Основные свойства алюминия: области применения

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Как был открыт алюминий и каковы его основные свойства
• Основные физические свойства алюминия
• Основные химические свойства алюминия
• Как применяют основные свойства алюминия
• Как используют основные свойства алюминия в строительстве

Основные свойства алюминия делают этот материал по-настоящему универсальным и ценным. Его используют во всех видах промышленного производства, в сельском хозяйстве, в быту, в коммерции. Обладает огромным количеством преимуществ по отношению к стали и другим видам металла.

Самые популярные сферы применения алюминия – изготовление металлоконструкций и металлообработка. О том, какие свойства металла и где конкретно они нашли свое применение, читайте далее.

 

Как был открыт алюминий и каковы его основные свойства

Алюминий представляет собой парамагнитный металл, достаточно легкий, имеющий серебристый цвет. Он хорошо поддается механической обработке и литью, просто формуется. В земной коре этот элемент третий по распространенности, впереди только кислород и кремний. Наши недра содержат целых 8 % данного металла, что значительно больше золота, количество которого составляет не более пяти миллионных долей процента.

Алюминий активно используется в большинстве сфер производства. Его сплавы применяются для изготовления бытовой техники, транспорта, в машиностроении и электротехнике. Капитальное строительство также не может обойтись без него.

Он чрезвычайно распространен в земной коре, являясь первым из металлов и третьим химическим элементом (первое место у кислорода, второе – у кремния). Доля алюминия в наших недрах – 8,8 %. Металл является частью большого количества горных пород и минералов, основной из которых – алюмосиликат.

В виде соединений алюминий находится в базальтах, полевых шпатах, гранитах, глине и пр. Однако в основном его получают из бокситов, которые достаточно редко встречаются в виде месторождений. В России такие залежи есть только на Урале и в Сибири. В промышленных масштабах алюминий можно также добывать из нефелинов и алунитов.

Рекомендовано к прочтению

Ткани животных и растений содержат алюминий в виде микроэлемента. Некоторые организмы, например, моллюски и плауны, являются его концентраторами, накапливая в своих органах.

Человечеству с давних времен знакомо соединение алюминия под названием алюмокалиевые квасцы. Применялось оно в процессе выделки кожи, в качестве средства, которое, набухая, связывает различные компоненты смеси. Во второй половине XVIII в. ученые открыли оксид алюминия. А вот вещество в чистом виде получили значительно позже.

Впервые это удалось Ч. К. Эрстеду, который выделил алюминий из хлорида. Проводя опыт, он обрабатывал соли калия амальгамой, в результате чего выделился порошок серого цвета, признанный всеми чистым алюминием.

В дальнейшем, исследуя металл, ученые определили его химические свойства, проявляющиеся в высокой способности к восстановлению и активности. Именно поэтому с алюминием долгое время не работали.

Но уже в 1854 г. французский ученый Девиль, применив электролиз расплава, сумел получить металл в слитках. Данный метод используется и сейчас. В промышленных масштабах алюминий стали производить в начале XX в., когда предприятия смогли получить доступ к большому количеству электроэнергии.

Сегодня алюминий является одним из самых используемых в производстве бытовой техники и строительстве металлом.

Основные физические свойства алюминия

Основные характеристики алюминия – высокая электро- и теплопроводность, пластичность, устойчивость к холоду и коррозии. Его можно обрабатывать посредством прокатки, ковки, штамповки, волочения. Алюминий прекрасно поддается сварке.

Примеси, присутствующие в металле в различных количествах, значительно ухудшают механические, технологические и физико-химические свойства чистого алюминия. Основными из них являются титан, кремний, железо, медь и цинк.

По степени очистки алюминий разделяют на технический металл и высокой чистоты. На практике различия данных типов – в стойкости к коррозии в различной среде. Стоимость напрямую зависит от чистоты алюминия. Технический металл подходит для производства проката, различных сплавов, кабельно-проводниковых изделий. Чистый используют для специальных целей.

Алюминий обладает высокой электропроводностью, уступая только золоту, серебру, меди. Однако сочетание данного показателя с малой плотностью позволяет использовать его при производстве кабельно-проводниковых изделий наравне с медью. Электропроводность металла может увеличиваться при длительном отжиге или ухудшаться при нагартовке.

Увеличивая чистоту алюминия, производители повышают его теплопроводность. Снизить данное свойство способны примеси меди, марганца и магния. Более высокую теплопроводность имеют исключительно медь и серебро. Именно благодаря данному свойству данный металл используют для производства радиаторов охлаждения и теплообменников.

Удельная теплоемкость алюминия, как и температура его плавления, достаточно высока. Данные показатели значительно превышают аналогичные значения большей части металлов. С повышением чистоты металла увеличивается и его способность отражать от поверхности световые лучи. Алюминий хорошо поддается полировке и прекрасно анодируется.

Металл близок по свойствам к кислороду, его поверхность на воздухе быстро затягивается пленкой из оксида алюминия – тонкой и прочной. Обладая антикоррозионными свойствами, она защищает металл от образования ржавчины и предупреждает дальнейшее окисление. Алюминий не взаимодействует с азотной кислотой (концентрированной и разбавленной) и органическими кислотами, он стоек к воздействию пресной, соленой воды.

Эти особенности алюминия придают ему устойчивость к коррозии, что и используется людьми. Именно поэтому его особенно широко применяют в строительстве. Интерес к нему увеличивается еще и по причине его легкости в сочетании с прочностью и мягкостью. Такие характеристики есть далеко не у всякого вещества.

Помимо вышеуказанных, алюминий имеет еще несколько интересных физических свойств:

• Ковкость и пластичность – алюминий стал материалом изготовления прочной и легкой тонкой фольги, а также проволоки.
• Плавление происходит при температуре +660 °С.
• Температура кипения +2 450 °С.
• Плотность – 2,7 г/см³.
• Наличие объемной гранецентрированной металлической кристаллической решетки.
• Тип связи – металлический.

Области использования алюминия определяются его химическими и физическими свойствами. Характеристики металла, рассмотренные выше, применяются в бытовых целях. Основные свойства алюминия, как прочного, особо легкого, антикоррозийного материала, используются в судо- и авиастроении. Именно поэтому важно их знать.

Основные химические свойства алюминия

С химической точки зрения алюминий является чрезвычайно сильным восстановителем, имеющим способность в чистом виде быть высоко активным веществом. Основное условие – убрать оксидную пленку.

Алюминий способен вступать в реакции с:

• щелочными соединениями;
• кислотами;
• серой;
• галогенами.

