другое теперь легко и дешево производить искусственно. Топаз — это силикат алюминия, окрашенный в желтый цвет следами железа.
Восстановление этого металла из металлолома (через переработку) стало важным компонентом алюминиевой промышленности. Промышленное производство нового металла во всем мире составляет около 20 миллионов тонн в год, и такое же количество перерабатывается. Разведанные запасы руд составляют 6 млрд тонн.

Алюминий является одним из наиболее широко используемых металлов, а также одним из наиболее часто встречающихся соединений в земной коре. Из-за этих фактов алюминий широко известен как невинное соединение. Но все же, когда человек подвергается воздействию высоких концентраций, это может вызвать проблемы со здоровьем. Водорастворимая форма алюминия вызывает вредное воздействие, эти частицы называются ионами. Обычно они находятся в растворе алюминия в сочетании с другими ионами, например, в виде хлора алюминия.

Поглощение алюминия может происходить через пищу, через дыхание и при контакте с кожей. Длительное потребление значительных концентраций алюминия может привести к серьезным последствиям для здоровья, таким как:

— Поражение центральной нервной системы
— Деменция
— Потеря памяти
— Вялость
— Сильная дрожь

Алюминий представляет опасность в определенных рабочие среды, такие как шахты, где его можно найти в воде. У людей, работающих на заводах, где в производственных процессах применяется алюминий, могут возникнуть проблемы с легкими, когда они вдыхают алюминиевую пыль. Алюминий может вызвать проблемы у пациентов с почками, когда он попадает в организм во время почечного диализа.

Сообщалось, что вдыхание мелкодисперсного порошка алюминия и оксида алюминия вызывает легочный фиброз и повреждение легких. Этот эффект, известный как болезнь Шейвера, осложняется присутствием во вдыхаемом воздухе кремнезема и оксидов железа. Также может быть причастен к болезни Альцгеймера.

Воздействие алюминия привлекло наше внимание, в основном из-за проблем с окислением. Алюминий может накапливаться в растениях и вызывать проблемы со здоровьем у животных, потребляющих эти растения.

Концентрации алюминия самые высокие в подкисленных озерах. В этих озерах численность рыб и земноводных снижается за счет реакций ионов алюминия с белками в жабрах рыб и зародышах лягушек.
Высокие концентрации алюминия оказывают воздействие не только на рыб, но и на птиц и других животных, потребляющих зараженную рыбу и насекомых, а также на животных, которые вдыхают алюминий через воздух. Последствия для птиц, потребляющих зараженную рыбу, заключаются в истончении яичной скорлупы и низкой массе тела при рождении. Последствиями для животных, которые вдыхают алюминий через воздух, могут быть проблемы с легкими, потеря веса и снижение активности.

Другим негативным воздействием алюминия на окружающую среду является то, что его ионы могут реагировать с фосфатами, в результате чего фосфаты становятся менее доступными для водных организмов.

Высокие концентрации алюминия могут быть обнаружены не только в подкисленных озерах и воздухе, но и в подземных водах подкисленных почв. Имеются убедительные доказательства того, что алюминий может повредить корни деревьев, если он находится в грунтовых водах.

Мы расскажем вам больше о поведении алюминия в воде

Назад к периодической диаграмме

Точки плавления и кипения за период 3

Результаты обучения

Изучив эту страницу, вы сможете:

• описывать и объяснять тенденции изменения температур плавления и кипения за период 3

Температуры плавления и кипения

В таблице показаны температуры плавления и кипения элементов от Na до Ar.

Элемент	Символ	Атомный номер	Точка плавления /K	Точка кипения /К
натрий	На	11	371	1156
магний	мг	12	922	1380
алюминий	Ал	13	933	2740
кремний	Си	14	1683	2628
фосфор	Р	15	317	553
сера	С	16	392	718
хлор	Кл	17	172	238
аргон	Ар	18	84	87

Температуры даны в кельвинах, К.

Вы можете легко преобразовать K в °C и обратно:
°С = К + 273 (например, 100 °С = 373 К)
K = °C – 273 (например, 273 K = 0 °C)

Строго говоря, должно быть 273,15, а не 273, но менее точное значение допустимо на уровне A.

Описание тренда

На графике показано, как точки плавления и кипения меняются в течение периода 3.

На этом графике много чего происходит, поэтому часто проще разделить его на три части. В таблице ниже приведен краткий обзор этих разделов.

Элементы	Тип элемента	Тип конструкции	Описание
Na, Mg, Al	металл	металлический	т.пл. и п.н. увеличиваются от Na до Al
Си	металлоид	гигантская ковалентная связь	мп больше, чем Al п. н. между Mg и Al
P, S, Cl, Ar	неметалл	простой молекулярный (Ar одноатомный)	мп и бп убавляются в порядке: S > P > Cl > Ar

Когда вещество плавится, некоторые силы притяжения между частицами разрушаются или ослабевают. Частицы могут двигаться вокруг друг друга, но все еще находятся близко друг к другу.

Когда вещество кипит, большая часть оставшихся сил притяжения разрушается. Частицы могут свободно перемещаться и находиться далеко друг от друга.

Чем сильнее силы притяжения, тем больше энергии необходимо для их преодоления и тем выше температура плавления или кипения.