Алюминий не взаимодействует в обычных условиях с водой. Йод – единственный из галогенов, с которым у металла происходит реакция без нагревания. Для взаимодействия с прочими требуется увеличение температуры.

Рассмотрим несколько примеров, показывающих химические свойства данного металла. Это уравнения, иллюстрирующие взаимодействие с:

• щелочами: 2Al + 6H₂O + 2NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3Н₂;
• кислотами: AL + HCL = AlCL₃ + H₂;
• серой: 2AL + 3S = AL₂S₃;
• галогенами: AL + Hal = ALHal
  3.

Основным свойством алюминия считается его способность восстанавливать иные вещества из их соединений.

Реакции его взаимодействия с оксидами иных металлов хорошо показывают все восстановительные свойства вещества. Алюминий прекрасно выделяет металлы из различных соединений. Примером может служить: Cr₂O₃ + AL = AL₂O₃ + Cr.

Металлургическая промышленность активно использует эту способность алюминия. Методика получения веществ, которая основывается на данной реакции, называется алюминотермия. Химическая индустрия использует алюминий чаще всего для получения иных металлов.

Как применяют основные свойства алюминия

Алюминий в чистом виде имеет слабые механические свойства. Именно поэтому наиболее часто применяют его сплавы.

Таких сплавов достаточно много, вот основные из них:

• алюминий с марганцем;
• дюралюминий;
• алюминий с магнием;
• алюминий с медью;
• авиаль;
• силумины.

В основе этих сплавов лежит алюминий, отличаются они исключительно добавками. Последние же делают материал прочным, легким в обработке, более стойким к износу, коррозии.

Есть несколько основных областей применения алюминия (чистого или в виде сплава). Из металла изготавливают:

• фольгу и проволоку для бытового использования;
• посуду;
• морские и речные суда;
• самолеты;
• реакторы;
• космические аппараты;
• архитектурные и строительные элементы и конструкции.

Алюминий является одним из самых важных металлов наравне с железом и его сплавами. Эти два элемента таблицы Менделеева наиболее широко применяются человеком в своей деятельности.

Как используют основные свойства алюминия в строительстве

Строительство – одна из основных отраслей-потребителей алюминия. 25 % всего вырабатываемого металла используется именно в ней. Современный облик мегаполисов был бы невозможен без использования алюминия. Он дает возможность создавать функциональные и красивые здания, стремящиеся ввысь. Небоскребы офисных центров имеют фасады из стекла, закрепленные на прочных, легких рамах из алюминия.

Современные торговые, развлекательные и выставочные центры в основе своей имеют каркас из алюминия. Конструкции из данного металла используются для возведения бассейнов, стадионов и других спортивных строений. Алюминий – один из самых востребованных у архитекторов, строителей, дизайнеров металлов. Почему? Давайте разберемся.

Алюминий – прочный и легкий металл, не поддающийся коррозии, имеющий долгий срок службы и совершенно нетоксичный. Он легко поддается обработке, сварке, паянию, его просто сверлить, распиливать, связывать и соединять шурупами. Этот металл способен принять любую форму посредством экструзии. Алюминий поможет воплотить самый смелый замысел архитектора. Из него изготавливаются конструкции, которые невозможно сделать из иных материалов: пластика, дерева или стали.

За прошлый век алюминий прошел путь от металла, редко используемого в строительстве из-за дороговизны и недостаточных объемов производства, до наиболее часто применяемого. 1920-е годы стали переломными. Благодаря электролизной технологии значительно снизилась стоимость его производства – в 5 раз. Алюминий стали применять в производстве стеновых панелей и водостоков, декоративных элементов, а не только для сводов и отделки крыш.

Empire State Building – первый небоскреб, при возведении которого широко применялся алюминий. Он был построен в 1931 году и оставался самым высоким в мире до 1970 г.

Алюминий активно использовался в конструкциях этого здания. В интерьере его также применяли достаточно широко. Фреска, расположенная на стенах и полке лобби, являющаяся визитной карточкой сооружения, сделана из алюминия и золота в 23 карата.

80 лет – таков минимальный срок эксплуатации конструкций из алюминия. Применение этого металла не ограничено климатическими условиями, его свойства остаются прежними при температурах от -80 °С и до +300 °C. Пожары редко могут разрушить алюминиевые сооружения. Низкие же температуры, наоборот, увеличивают его прочность.

Примером может служить алюминиевый сайдинг. Отражающее покрытие в виде фольги и теплоизоляция создают вместе с ним прекрасную защиту от холода, которая в 4 раза более эффективна, чем облицовка кирпичом толщиной 10 см или камнем толщиной 20 см. Именно поэтому алюминий все чаще можно встретить при строительстве объектов в условиях холодного климата: в РФ – на Северном Урале, в Якутии и Сибири.

Но еще более важным качеством алюминия является его легкость. При одинаковой жесткости пластина из алюминия в два раза легче стальной. И все благодаря низкому удельному весу. Если посчитать, то выйдет, что вес алюминиевой конструкции при равной несущей способности в два, а иногда и в три раза ниже массы стальной и в семь раз ниже железобетонной.

В настоящее время алюминий используют для строительства небоскребов и иных высоких строений. Металл делает здание значительно легче, что удешевляет постройку за счет меньшей глубины фундамента. Ведь чем больший вес имеют сооружения, тем фундамент должен быть глубже. Разводные мосты, выполненные из алюминия, также имеют небольшой вес, что облегчает работу механизмов, противовесы для таких конструкций должны быть минимальными. Данный металл вообще дает возможность архитекторам не ограничивать фантазию. Да и работать с таким легким материалом значительно проще, быстрее и удобнее.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Физические свойства алюминия | Всё о красках

Алюминий принадлежит основной группе III периодической системы, его атомное число 13, а атомный вес 26.9815. Алюминий характеризуется гранецентрированной кубической структурой кристалла. Основные физические свойства очищенного алюминия показаны в таблице.

Физические свойства алюминия

(Если иное не указано отдельно, все данные приведены для очищенного алюминия (чистота 99.99%) при температуре 20°C)

Химический символ	Al
Атомное число	13
Относительная атомная масса (атомный вес)	26.98154
Атомный объем	9.996 106	м3/моль
Конфигурация электрона (квантовое состояние)	Модель БораK shell 2eL shell 8eM shell 3e	Основная модель1s22s22p63s23p1
Кристаллическая решетка	fсс	Структура типа A1
Плотность упаковки	74%
Координационное число	12
Постоянная кристаллической решетки	0.40496	нм
Энергия дефекта упаковки	200 107	Дж/см2
Минимальное межатомное расстояние	0.28635	нм
Плотность	2.6989	г/cm3 или кг/дм3
Изменение объема при переходе из жидкого состояния в твердое (усадка)	6.5	%
Линейная усадка при литье при температуре от 660°C (933 K) до 20°C (293 K)	1.85	%
Средний линейный коэффициент расширения при температуре от 20°C (293K) до 100°C (373K)	236 106	1/K
модуль Юнга	66.6	ГПа или кН/мм2
модуль сдвига	25.0	ГПа или кН/мм2
коэффициент Пуассона	0.35
Сжимаемость	13.3	мм2/MN
Точка плавления	660.2	°C
Латентная теплота плавления	390	кДж/кг
Точка кипения	-2500	°C
Латентная теплота испарения	11 4	МДж/кг
Давление пара при 660°C (933 K) при 1200°C (1473 K)	— 108-109~102	мБармБар
Удельная теплота при постоянном давлении	0.89	кДж/кг K
Постоянная температуры (дебаевская температура)	440	K
Энергия активации самодиффузии	120	кДж/моль
Электропроводность	37.67= 64.95%	м/W мм2% IACS
Электрическое удельное сопротивление	26.55	нW м
Температурный коэффициент электрического удельного сопротивления	+ 0.115	нW м/K
температура (фазового) перехода суперпроводимости	1.2	K
теплопроводность	235	Ватт/м K
Число Лоренца	2.1 108	(Ватт W)/K2
Удельная магнитная восприимчивость (определенная рационально)	7.7 109	м3/кг
Термоэлектрическая сила по отношению к платине	4	Дж В/K
Постоянная Холла	-35   1012	м3/C
Поверхностное натяжение при температуре 660°C (933K)	0.86	Н/м
Динамическая вязкость при температуре 700°C (973K)	1.1	мН с/м2
Теплота сгорания	31	МДж/кг
Стандартный потенциал электрода	-1.67	В
Стандартный потенциал электрода в NaCI-H202 по отношению к электроду из каломели 0,1N	0.87	В
Электрохимический эквивалент AI3+	9.32 105	г/С
Сечение захвата медленных нейтронов (2200м/сек)	0.20 1024	см2/атом

Большинство данных свойств являются постоянными (например, атомный вес). Некоторые свойства зависят от внешних условий, например температуры (плотность и удельная теплота), многие свойства зависят от легирующих добавок и структурных изменений (например, теплопроводность). Рассмотрим более подробно те свойства, для которых такая зависимость имеет решающее значение.

Алюминий играет важную роль во многих отраслях промышленности именно благодаря его физическим свойствам. Одним из важнейших свойств является низкий уровень плотности, который делает алюминий наиболее подходящим материалом, который является экономичным и экологически чистым. Плотность серийно выпускаемых материалов на базе алюминия составляет от 2.6 до 2.8г/см3 (2.7г/см3 – беспримесный алюминий), это всего лишь третья часть плотности стали. Алюминий при этом еще более выигрывает по сравнению с тяжелыми металлами. Алюминий принадлежит к так называемым легким металлам, максимальная плотность которых составляет 4.5г/см3. К легким металлам относятся также магний (1,7г/см3), бериллий (1.85г/см3) и титан (4.5г/см3).

Низкая плотность позволяет значительно сократить вес оборудования для грузоперевозок, например, транспортных средств для наземных, морских и воздушных перевозок, контейнеров, которые постоянно используются для организации перевозок. В механическом машиностроении уменьшение веса приводит к значительному сокращению потребления энергии, а также затрат на организацию производства и технического обслуживания. Даже в стационарном оборудовании сокращение веса позволяет уменьшить требования к фундаменту и несущим структурам.

Плотность зависит от температуры, уменьшаясь при повышении температуры благодаря термическом расширению. При затвердении имеет место явление усадки в размере 6.5%, которое также вызывает повышение плотности от 2.37г/см³ в жидком состоянии при температуре 660°C до 2.55г/см³ в твердом состоянии при той же температуре. Усадка приводит к образованию пустот при затвердении алюминиевых литейных форм.

 Коэффициент термического расширения очищенного алюминия (AI99.99) для различных диапазонов температур

Температурный диапазон, °C	Средний линейный коэффициент термического расширения 106 1/K
200- 20	180
150-20	199
100-20	210
50-20	218
20-100	236
20-200	245
20-300	255
20-400	264
20-500	274
20   — 600	285

Алюминий. Химия алюминия и его соединений

 

1. Положение алюминия в периодической системе химических элементов
2. Электронное строение алюминия 
3. Физические свойства
4. Нахождение в природе
5. Способы получения
6. Качественные реакции
7. Химические свойства
7.1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с галогенами
7.1.2. Взаимодействие с серой 
7.1.3. Взаимодействие с фосфором
7.1.4. Взаимодействие с азотом
7.1.5. Взаимодействие с углеродом
7.1.6. Горение
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с водой
7.2.2. Взаимодействие с минеральными кислотами
7.2.3. Взаимодействие с серной кислотой
7.2.4. Взаимодействие с азотной кислотой
7.2.5. Взаимодействие с щелочами
7.2.6. Взаимодействие с окислителями

Оксид алюминия 
 1. Способы получения
 2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с основными оксидами
2.2. Взаимодействие с основаниями
2.3. Взаимодействие с водой
2.4. Взаимодействие с кислотными оксидами
2.5. Взаимодействие с кислотами
2.6. Взаимодействие с восстановителями
2.7. Вытеснение более летучих оксидов из солей

Гидроксид алюминия 
 1. Способы получения
 2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с кислотами
2.2. Взаимодействие с кислотными оксидами
2.3. Взаимодействие с щелочами 
2.4. Разложение при нагревании

Соли алюминия 

Бинарные соединения алюминия

Алюминий

Положение в периодической системе химических элементов

Алюминий расположены в главной подгруппе III группы  (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение алюминия и свойства 

Электронная конфигурация  алюминия в основном состоянии:

+13Al 1s²2s²2p⁶3s²3p¹     1s    2s   2p    3s   3p 

Электронная конфигурация  алюминия в возбужденном состоянии:

+13Al^* 1s²2s²2p⁶3s¹3p²   1s    2s   2p    3s   3p

Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.

 

Физические свойства 

Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

 

 

Температура плавления 660^оС, температура кипения 1450^оС, плотность алюминия 2,7 г/см³.

 

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре  — около 8%.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

Бокситы Al₂O₃ · H₂O (с примесями SiO₂, Fe₂O₃, CaCO₃) — гидрат оксида алюминия.

 

 

Корунд Al₂O₃. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.