Когда вы нажмете на символ загрузки, вы сможете загрузить график в виде файла изображения или файла PDF, сохранить его данные, аннотировать его и распечатать. Обратите внимание, что графики будут помечены водяными знаками.
×

Нажмите кнопку под графиком, чтобы включить или выключить каждый набор столбцов.
×

Объяснение этой тенденции

Натрий, магний и алюминий

Натрий, магний и алюминий — все это металлы. Они имеют металлическую связь, при которой ядра атомов металла притягиваются к делокализованным электронам.

Переход от натрия к алюминию:

• заряд ядер увеличивается …
• число делокализованных электронов увеличивается …
• поэтому прочность металлического соединения увеличивается и …
• температуры плавления и кипения увеличиваются.

Металлическую связь часто неправильно описывают как притяжение между положительными ионами металла и делокализованными электронами. Однако металлы по-прежнему состоят из атомов, но внешние электроны не связаны с каким-либо конкретным атомом.

Подобным образом графит (неметалл) также имеет делокализованные электроны. Однако вы не понимаете, что он состоит из ионов углерода.

Кремний

Кремний представляет собой металлоид с гигантской ковалентной структурой. Кремний имеет очень высокую температуру плавления и кипения, потому что: все атомы кремния удерживаются вместе прочными ковалентными связями… для разрыва которых требуется очень большое количество энергии.

• атомы кремния притягиваются друг к другу сильными ковалентными связями …
• , которым требуется очень большое количество энергии, чтобы их можно было сломать.

Гигантская решетчатая структура кремния похожа на структуру алмаза. Каждый атом кремния ковалентно связан с четырьмя другими атомами кремния в тетраэдрическом расположении.

Фосфор, сера, хлор и аргон

Эти элементы являются неметаллами. Фосфор, сера и хлор существуют в виде простых молекул, между которыми действуют силы Ван-дер-Ваальса. Аргон одноатомен – он существует в виде отдельных атомов. Между его атомами действуют силы Ван-дер-Ваальса. Температуры плавления и кипения этих элементов очень низкие, потому что:

• Силы Ван-дер-Ваальса — очень слабые силы притяжения …
• мало энергии нужно для их преодоления.

Фосфор существует в виде молекул P ₄ , сера существует в виде молекул S ₈ , хлор существует в виде молекул Cl ₂ , а аргон существует в виде отдельных атомов. Сила ван-дер-ваальсовых сил уменьшается по мере уменьшения размера молекулы, поэтому температуры плавления и кипения уменьшаются в порядке:

S ₈ > P ₄ > Cl ₂ > Ar

Атомы в молекулах фосфора, серы или хлора притягиваются друг к другу ковалентными связями. Эти связи намного сильнее, чем силы Ван-дер-Ваальса между молекулами: ковалентные связи не разрываются при изменении состояния этих элементов.

Спрей металлов с низкой температурой плавления. Покрытия Al Sn Cu Zn с системой HVAF

Мы разработали эту уникальную систему для термического напыления металлов с низкой температурой плавления. Он наносит объемные, неокисленные, плотные покрытия из алюминия, олова, меди, цинка и легированных металлов.

Основные характеристики:

• Осевой впрыск металлического порошка
• Защита от окисления сырья
• Отсутствие испарения металла в процессе нанесения покрытия покрытия из медных сплавов
• Высокая скорость распыления металла:
  • 6 кг/час (13 фунтов/час) для алюминиевых покрытий
  • 10 кг/час (22 фунта/час) для меди, бронзы, латуни, олова и цинка покрытия
• Возможна струйная обработка и распыление
• Воздушное охлаждение (не требуется водяной охладитель, подходит для мобильных устройств)

Рассмотрим некоторые реальные способы распыления металлов с низкой температурой плавления.

Высокоскоростное термическое напыление медных, бронзовых и латунных низкоокисляемых покрытий HVAF

У нас есть проверенный временем подход к высокоскоростному термическому напылению медных покрытий с помощью системы термического напыления Kermetico HVAF SL.

Эта система позволяет наносить медь и ее сплавы (включая латунь, бронзу и даже некоторые специальные марки Cu-In-Ga) в режимах «теплого распыления» и «горячего распыления».

Мы были вовлечены в очень сложные работы, которые требовали от нас создания этого типа оружия.

Нам не разрешено раскрывать информацию о большинстве из них, но мы можем обсудить несколько примеров

Мяч: Сферические части имели диаметр 150 мм (6 дюймов). Мы нанесли слой меди толщиной 6 мм (0,24 дюйма) по всему периметру. Требовалась высокая теплопроводность.

Датчик: Нанесение медного слоя с высокой электропроводностью определенного рисунка толщиной 0,2 мм (0,008 дюйма), ширина каждой полосы около 2,5 мм (0,100 дюйма). Обратите внимание, что в первом подходе использовалась механическая обработка и фрезерование медного покрытия для получения требуемого рисунка.

Медное покрытие HVAF ведет себя как «твердый» металл при механической обработке. При этом фрезерование покрытия до подложки осуществлялось без отслоения остаточного медного слоя. (Это должно дать вам некоторое представление о силе сцепления и когезионной прочности медного покрытия.