 

Способы получения 

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970^оС) Na₃AlF₆, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:

Al₂O₃ → Al³⁺ + AlO₃^3-

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод:  Al³⁺ +3e → Al⁰

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Анод: 4AlO₃^3- — 12e → 2Al₂O₃ + 3O₂

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂

Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:

AlCl₃ + 3K → 4Al + 3KCl

 

Качественные реакции

 

Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами. При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия.

Например, хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:

 

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

 

 

При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:

Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]

Обратите внимание,  если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:

AlCl₃ + 4NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3NaCl

Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также выпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄Cl

Al³⁺ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄⁺

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.

 

Химические свойства

1. Алюминий – сильный восстановитель. Поэтому он реагирует со многими неметаллами.

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

2Al  +  3I₂  → 2AlI₃

 

 

 

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

2Al  +  3S  → Al₂S₃

1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:

Al + P → AlP

1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000^оС с образованием нитрида:

2Al +N₂ → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

4Al + 3C → Al₄C₃

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.

2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти.  Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))

Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки. А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:

2Al⁰ + 6H₂⁺O → 2Al⁺³(OH)₃ + 3H₂⁰

 

 

Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути (II):

3HgCl₂ + 2Al → 2AlCl₃ + 3Hg

 

 

Видеоопыт  взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.

2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.

Например, алюминий бурно реагирует с соляной кислотой:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

 

 

2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:

 

2Al + 6H₂SO_4(конц.) → Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

 

2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

10Al + 36HNO_{3 (разб)} → 3N₂ + 10Al(NO₃)₃ + 18H₂O

При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:

8Al + 30HNO_{3(оч.разб.)} →  8Al(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + 9H₂O

 

2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами. При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ ↑

 

 

Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al + 6NaOH → 2Na₃AlO₃ + 3H₂ ↑

Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):

2Al + 6NaOH → NaAlO₂ + 3H₂↑ + Na₂O

 

2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов. Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия.

Например, алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:

2Al + 3CuO → 3Cu + Al₂O₃

 

 

Еще пример: алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):

8Al  +  3Fe₃O₄ →  4Al₂O₃  +  9Fe

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):

 

2Al  +  3Na₂O₂  → 2NaAlO₂   +  2Na₂O

8Al  +  3KNO₃ +  5KOH  +  18H₂O →  8K[Al(OH)₄]     +  3NH₃

10Al   +  6KMnO₄  +  24H₂SO₄  → 5Al₂(SO₄)₃  +  6MnSO₄  +  3K₂SO₄  +  24H₂O

2Al  +  NaNO₂ +  NaOH  +  5H₂O →  2Na[Al(OH)₄]  +  NH₃

Al   +  3KMnO₄  +  4KOH →  3K₂MnO₄  +  K[Al(OH)₄]  

4Al  +  K₂Cr₂O₇ → 2Cr   +  2KAlO₂   +   Al₂O₃

 

 

Оксид алюминия

 

Способы получения

Оксид алюминия можно получить различными методами:

1. Горением алюминия на воздухе: 

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

2. Разложением гидроксида алюминия при нагревании:

2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

 3. Оксид алюминия можно получить разложением нитрата алюминия:

4Al(NO₃)₃ → 2Al₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂

 

Химические свойства

 

Оксид алюминия — типичный амфотерный оксид. Взаимодействует с кислотными и основными оксидами, кислотами, щелочами.

1. При взаимодействии оксида алюминия с основными оксидами образуются соли-алюминаты.

Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом натрия:

Na₂O  +  Al₂O₃  → 2NaAlO₂

2. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—алюминаты, а в растворе – комплексные соли. При этом оксид алюминия проявляет кислотные свойства.

Например, оксид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием алюмината натрия и воды:

2NaOH  +  Al₂O₃  → 2NaAlO₂ +  H₂O

Оксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:

Al₂O₃  +  2NaOH +  3H₂O →  2Na[Al(OH)₄]

3. Оксид алюминия  не взаимодействует с водой.

4. Оксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами (сильных кислот). При этом образуются соли алюминия. При этом оксид алюминия проявляет основные свойства.

Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия: 

Al₂O₃ + 3SO₃ → Al₂(SO₄)₃

5. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием средних и кислых солей.

Например, оксид алюминия реагирует с серной кислотой:

Al₂O₃  +  3H₂SO₄  → Al₂(SO₄)₃  +  3H₂O

6. Оксид алюминия проявляет слабые окислительные свойства.

Например, оксид алюминия реагирует с гидридом кальция с образованием алюминия, водорода и оксида кальция:

Al₂O₃  +  3CaH₂ → 3CaO  +  2Al  +  3H₂

Электрический ток восстанавливает алюминий из оксида (производство алюминия):

2Al₂O₃  → 4Al + 3O₂

7. Оксид алюминия — твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.

Например, из карбоната натрия:

Al₂O₃  +  Na₂CO₃ → 2NaAlO₂  +  CO₂

 

Гидроксид алюминия

Способы получения

 

1. Гидроксид алюминия можно получить действием раствора аммиака на соли алюминия.

Например, хлорид алюминия реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида алюминия и хлорида аммония:

AlCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O = Al(OH)₃ + 3NH₄Cl

2. Пропусканием углекислого газа, сернистого газа или сероводорода через раствор тетрагидроксоалюмината натрия:

Na[Al(OH)₄] + СО₂ = Al(OH)₃ + NaНCO₃ 

 

Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить сложное вещество Na[Al(OH)₄] на составные части: NaOH и Al(OH)₃. Далее мы определяем, как реагирует углекислый газ с каждым из этих веществ, и записываем продукты их взаимодействия. Т.к. Al(OH)₃ не реагирует с СО₂, то мы записываем справа Al(OH)₃  без изменения.

 

3. Гидроксид алюминия можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли алюминия.

Например, хлорид алюминия реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида алюминия и хлорида калия:

AlCl₃ + 3KOH_{(недост)} = Al(OH)₃↓+ 3KCl

4. Также гидроксид алюминия образуется при взаимодействии растворимых солей алюминия с растворимыми карбонатами, сульфитами и сульфидами. Сульфиды, карбонаты и сульфиты алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: бромид алюминия реагирует с карбонатом натрия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется бромид натрия:

 

2AlBr₃  +  3Na₂CO₃  + 3H₂O  =  2Al(OH)₃↓  +  CO₂↑ +  6NaBr

 

Хлорид алюминия реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида алюминия, сероводорода и хлорида натрия:

 

2AlCl₃  +  3Na₂S  +  6H₂O  =  2Al(OH)₃  +  3H₂S↑  +  6NaCl

 

Химические свойства

1. Гидроксид алюминия реагирует с растворимыми кислотами. При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов и типа соли.