Мы не проводили измерения прочности сцепления сами, поскольку прочность сцепления медного покрытия никогда не была ограничивающим фактором, но наш клиент сообщил о более чем 11 000 фунтов на квадратный дюйм (более 75 МПа) на углеродистой стали, большинство из которых связано с разрушением клея, используемого для ASTM 633C. тестирование.

Мы нанесли несколько термических покрытий из латуни и бронзы и обнаружили, что напыление этих сплавов проще, чем напыление покрытий из чистой меди.

Покрытие из алюминиевой бронзы Kermetico HVAF SL

Полная история плотного неокисленного алюминиевого покрытия

Высокоскоростное напыление алюминиевых покрытий?

Что за странная идея?

Ну, мы не планировали использовать наше оборудование для нанесения алюминиевых покрытий.

Мы получили запрос клиента, и, поскольку у нас было свободное время, мы всегда стараемся выполнить запрос наших клиентов, когда это возможно.

Итак, мы приняли заказ, купили алюминиевый порошок, включили нашу систему Kermetico HVAF SL и начали распылять.

После включения дозатора порошка цвет струи не изменился.

Мы не были уверены, что подается порошок, пока не увидели алюминиевое покрытие на образце

И знаете что?

Это было превосходное покрытие.

Алюминий плавится при наших температурах HVAF. Но обедненное кислородом пламя и инертный газ предотвратили окисление алюминия как в струе, так и на поверхности, а высокоскоростная струя создала покрытие с высокой степенью сцепления и низкой пористостью, поэтому мы сделали отличные образцы.

Позже мы произвели пескоструйную очистку поверхности детали с помощью того же пистолета Kermetico SL и нашего устройства подачи песка HVAF.

Мы потратили одну десятую времени и одну сотую песчинки на пескоструйную обработку по сравнению с обычной струйной очисткой сжатым воздухом.

И мы сделали это алюминиевое покрытие без засорения сопла и без оксидов в структуре покрытия.

Мы обнаружили, что многим компаниям нужны неокисленные, плотные алюминиевые покрытия с высокой прочностью сцепления.

Таким образом, мы продолжили продавать наши системы SL для высокоскоростного термического напыления алюминиевых покрытий воздух-топливо.

Лужение промышленных деталей высокоскоростным термическим напылением порошком Sn

Практика лужения металлических изделий для защиты от ржавчины является древней. (Википедия.)
Кто думал, что в XXI веке кому-то понадобятся технологии высокоскоростного термического напыления для изготовления оловянных покрытий?

Производители используют высокоскоростное лужение топливом для распыления оловянных покрытий на промышленные детали, чтобы защитить их от коррозии и создать проводящие слои на полимерных деталях. Он ШИРОКО используется для предотвращения истирания резьбы Acme.

Пескоструйная обработка поверхности и напыление металлов с помощью высокоскоростных пистолетов Kermetico

Каждый пистолет Kermetico может использоваться для дробеструйной обработки и распыления.

Вы можете исключить пескоструйную обработку и маску для пескоструйной обработки в пескоструйной камере или шкафу

Просто подготовьте деталь для нанесения покрытия, обработайте ее пистолетом Kermetico HVAF (очень быстро и равномерно) и распылите тем же пистолетом после смены порошка подающий шланг и возможно замена форсунки.

Это намного быстрее и точнее, чем ручная пескоструйная обработка.

Наши клиенты и мы успешно делаем это с тысячами деталей.

Описание процесса распыления металла с низкой температурой плавления HVAF

Пистолет HVAF SL распыляет металлические порошки, нагреваемые и ускоряемые продуктами сгорания воздушно-топливного газа.

Смесь сжатого воздуха и выбранного горючего газа поступает в камеру сгорания через отверстия каталитической керамической вставки.

Первичное воспламенение смеси приводит к нагреву вставки выше температуры самовоспламенения смеси, а затем горячая вставка непрерывно поджигает смесь.

При входе в пистолет сжатый воздух охлаждает камеру и сопло в сборе.

Затем часть предварительно нагретого воздуха смешивается с выбранным топливным газом и сжигается.

Металлический порошок впрыскивается в осевом направлении в широкую камеру сгорания.

Порошок, выходящий из камеры, направляется в сопло выбранной длины и конфигурации, где он ускоряется до скорости, которая может превышать 1000 м/с (3300 футов/с)

При попадании на подложку частицы порошка образуют металлическое покрытие.

Kermetico HVAF Equipment

Kermetico разрабатывает и производит три семейства оборудования HVAF для термического напыления.