Например, гидроксид алюминия взаимодействует с азотной кислотой с образованием нитрата алюминия:

Al(OH)₃ + 3HNO₃ → Al(NO₃)₃ + 3H₂O

Al(OH)₃  +  3HCl →  AlCl₃  +  3H₂O

2Al(OH)₃  +  3H₂SO₄  → Al₂(SO₄)₃  +  6H₂O

Al(OH)₃  +  3HBr →  AlBr₃  +  3H₂O

2. Гидроксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот.

Например, гидроксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия:

2Al(OH)₃ + 3SO₃ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

3. Гидроксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—алюминаты, а в растворе – комплексные соли. При этом гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства.

Например, гидроксид алюминия взаимодействует с гидроксидом калия в расплаве с образованием алюмината калия и воды:

2KOH  +  Al(OH)₃  → 2KAlO₂ + 2H₂O

Гидроксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:

Al(OH)₃ + KOH  →  K[Al(OH)₄]

4. Гидроксид алюминия разлагается при нагревании:

2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

Видеоопыт взаимодействия гидроксида алюминия с соляной кислотой и щелочами (амфотерные свойства гидроксида алюминия) можно посмотреть здесь.

 

Соли алюминия 

Нитрат и сульфат алюминия

Нитрат алюминия при нагревании разлагается на оксид алюминия, оксид азота (IV)  и кислород:

4Al(NO₃)₃ → 2Al₂O₃  +  12NO₂  +   3O₂

Сульфат алюминия при сильном нагревании разлагается аналогично — на оксид алюминия, сернистый газ и кислород:

2Al₂(SO₄)₃ → 2Al₂O₃   +  6SO₂  +  3O₂

 

Комплексные соли алюминия

Для описания свойств комплексных солей алюминия — гидроксоалюминатов, удобно использоваться следующий прием: мысленно разбейте тетрагидроксоалюминат на две отдельные молекулы — гидроксид алюминия и гидроксид щелочного металла.

Например, тетрагидроксоалюминат натрия  разбиваем на гидроксид алюминия и гидроксид натрия:

Na[Al(OH)₄] разбиваем на NaOH и Al(OH)₃

Свойства всего комплекса можно определять, как свойства этих отдельных соединений.

Таким образом, гидроксокомплексы алюминия реагируют с кислотными оксидами.

Например, гидроксокомплекс разрушается под действием избытка  углекислого газа. При этом с СО₂ реагирует NaOH с образованием кислой соли (при избытке СО₂), а амфотерный гидроксид алюминия не реагирует с углекислым газом, следовательно, просто выпадает в осадок:

Na[Al(OH)₄]  +  CO₂  → Al(OH)₃↓  +  NaHCO₃

Аналогично тетрагидроксоалюминат калия реагирует с углекислым газом:

K[Al(OH)₄]  +  CO₂  → Al(OH)₃  +  KHCO₃

По такому же принципу тетрагидроксоалюминаты реагирует с сернистым газом SO₂:

      Na[Al(OH)₄]  +  SO₂  → Al(OH)₃↓  +  NaHSO₃

   K[Al(OH)₄]  +  SO₂  → Al(OH)₃  +  KHSO₃ 

А вот под действием избытка сильной кислоты осадок не выпадает, т.к. амфотерный гидроксид алюминия реагирует с сильными кислотами.

Например, с соляной кислотой:

  Na[Al(OH)₄]   +  4HCl_{(избыток)}  → NaCl  +  AlCl₃  +  4H₂O

Правда, под действием небольшого количества (недостатка) сильной кислоты осадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида алюминия кислоты не будет хватать:

Na[Al(OH)₄]   +  НCl_{(недостаток)}   → Al(OH)₃↓  +  NaCl  +  H₂O

Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид алюминия:

Na[Al(OH)₄]  +  HNO_{3(недостаток)}  → Al(OH)₃↓  +  NaNO₃  +  H₂O

Комплекс разрушается при взаимодействии с хлорной водой (водным раствором хлора) Cl₂:

2Na[Al(OH)₄]  +  Cl₂   → 2Al(OH)₃↓  +  NaCl  +  NaClO

При этом хлор диспропорционирует.

Также комплекс может прореагировать с избытком хлорида алюминия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия:

AlCl₃  +  3Na[Al(OH)₄]   → 4Al(OH)₃↓  +  3NaCl

Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-алюминат:

Na[Al(OH)₄]  →  NaAlO₂   +  2H₂O↑

K[Al(OH)₄]  →  KAlO₂   +  2H₂O

 

Гидролиз солей алюминия

Растворимые соли алюминия  и сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:

I ступень: Al³⁺ + H₂O = AlOH²⁺ + H⁺

II ступень: AlOH²⁺ + H₂O = Al(OH)₂⁺ + H⁺

III ступень: Al(OH)₂⁺ + H₂O = Al(OH)₃ + H⁺

Однако  сульфиды, сульфиты, карбонаты алюминия и их кислые соли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:

Al₂(SO₄)₃  +  6NaHSO₃  → 2Al(OH)₃  +  6SO₂  +  3Na₂SO₄

2AlBr₃  +  3Na₂CO₃  + 3H₂O →  2Al(OH)₃↓  +  CO₂↑ +  6NaBr

2Al(NO₃)₃  +  3Na₂CO₃  +  3H₂O →  2Al(OH)₃↓  +  6NaNO₃  +  3CO₂↑

2AlCl₃  +  3Na₂CO₃  +  3H₂O → 2Al(OH)₃↓  +  6NaCl  +  3CO₂↑

Al₂(SO₄)₃  +  3K₂CO₃  +  3H₂O →  2Al(OH)₃↓  +  3CO₂↑  +  3K₂SO₄

2AlCl₃  +  3Na₂S  +  6H₂O →  2Al(OH)₃  +  3H₂S↑  +  6NaCl

Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.

 

Алюминаты

Соли, в которых алюминий является кислотным остатком (алюминаты) — образуются из оксида алюминия при сплавлении с щелочами и основными оксидами:

Al₂O₃ + Na₂O → 2NaAlO₂

Для понимания свойств алюминатов их также очень удобно разбить на два отдельных вещества.

Например, алюминат натрия мы разделим мысленно на два вещества: оксид алюминия и оксид натрия.

NaAlO₂ разбиваем на Na₂O и Al₂O₃

Тогда нам станет очевидно, что алюминаты реагируют с кислотами с образованием солей алюминия:

KAlO₂  +  4HCl → KCl  +  AlCl₃  +  2H₂O

NaAlO₂  +  4HCl →  AlCl₃  +  NaCl  +  2H₂O

NaAlO₂  +  4HNO₃  → Al(NO₃)₃  +  NaNO₃  +  2H₂O

2NaAlO₂  +  4H₂SO₄  → Al₂(SO₄)₃   +  Na₂SO₄  +  4H₂O

Под действием избытка воды алюминаты переходят в комплексные соли:

KAlO₂  + H₂O   =  K[Al(OH)₄]

NaAlO₂  +  2H₂O  =  Na[Al(OH)₄]

 

Бинарные соединения

Сульфид алюминия под действием  азотной кислоты окисляется до сульфата:

Al₂ S₃  +  8HNO₃  →  Al₂(SO₄)₃  +  8NO₂  +  4H₂O

либо до серной кислоты (под действием горячей концентрированной кислоты):

Al₂ S₃  +  30HNO_{3(конц. гор.)}  →  2Al(NO₃)₃  +  24NO₂  +  3H₂SO₄   +  12H₂O

Сульфид алюминия разлагается водой:

Al₂S₃  + 6H₂O →  2Al(OH)₃↓    +  3H₂S↑

Карбид алюминия также разлагается водой при нагревании на гидроксид алюминия и метан:

Al₄C₃  +  12H₂O → 4Al(OH)₃  +  3CH₄

Нитрид алюминия разлагается под действием минеральных кислот на соли алюминия и аммония:

AlN  +  4HCl →  AlCl₃  +  NH₄Cl

Также нитрид алюминия разлагается под действием воды:

AlN  +  3H₂O →  Al(OH)₃↓  +  NH₃ 

Плавление алюминия: образование шлака

Откуда берется шлак?

Производство алюминиевых слитков, столбов для прессования, чушек или готовых изделий, включает операции, которые являются причинами образования шлака. К таким операциям относятся загрузка лома и отходов алюминия, а также различные виды обработки расплава, например, его внутрицеховое перемещение, а также перемешивание, флюсование и легирование расплава.

Алюминиевый шлак представляет собой смесь металлического алюминия и оксидов алюминия. Повышенное количество шлака является проблемой, так как приводит к повышенной потере алюминия, требует его переработки и утилизации. Поэтому снижение алюминиевого шлака является одной из важных задач любого литейного цеха.

Плавление и литье алюминия

Основные технологические этапы алюминиевого литейного цеха показаны схематически на рисунке 1. Некоторые технологические операции прямо связаны с образованием шлака. Любая технологическая операция, которая вызывает турбулентность течения металла, всплески металла или захват расплавом воздуха дает вклад в образование шлака.

Рисунок 1 – Технологические этапы в алюминиевом литейном цехе

Лом алюминия

При переплавке лома и отходов алюминия происходит повышенное окисление металла. Степень окисления зависит от доли лома в загрузке печи, его типа и загрязненности, а также способа ведения плавки. Известно старое правило алюминиевой промышленности: каждый один процент загрязнений, загруженных в печь, дает один процент потери металла на выходе из печи. Важно понимать, что степень загрязнения лома (водой, маслом, краской, пластиком, грязью и т. п.) замедляет процесс плавления алюминия и снижает выход годного металла.

Загрузка плавильной печи

Всегда полезно иметь возможность погружать легкий алюминиевый лом прямо в расплав. Легкий алюминиевый лом никогда не нужно подвергать прямому нагреву факелом горелки.

При загрузке «сухой» печи легкий лом загружают первым, а затем – более массивный лом. Прямого попадания пламени на шихту необходимо всегда избегать. При прямом попадании пламени на шихту происходит расплавление ее поверхности и вырывание капель алюминия в воздух, что приводит к их немедленному окислению. Это приводит также к попаданию жидкого металла на стены и двери печи.

Современные загрузочные машины загружают шихту в печь быстро и с равномерным распределением ее по дну ванны расплава. Это дает сокращение цикла плавления и снижение угара алюминия.

Перемещение жидкого алюминия

Перемещение жидкого алюминия – внутри цеха или между цехами – другая операция, которая связана с повышенным образованием шлака. Это происходит потому, что при перемещении расплава значительно возрастает турбулентность его движения с захватом воздуха внутрь расплава, что прямо связано с повышенным образованием шлака.

Снятие шлака

Практика выполнения операции снятия шлака с поверхности расплава может влиять на количество образующегося шлака. Здесь может много нюансов. Как добиваются снятия с расплава только оксидов алюминия, а не самого алюминия? Как конструкция инструментов для снятия шлака помогает отделять оксиды от металла? Как часто снимают шлак?

Необходимо определить оптимальный баланс между частотой снятия шлака и трудоемкостью операции чистки стен и пода печи от шлака. Слишком частое снятие шлака приводит к повышенной потере металла, тогда как редкое снятие шлака приведет к увеличению наростов шлака на стенках плавильной печи, которые потом будет трудно удалять при ее чистке.

Температура расплава алюминия

Температура металла является самым важным контролируемым фактором для определения уровня образования шлака в печи. Если температура металла превышает 780 ºС, скорость образования шлака резко возрастает, как это показано на рисунке 2.

Рисунок 2 – Зависимость скорости образования шлака
от температуры расплава алюминия

Перемешивание расплава алюминия

Правильное перемешивание расплава может давать снижение образования шлака до 25 %. Если расплав в плавильной печи перемешивается недостаточно, то в нем возникает чрезмерный градиент температуры от дна к поверхности расплава. Величина этого градиента зависит от мощности подаваемой к расплаву тепловой энергии. Повышенная температура поверхности расплава может давать значительный вклад в образование шлака.

Газовые горелки

Те же проблемы могут возникать при неправильном типе газовых горелки или ее неправильном направлении ее оси по отношению к зеркалу расплава.

Вообще, любые горелки способствуют образование шлака. Это происходит по двум причинам:

• от прямого попадания пламени на шихту или расплав и
• от создания горячих пятен на зеркале расплава прямо ниже факела пламени. В обоих случаях происходит повышенное окисление алюминия.

Металлический алюминий из шлака

Сокращение количества шлака при плавлении алюминия является первоочередной задачей литейщиков. Максимальное извлечение металлического алюминия из шлака, который уже снят с расплава и находится вне печи – другая важная задача. Специальные дренажные устройства для отделения алюминия от шлака являются эффективными только в комбинации с технологией охлаждения шлака.