• Конвертируемое оборудование HVOF и HVAF:
  • C7 — пистолет HVAF/HVOF для крупных деталей
  • C6 — пистолет HVAF-HVOF общего назначения
• Многоцелевые системы HVAF AK с различными распылителями:
  • АК7 – мощный пистолет для термического напыления крупногабаритных деталей
  • АК6 – универсальный пистолет для напыления сбалансированной смеси деталей в цеху
  • AK5 — компактный пистолет для распыления мелких деталей, тонких стен и сложных поверхностей
  • AK-ID — распылительный пистолет с внутренним диаметром 80 мм (3,15 дюйма) и большим
  • AK-IDR — вращающийся пистолет ID для распыления 4 дюймов (100 мм) и больше
  • AK-HH – ручной пистолет для нанесения покрытий на месте
• Специализированное оборудование HVAF S:
  • SP – специальный пистолет для наиболее эффективного нанесения покрытий из драгоценных металлов
  • STi – специализированный пистолет для нанесения титановых покрытий

• Дополнительное оборудование:
  • Пескоподатчик HVAF для пескоструйной подготовки деталей для снижения затрат на покрытие
  • Тестер газопроницаемости для мгновенной проверки сквозной пористости покрытия

9, Inc.

– Проектирование и производство оборудования HVAF и HVOF с 2006 г.

Мы производим различные пистолеты-распылители для различных областей применения.

Пожалуйста, ознакомьтесь со всем спектром нашего оборудования здесь.

Наши системы HVAF управляют каждым из наших пистолетов или несколькими пистолетами одновременно (по запросу).

Мы поставляем два типа пультов управления, различные дозаторы порошка и испарители газа.

Мы с гордостью разрабатываем и производим наше оборудование для термического напыления HVAF в Калифорнии, США, и устанавливаем его по всему миру.

Вы можете посетить наш научно-исследовательский центр в Бенисии, чтобы встретиться с нашими дизайнерами и увидеть наше оборудование HVAF в действии, или посетить выставочный зал нашего дистрибьютора в Пекине, Китай.

Факты об алюминии | Живая наука

Алюминий является элементом № 13 в Периодической таблице элементов. (Изображение предоставлено: Андрей Маринкас | Shutterstock)

Алюминий: его можно найти не только в холодильнике, обернутом вокруг остатков недельной давности. Этот элемент является вторым по распространенности металлическим элементом в земной коре после кремния. Он используется в банках из-под содовой и другой упаковке, в самолетах и ​​автомобилях и даже в шикарном iPhone 6.

Огромный объем алюминия — около 8 процентов земной коры по весу, по данным Университета Висконсина — делает его легким для восприятия. этот металл как должное. Но алюминий легкий (по данным Геологической службы США, в три раза легче стали или меди), его легко формовать, складывать и перерабатывать. Он устойчив к коррозии и выдерживает многократное использование.

Самое смешное в алюминии то, что он вовсе не должен быть таким уж полезным. Металл на самом деле легко окисляется или теряет электроны, реакция того же типа, которая вызывает ржавчину железа. Однако, в отличие от чешуйчатого оксида железа, продукт этой реакции, оксид алюминия, прилипает к исходному металлу, защищая его от дальнейшего распада, согласно данным Университета Висконсина.

Только факты

• Атомный номер (количество протонов в ядре): 13
• Атомный символ (в Периодической таблице элементов): Al
• Атомный вес (средняя масса атома): 26,9815386
• Плотность: 2,70 грамма на кубический сантиметр
• Фаза при комнатной температуре: твердое тело
• F (2519 градусов C)
• Количество изотопов (атомов одного и того же элемента с разным числом нейтронов): 22, один стабильный
• Наиболее распространенные изотопы: Al-27 (стабильный) и Al-26 (радиоактивный; полу- жизнь 730 000 лет)

Чудо-металл

Алюминий образуется в звездах в результате реакции синтеза, в которой магний забирает дополнительный протон, согласно Chemicool, химическому веб-сайту, созданному Дэвидом Д. Хсу из Массачусетского технологического института. Однако в природе он не встречается в чистом виде; в земной коре алюминий чаще всего встречается в виде соединения, называемого квасцами (сульфат калия-алюминия).

Датский химик Ганс Кристиан Эрстед впервые сумел извлечь алюминий из квасцов в 1825 году, по данным Национального ускорительного комплекса Томаса Джефферсона. Позже ученые усовершенствовали процесс переработки алюминия в квасцы, но не смогли снизить цену до практического уровня. На протяжении десятилетий алюминий ценился больше, чем золото: Наполеон III, первый президент Второй французской республики, начиная с 1848 года, с гордостью обслуживал своих самых почетных гостей, используя алюминиевые тарелки и столовые приборы, потому что, по данным The Aluminium, это был такой редкий металл. Ассоциация. Сообщается, что Наполеон III также заказал для своего сына алюминиевую погремушку.11 статья в журнале Good Housekeeping.

Наконец, в 1886 году французский инженер Поль Эро и выпускник химического факультета Оберлина по имени Чарльз Холл независимо друг от друга изобрели процесс, в котором оксид алюминия плавится в криолите (алюмофторид натрия) и подвергается воздействию электрического тока, согласно данным American Chemical. Общество. По данным ACS, процесс Холла-Эру до сих пор используется для производства алюминия наряду с процессом Байера, который извлекает алюминий из бокситовой руды.

Единственной стабильной формой алюминия является Al-27, а период полураспада большинства изотопов составляет миллисекунды, то есть они исчезают менее чем за мгновение ока. Но Al-26, самый долгоживущий радиоактивный изотоп алюминия, имеет период полураспада около 730 000 лет. Согласно исследованию, опубликованному в январе 2006 года в журнале Nature, этот изотоп обнаружен в областях звездообразования в галактике. В этом исследовании исследователи НАСА использовали обнаруживаемые вспышки Al-26 для точного определения сверхновых или звездных взрывов. Используя эти отпечатки пальцев Al-26, ученые подсчитали, что сверхновая происходит в среднем каждые 50 лет в галактике Млечный Путь, и что каждый год рождается семь новых звезд.

Кто знал?

• Алюминий в изобилии: в 2012 году, по данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), только для контейнеров и упаковки было произведено 1,9 миллиона тонн алюминия. Еще 1,7 млн ​​тонн пошли на бытовую технику, автозапчасти и другие товары длительного пользования.
• По данным Chemicool, один Боинг-747 содержит 147 000 фунтов (более 66 000 кг) алюминия.
• Не пытайтесь делать это дома (если у вас нет вытяжного шкафа). Алюминиевая пудра плюс йод плюс несколько капель воды создают настоящее зрелище: облака токсичных фиолетовых паров йода, а затем внезапное пламя. Реакция является демонстрацией того, насколько реактивным может быть алюминий.
• Утилизируйте! По данным EPA, на переработку алюминия уходит всего 5% энергии, необходимой для извлечения нового алюминия из руды. По состоянию на 2012 год около 55 процентов алюминиевых банок из-под напитков отправлялись в мусорный бак.
• Вершина монумента Вашингтона увенчана 8,9-дюймовой (22,6 см) алюминиевой пирамидой. Алюминиевый колпачок первоначально служил вершиной громоотвода памятника, хотя его пришлось дополнить медными стержнями, когда стало ясно, что один только колпачок не может предотвратить повреждение, согласно 1995 статья в Журнале Общества минералов, металлов и материалов.
• Эта банка кока-колы, возможно, не так давно пропала с полки. По данным Алюминиевой ассоциации, алюминиевая банка возвращается как новая после переработки всего за 60 дней.
• Trippy: По данным Ассоциации алюминия, около 75 процентов всего алюминия, когда-либо произведенного, все еще используется благодаря переработке.

Текущие исследования

Пожалуй, самое известное появление алюминия в недавних исследованиях произошло в 2011 году, когда он сыграл роль в Нобелевской премии по химии. Лауреат премии, материаловед Дэн Шехтман из Израильского технологического института Технион, открыл квазикристаллы, молекулярные структуры неповторяющихся узоров. Материал, в котором Шехтман обнаружил эти квазикристаллы, представлял собой смесь марганца и алюминия.

На рынке существуют сотни алюминиевых сплавов или смесей с другими металлами, по словам Юньтяня Чжу, профессора материаловедения и технических наук Университета штата Северная Каролина. Сам по себе алюминий легкий, но слабый, поэтому добавляются другие металлы, чтобы сделать его более мускулистым.

Чжу и его коллеги довели эту концепцию до крайности, создав алюминий, столь же прочный, как сталь, как они сообщили в статье, опубликованной в журнале Nature Communications в 2010 году. к экстремальному давлению, исследователи обнаружили, что они могут раздавить зерна алюминия до наноразмера. Эти более мелкие зерна позволяют сплаву двигаться, поэтому он не становится хрупким и не ломается, как керамика под давлением. Но движение достаточно скупое, поэтому материал остается очень прочным.

«Наноструктура очень затрудняет движение дислокации, но в то же время, когда вы прикладываете достаточно большую силу, она позволяет ей двигаться», — сказал Чжу Live Science.

В настоящее время исследователи могут производить только небольшие количества этого сверхпрочного алюминиевого сплава за раз, что означает, что коммерческое применение пока невозможно.

Тем временем в Орегоне исследователи используют передовые технологии для изучения водного алюминия или соединений алюминия, образующихся в воде, особенно оксидов алюминия. Оксиды алюминия представляют собой соединения, в состав которых входят как алюминий, так и кислород.

«Окись алюминия, особенно в виде пленки, используется во множестве различных отраслей промышленности», — сказал Дуглас Кеслер, директор Центра химии устойчивых материалов Университета штата Орегон. Эти пленки создают хорошие устойчивые к царапинам и коррозии барьеры; оксиды алюминия также используются при очистке воды для осаждения мельчайших частиц, сказал Кеслер в интервью Live Science.

Кеслер и его команда работают над анализом чернилоподобных растворов, которые можно нагреть и высушить в пленки оксида алюминия.

«У нас нет химических методов, позволяющих одновременно с такими растворами идентифицировать и состав, и структуру, молекулярную структуру того, что находится в растворе», — сказал Кеслер. «Итак, мы взяли несколько совершенно новых лазерных технологий и объединили их с мощными вычислениями, чтобы иметь возможность одновременно определять состав и структуру».

Как только они поймут решения, сказал Кеслер, исследователи смогут лучше контролировать процесс производства пленок и научиться делать их энергоэффективными способами. Сейчас команда больше всего заинтересована в использовании пленок для туннелирования электронов. Кеслер сказал, что, поместив очень чистую пленку оксида алюминия между двумя электродами, ученые очень близки к тому, чтобы заставить электроны прыгать с одного электрода на другой, даже не взаимодействуя с пленкой: «По сути, мгновенная передача от одного электрода к другому, — сказал Кеслер.