Охлаждение алюминиевого шлака

Старый метод охлаждения шлака – его охлаждение прямо на полу цеха. Современные методы охлаждения шлака включает применение инертных газов и специальных прессов.

Реактивность алюминиевого шлака

Эффективность применения охлаждения шлака зависит от степени реактивности шлака. Например, шлаки алюминиевых сплавов с высоким содержанием магния отличаются повышенной реактивностью. Другим фактором является количество и химический состав флюсов, которые содержатся в шлаке. Без применения охлаждения повышенная реактивность шлака и его горение приводит к быстрой потере металла – он переходит в оксиды.

Флюсовать или не флюсовать?

Существуют разногласия о том, надо ли флюсовать расплав в отражательной печи. Обычные плавильные и раздаточные печи – отражательные. Флюс обычно применяют для отделения оксидов и грязи от свободного металла. Раньше широко применяли экзотермические флюсы. С их помощью “подогревали” шлак, что, как считали, давало возможность алюминию стекать из шлака в расплав. В настоящее время всеми признано, что происходит как раз обратное: такой шлак всасывает алюминий из расплава. Поэтому сейчас в промышленности применяют в основном эндотермические флюсы, хотя и экзотермические флюсы тоже имеют применение, особенно в странах Азии.

Источник: Aluminum Extrusion Technology Seminar, 2004.

Деформационное размягчение алюминия при сдвиге при повышенной температуре

[1] М.Э. Касснер, N.Q. Нгуен, Г.А. Хеншалл, Х.Дж. Маккуин, Влияние температуры и скорости деформации на расширенную пластичность алюминия, Mater.Sci. и англ. A132 (1991) 97-105.

DOI: 10.1016 / 0921-5093 (91) 90366-у

[2] М.Касснер Э., Мак-Магон М. Дислокационная структура алюминия // Металлы. Пер. А 18А (1987) 835-46.

[3] М.Э. Касснер, М. Мышляев, Х.Дж. Маккуин, Деформация кручения при больших деформациях в алюминии при повышенных температурах, Матер. Sci. Англ. 108 (1989) 45-61.

DOI: 10.1016 / 0921-5093 (89) 90405-x

[4] М.Э. Касснер, М.З. Ван, М.-Т. Перес-Прадо, С. Альхаджери, Размягчение алюминия при больших деформациях при сдвиге при повышенной температуре, Металлы. Mater. Пер. 33А (2002) 3145-3154.

DOI: 10.1007 / s11661-002-0300-5

[5] М.М. Мышляев, О. Сеньков, В. Лихачев, Х.Дж. Маккуин, Ж.-П. Bailon, J.I. Диксон, Дж. Дж. Йонас, М. Акбен, Закономерности механического поведения и эволюции структуры алюминия и его сплавов в условиях сверхпластичности, прочности металлов и сплавов. (Ред.), Pergamon, Oxford, 1985, стр. 841-846.

[6] В.Ликачев А. Мышляев, О. Сеньков В.В. Законы сверхпластического поведения Al при кручении. физики твердого тела, Черноголовка, Россия, (1981).

[7] С.Пердрикс, М. Perrin, F. Montheillet, Comportement mecanique et evolution structure de l’aluminium au cours d’une deformation a chaud de grande Amplitude, Mem. Et. Sci. Rev. Metal. 78 (1981) 309-320.

[8] ЧАС.Дж. Маккуин, Э. Евангелиста, М.Е. Касснер, Классификация и определение механизмов восстановления при горячей обработке алюминиевых сплавов, Z. Metall. 82 (1991) 336-345.

[9] ЧАС.Дж. Маккуин, О. Кнустад, Н. Рюм., Дж. К. Сольберг, Эволюция микроструктуры в Al, деформированном до деформации 60 при 400 ° C, Scripta Metall. 19 (1985) 73-78.

DOI: 10.1016 / 0036-9748 (85) 90268-6

[10] ЧАС.Дж. Мак Куин, Дж. К. Сольберг, Н. Рюм, Э. Нес, Эволюция напряжения течения в алюминии во время сверхвысокой деформации при повышенных температурах, Фил. Mag. 60А (1989) 473-485.

DOI: 10.1080/01418618908213873

[11] М.Э. Касснер, К.С. Кэмпбелл, Р. Эрмаган, Разупрочнение при больших деформациях в алюминии чистым сдвигом при повышенных температурах: влияние подъема дислокаций, Металлы. и матер. Пер. 48 (2017) 3971.

DOI: 10.1007 / s11661-017-4166-y

[12] Т.Петтерсен, Э. Нес, О природе деформационного разупрочнения при деформации алюминия при кручении до больших деформаций, Матем. Sci. Форум. 331-337 (2002) 601-606.

DOI: 10.1007 / s11661-003-0174-1

[13] М.Э. Касснер, Х.Дж. Маккуин, М. Мышляев, Деформация кручения при больших деформациях алюминия при повышенных температурах, Матер. Sci. и англ. 108А (1989), 45-61.

DOI: 10.1016 / 0921-5093 (89) 90405-x

[14] ЧАС.Дж. Маккуин, В. Блюм, С. Штрауб, М.Э. Касснер, Динамический рост зерна как механизм восстановления в 99.999 Al, Scripta Metall. et Mater. 28 (1993) 1299-1304.

DOI: 10.1016 / 0956-716x (93) 90472-5

[15] М.Касснер Э. Деформация монокристаллов алюминия при больших деформациях при повышенной температуре как проверка концепции геометрической динамической рекристаллизации // Металлы. Пер. 20А (1989) 2182-2185.

DOI: 10.1007 / bf02650307

[16] ЧАС.Люти. А.К. Миллер, О. Шерби, Напряжение и температурная зависимость стационарного течения при промежуточных температурах для чистого поликристаллического алюминия, Acta Metall. 28 (1980) 169-178.

DOI: 10.1016 / 0001-6160 (80) 90066-8

[17] М.Э. Касснер, докторская диссертация, Стэнфордский университет. (1981).

.