Это устройство для электронного туннелирования может быть использовано в качестве дешевого и простого переключателя, сказал Кеслер.

Дополнительные ресурсы

• Вот взгляд изнутри на то, почему алюминий стоит, возможно, дороже, чем должен — отчет о расследовании, проведенный New York Times о завышенных ценах на алюминий.
• Загляните под капот iPhone и узнайте, какие химические элементы, такие как алюминий, делают его работу в этом видео, подготовленном Американским химическим обществом.
• В этом видео канала Discovery наглядно показано, как перерабатываются алюминиевые банки.
• Знаете ли вы, что писатель-фантаст Жюль Верн написал об алюминиевой космической ракете в своем романе «Путешествие на Луну» — узнайте больше исторических фактов об алюминии на сайте Алюминиевой ассоциации.

Следуйте за Live Science @livescience , Facebook и Google+ .

Стефани Паппас — автор статей для журнала Live Science, освещающего самые разные темы — от геонаук до археологии, человеческого мозга и поведения. Ранее она была старшим автором журнала Live Science, но теперь работает фрилансером в Денвере, штат Колорадо, и регулярно публикует статьи в журналах Scientific American и The Monitor, ежемесячном журнале Американской психологической ассоциации. Стефани получила степень бакалавра психологии в Университете Южной Каролины и диплом о высшем образовании в области научной коммуникации в Калифорнийском университете в Санта-Круз.

Химия алюминия (Z=13) — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Идентификатор страницы

  549

Алюминий (также называемый алюминием) является третьим наиболее распространенным элементом в земной коре. Он обычно используется в домашнем хозяйстве в качестве алюминиевой фольги, в таких ремеслах, как крашение и гончарное дело, а также в строительстве для изготовления сплавов. В чистом виде металл голубовато-белого цвета и очень пластичен. Он является отличным проводником тепла и электричества и находит применение в проводке. В чистом виде он слишком мягкий для строительных целей, но добавление небольшого количества кремния и железа значительно его упрочняет.

Факты

• Символ: Al
• Атомный номер: 13
• Атомный вес: 26,98154 а.е.м.
• Цвет: серебристый
• Температура плавления: 933,4 К
• Температура кипения: 2792 К
• Плотность: 2,70 г/см ³
• Количество степеней окисления: 3
• Отличный восстановитель
• Имеет 13 электронов, 13 протонов и 14 нейтронов
• Металл
• Хороший проводник
• Устойчив к коррозии
• Немагнитный
• Стабильный ион
• Формы димеров
• Номер группы: 13
  

История алюминия

Алюминий занимает третье место в списке десяти самых распространенных элементов в земной коре, а его оксид — четвертое место среди десяти самых распространенных соединений в земной коре. Это самый распространенный металл на планете. Его название взято от латинского alumen для квасцов. Мягкий, легкий и серебристый, его существование было предложено Лавуазье в 1787 году, названо Дэви в 1807 году и окончательно выделено Эрстедом в 1825 году. установите краску на ткань. В то время он был известен как очень дорогой металл. В конце 1800-х годов два ученых, Чарльз Мартин Холл и Пол Л. Т. Эрулт, обнаружили, что они могут производить алюминий из оксида алюминия посредством электролиза и криолита (расплавленного минерального растворителя). Это позволило снизить цену и сделать алюминий доступным для коммерческого использования.

Алюминий на Земле

Алюминий — третий по распространенности элемент на Земле и самый распространенный металл. Он составляет 8,1% земной коры по массе, после кислорода и кремния. Естественно, он встречается в химических соединениях с другими элементами, такими как бокситы. Его нелегко удалить из природных руд, поскольку его необходимо сначала восстановить. Чтобы увидеть, как глинозем, который используется для производства алюминия, извлекается из бокситов, прочитайте процесс Байера в разделе «Очистка алюминия».

Электронная конфигурация алюминия

Чтобы найти электронную конфигурацию атома, вам сначала нужно узнать количество электронов, которые у него есть. Поскольку атомный номер алюминия равен тринадцати, у него тринадцать электронов. Затем вы разделяете электроны между разными орбиталями. Первые два электрона алюминия попадают на 1s-орбиталь, а следующие два электрона идут на 2s-орбиталь. Следующие шесть электронов заполняют 2p-орбиталь во второй оболочке (это пока десять электронов, осталось еще три). Затем электроны 11 и 12 заполняют 3s-орбиталь. Наконец, последний электрон занимает 3р-орбиталь.

Электронная конфигурация алюминия: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ¹ . Электронная конфигурация основного состояния: [Ne]3s ² 3p ¹ .

Степени окисления

Алюминий имеет три степени окисления. Чаще всего это +3. Два других +1 и +2. Одна степень окисления +3 для алюминия может быть найдена в составном оксиде алюминия, Al ₂ O ₃ . В AlO, монооксиде алюминия, он имеет степень окисления +2, а AlH имеет степень окисления +1.

Соединения алюминия

Хотя алюминий не кажется особенно реактивным, он считается активным металлом. Его поведение обманчиво, потому что он быстро реагирует с кислородом воздуха с образованием оксида алюминия (\(Al_2O_3\)), или оксида алюминия, который прочно связан с металлом и существует в виде плотного покрытия (в отличие от оксидов железа). Это покрытие защищает его от дальнейшей реакции. Однако очевидно, что это покрытие не является полностью надежным, поскольку алюминий не существует в самородном виде.

Глинозем представляет собой тугоплавкий оксид алюминия, который содержится в бокситах и ​​корундах (сапфирах и рубинах). Он имеет очень высокую температуру плавления. Одним из применений этого соединения является получение света разного цвета, который можно использовать в качестве лазерного луча. Он также используется в гончарном деле, красках, антацидных препаратах и ​​в производстве химикатов.

Другим соединением, содержащим алюминий, является Al(OH) ₃ , которое обычно образуется в виде желеобразного осадка при гидролизе соединений алюминия в воде. 9{3+} +3H_{2(г)}\]

При сварке крупногабаритных изделий используется термитная реакция:

\[2Al_{(тв)} + Fe_2O_{3(тв)} \rightarrow Al_2O_ {3(s)} + Fe_{(s)}\]

Реакции с галогенами

Галогениды алюминия, как и галогениды бора, являются реакционноспособными кислотами Льюиса, что означает, что они легко принимают пару электронов. Например, важным галогенидным комплексом для производства алюминия является криолит NaAlF _6.

\[6 HF +Al(OH)_3 + 3NaOH \rightarrow Na_3AlF_6 +6 H_2O\]

Оксид и гидроксид алюминия

Оксид алюминия часто называют оксидом алюминия, а при кристаллизации – корундом. Оксид алюминия относительно неактивен, потому что небольшие ионы Al ^{3 +} и O ²⁺ образуют очень стабильную ионную решетку в кубической закрытой структуре с ионами, занимающими небольшие октаэдрические отверстия. Алюминий защищен от коррозии благодаря тонкому покрытию Al ₂ O ₃ , которое предотвращает дальнейшее окисление металлического алюминия. 9-_{ (водн.)}\]

Рафинирование алюминия

Сегодня большая часть алюминия производится методом Холла, который использует значительное количество энергии в виде электричества для электролиза металлического алюминия из смеси расплавленных солей. Большие первоначальные затраты энергии являются одной из важных причин, по которой переработка алюминия является такой хорошей и рентабельной идеей.

Поскольку алюминий встречается в соединениях с другими элементами, его содержание необходимо сокращать. Процесс Байера был изобретен Карлом Байером в 1887 году. По сути, он относится к переработке бокситов, самой важной алюминиевой руды, для получения глинозем . Отсюда промежуточный оксид алюминия должен быть переплавлен в металлический алюминий с помощью процесса Холла-Эру.

Ссылки

1. Гарнизон Спозито. Экологическая химия алюминия. стр 57-72. 1 декабря 2008 г.
2. Химия окружающей среды и токсикология химии. 2 декабря 2008 г.
3. Петруччи, Общая химия, принципы и современные приложения, издательства Macmillan Publishing Company, девятое издание, стр. 891-893.
4. «Алюминий». Колумбийская энциклопедия . 6-е изд. Нью-Йорк: Columbia UP, 2009.
.
5. «Глинозем». Колумбийская энциклопедия . 6-е изд. Нью-Йорк: Columbia UP, 2009.
.

Задачи

1. Напишите конфигурацию алюминия, предполагая, что он потерял свои валентные электроны.
2. Что происходит с алюминием при взаимодействии с хлором?
3. Сбалансируйте эти уравнения: a) 2Al(s) → Al ^{3 +} (водн.) + e ^—
   b) Al(s) + Pb ⁺ (водн.)→ Al ^{3 +} (водн.)+ Pb(s)
4. Какова электронная конфигурация алюминия?
5. Каков процесс извлечения глинозема из бокситов?
6. Завершите и сбалансируйте следующие реакции.
   1. Al(OH) ₃ (т) + OH ^— (водн.) →
   2. Al(OH) ₃ (т) + H ⁺ (водн.) →

Растворы

1. 1s ² 2s ² 2p ⁶ , или [Ne]

2. Образует димер.

3. A) 2AL (S) → AL ^{3 +} (AQ) + 3 E ^—

B) 2 AL (S) + 3 PB ⁺ AL (S) + 3 PB ⁺ AL (S) + 3 PB ⁺ AL (S) + 3 PB ⁺ AL (S) + 3 PB ⁺ AL (S) + 3 PB + AL (S) + 3 PB + AL (S) + 3 . ) → 2 Al ^{3 +} (aq) + 3 Pb(s)

4. 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ¹

5. Процесс Байера

6.1 Al(OH) ₃ (т) +OH ^— (водн.) → [Al(OH) ₄ ] ^— (водн.)

6,2 Al2(OH) 3( с) + 3 H ⁺ (водн.) → Al(H ₂ O) ₃ ] ³⁺ (водн.)

Авторы и авторство

3 Башни, Даниэль Аренс

Стивен Р. Марсден

---

Chemistry of Aluminium (Z=13) распространяется по незадекларированной лицензии, автором, ремиксом и/или куратором является LibreTexts.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

   Показать страницу Содержание

   нет на странице

2. Теги

   1. Алюминий
   2. Алюминий
   3. Алюминиевые соединения
   4. оксид алюминия
   5. амфотерный
   6. Галогены
   7. гидроксид
   8. степени окисления

Характеристики алюминия и его горение

Зажигание

Алюминий — металл серебристо-белого цвета, быстро окисляющийся на воздухе и покрывающийся оксидной пленкой. Эта реакция также происходит, когда металл реагирует с концентрированными кислотами.

[Депозитные фотографии]

Общие характеристики алюминия и его физические свойства

Алюминий является 13-м элементом основной группы (IIIa, или группы бора) периодической таблицы. Алюминий обладает сильными металлическими свойствами, а его атомный вес составляет 26,9.8; металл не имеет в природе стабильных изотопов и существует в единственной форме. Алюминий имеет 3 валентных электрона, и подавляющее большинство соединений алюминия имеют степень окисления +3. Как и все активные металлы, алюминий является сильным восстановителем, так как имеет низкое сродство к электрону и большой атомный радиус.

Кусок алюминия [Викимедиа]

Алюминий — легкий, мягкий, устойчивый к коррозии, высокопрочный металл. Не каждое вещество может похвастаться такими характеристиками. Основные физические свойства алюминия:

• температура плавления – 660 °С;
гранецентрированная кубическая кристаллическая структура
• ;
температура кипения
• – 2470 °С;
плотность
• – 2,7 г/см3;
• тип связки – металлическая;
• , поскольку алюминий обладает высокой пластичностью и податливостью, из него изготавливают прочную, легкую и тонкую фольгу. Он также свернут в проволоку.

Алюминиевые катушки [Депозитные фотографии]

Восстановительная способность алюминия и химические свойства

Восстановительные свойства алюминия можно наблюдать в реакциях элемента с оксидами менее активных металлов. Вот пример одного из таких уравнений реакции:

Cr₂O3 + 2Al = Al₂O3 + 2Cr

В промышленности восстановительные свойства алюминия позволяют использовать его для получения других металлов. В чистом виде алюминий является сильным восстановителем с высокой химической активностью. Чтобы повысить активность алюминия, необходимо удалить его оксидную пленку. Химические свойства простого вещества определяются его способностью реагировать со щелочами, кислотами, серой и галогенами. Металл не реагирует с водой в обычных условиях. В то же время единственный галоген, с которым реагирует алюминий в ненагретом состоянии, — это йод. Другие реакции требуют применения тепла. Здесь вы можете узнать больше о том, как алюминий реагирует с водородом и другими веществами.

Горение алюминия — описание реакции

Частицы чистого алюминия не горят на воздухе или в водяном паре при температуре ниже 1727 °C. Чтобы воспламенить алюминий в воздухе, на поверхность нагревательного элемента помещают горящие частицы магния, а над ними на острие иглы помещают частицы алюминия.

Частицы алюминия воспламеняются в паровой фазе, и интенсивность свечения, возникающего вокруг частиц, медленно увеличивается. Горение характеризуется наличием зоны тления, которая не меняет размеров до тех пор, пока металл не прогорит почти полностью. В этой зоне образуются и сталкиваются друг с другом мелкие капли оксида. Частицы, оставшиеся после сгорания, представляют собой оболочки без металла внутри. Вот формула реакции горения алюминия в кислороде:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

Шаростержневая модель части кристаллической структуры Al₂O₃ [Викимедиа]

Горение в водяном паре: воспламенение алюминия в водяном паре неоднородно. Выделяющийся в реакции водород способствует разрушению оксидной пленки, и жидкий оксид алюминия разлетается в виде капель. Эта оксидная пленка образуется и разрушается неоднократно, так как значительный процент металла выгорает на поверхности частиц. Алюминий сгорает в водяном паре в пять раз быстрее, чем на воздухе.

Открытие горения алюминия

Горение алюминиевого порошка в смеси с газообразным кислородом было впервые применено в 1930 году химиками Беккером и Стронгом в изобретенной ими кислородно-алюминиевой паяльной лампе. В качестве топлива ученые использовали мелкий алюминиевый порошок. Для стабилизации горения в устройстве формировалась и постоянно подавалась гомогенная взвесь алюминиевой пудры в кислороде. Смесь поджигали горелкой Бунзена. Он горел ослепительно белым пламенем, выпуская большое количество дыма оксида алюминия. Эти частицы были настолько малы, что дым не оседал в течение 24 часов. Беккер и Стронг установили, что продукты горения содержат около 2% свободного алюминия. Испытывая воздействие пламени паяльной лампы на различные материалы, ученые приблизительно определили температуру пламени. Молибден расплавился, а вольфрамовая нить толщиной 1 мм — нет. Таким образом, ученые установили, что температура горения алюминия в смеси с кислородом находится в пределах от 2535 °С (температура плавления молибдена) до 3400 °С (температура плавления вольфрама). Чтобы понаблюдать за реакцией горения алюминия и полюбоваться впечатляющими искрами, появляющимися в результате, можно провести следующий эксперимент: в пламя горящей спиртовки всыпать алюминиевый порошок, добавляя его фарфоровой ложкой или шпателем очень маленькими порциями.