Температура размягчения по Вика — Большая химическая энциклопедия

Алкильная группа также вызывает незначительные изменения в обработке ПВХ, уровне использования и стоимости стабилизатора, а в некоторых случаях даже конечных свойствах изделия, особенно температуре теплового искажения или температуре размягчения по Вика. В целом, наиболее широко используются метилпроизводные. Бутилы занимают второе место, а октилы — отдаленную треть. [Стр.6]

Два конкретных метода испытаний получили широкое распространение.Это тест температуры размягчения по Вика (тест VSP) и тест температуры теплового прогиба под нагрузкой (тест HDT) (который также широко известен под более ранним названием температурного теста теплового искажения). В испытании Вика образец пластмассы нагревают с заданной скоростью повышения температуры, и отмечают температуру, при которой игла заданных размеров вдавливается в материал на заданное расстояние под заданной нагрузкой. В наиболее распространенном методе (метод A) используется ионная нагрузка, индентор иглы имеет площадь поперечного сечения 1 мм, указанное расстояние проникновения составляет 1 мм, а скорость повышения температуры составляет 50 ° C в час.Для получения подробной информации см. Соответствующие стандарты (ISO 306 BS 2782 метод 120 ASTM D1525 и DIN 53460). (ISO 306 описывает два метода: метод A с нагрузкой ION и метод B с нагрузкой SON, каждый с двумя возможными скоростями повышения температуры, 50 ° C / ч и 120 ° C / ч. Это приводит к приведенным значениям ISO как A50, A120, B50 или B120. Многие из результатов, приведенных в этой книге, предшествуют стандарту ISO, и, если не указано иное, можно предположить, что они соответствуют A50.) … [Стр.188]

Хотя тест Вика обычно дает при более высоких значениях различия довольно скромны для многих полимеров (например,г. типа A, B и C). Например, в случае поликарбоната бис-фенола A (группа 20) температуры теплового искажения составляют 135-140 ° C и 140-146 ° C для высокого и низкого уровней напряжения соответственно, а температура размягчения по Вика составляет около 165 ° C. В случае гомополимера ацеталя температуры составляют 100, 170 и 185 ° C соответственно. Для нейлона 66 два испытания на тепловую деформацию ASTM дали разные значения: 75 и 200 ° C. Полиэтилен низкой плотности может иметь температуру по Вика 90 ° C, но температуру теплового искажения ниже нормальной температуры окружающей среды.[Стр.188]

Температура размягчения по Вика (° C) 80 70 гибкость при комнатной температуре … [Стр.345]

Температура стеклования 215 ° C, температура отклонения 200 ° C и размягчение по Вика точка 219 ° C. [Pg.525]

Для повышения устойчивости к размягчению при нагревании гис-фенол A заменен более жесткой молекулой. Обычные поликарбонаты на основе бис-фенола А имеют более низкие температуры тепловой деформации (температуры отклонения под нагрузкой), чем некоторые из более новых ароматических термопластов, описанных в следующей главе, например полисульфоны.В 1979 году на рынок поступил поликарбонат, в котором бис-фенол А был заменен тетраметилбис-фенолом А. Этот материал имел точку размягчения по Вика 196 ° C, отличную стойкость к гидролизу, отличную устойчивость к трекингу и низкую плотность около 1,1 г / см-. Такие улучшения были получены за счет ударной вязкости и устойчивости к растрескиванию под напряжением. [Pg.565]

Гомополимер поликарбоната TMC имеет температуру стеклования 238 ° C, что почти на 100 ° C выше, чем у поликарбоната бисфенола А.Следовательно, сополимеры будут иметь промежуточное стеклование в зависимости от относительных пропорций ТМС и бис-фенола A. Коммерческие сорта (продаваемые Bayer как Apec HT) имеют точки размягчения по Вика от 158 до … [Pg.565]

На основе поликарбонатов на тетраметилбисфеноле А термически стабильны и имеют высокую температуру размягчения по Вика, составляющую 196 ° C. С другой стороны, они имеют более низкую ударопрочность и ударопрочность по сравнению с обычным полимером. Смеси с полимерами на основе стирола были представлены в 1980 году, и по сравнению со смесями ПК / АБС, как утверждается, они обладают улучшенной гидролитической стойкостью, более низкой плотностью и более высокими температурами теплового отклонения.Предлагаемые области применения — посуда для микроволновых печей и отражатели автомобильных фар. [Pg.579]

Температуру размягчения по Вика определяли в соответствии с ASTM D 1525 58 T при нагрузке 5 кг на круглый образец диаметром 3 см. Образцы были получены спеканием образцов ХПВХ (без стабилизаторов) в формовочном прессе при температурах, близких к T0, и давлениях, изменяющихся в зависимости от содержания хлора в ХПВХ. [Стр.134]

Присутствие эластомерной фазы определяет небольшое снижение точки размягчения по Вика по отношению к ПВХ, а также температура теплового искажения показывает ту же тенденцию, хотя значения менее дифференцированы.[Pg.280]

При испытании Вика стальная игла на конце, сплющенном до площади 1 мм2, вдавливается в блок материала со стандартной силой (1 кгс для Vicat-A, 5 кгс для Vicat- Б). Температура повышается со стандартной скоростью 50 ° C / час, пока игла не войдет в образец на 1 мм, после чего будет достигнута точка размягчения по Вика. Как мы видели с твердостью по Шору (7.5.1), этот процесс проникновения, по сути, также определяется модулем упругости материала, хотя и гораздо более сложным образом.В целом, также к испытанию Вика можно приписать характеристический модуль упругости, который ниже, чем при испытании на изгиб ISO, а именно около 200 МПа для Вика-В и 40 МПа для Викат-А. [Pg.145]

В качестве другого примера мы рассмотрим два (аморфных) полимера с сильно различающейся Tg, а именно высокой для A и низкой для B. Если мы выберем rpu = 0,4, то для каждого из трех типов дисперсии -модуль можно рассчитать как функцию температуры по кривым E (T) компонентов. Результат показан на рисунке 9.13, на котором также схематично указаны значения температур размягчения по ISO и Вика. Снова оказывается, что тип дисперсии оказывает сильное влияние на свойства (см. Также Qu. 4.24, 9.13, 9.15 и 9.23). [Pg.175]

Основным недостатком ПВХ является его относительно низкая рабочая температура (60-70 ° C), а добавление большого количества некоторых полимеров может улучшить температуру теплового искажения и температуру размягчения по Вика. Примером такого полимера является сополимер альфа-метилстирола и акрилонитрила (AMSAN).Полимер AMSAN-ABS может использоваться в качестве комбинированного модификатора тепла и ударов. [Стр.19]

Чаще всего используются измерения точки размягчения по Вика (ASTM D1525, DIN 53460, ISO 306) и температуры прогиба под нагрузкой (DTUL, ASTM D648). Оба измерения отслеживают изменение модуля упругости с температурой и определяют конечную точку, когда макроскопическое изменение может … [Pg.321]

ASTM D648 ISO R75 измеряется в ° C. Образец помещают в нагретую камеру, зажимают в опорах и нагружают до 1856 кН / м2, при этом температуру повышают на 2 ° C каждую минуту, пока стержень образца не отклонится на 0.25 см. Используемый аппарат можно использовать совместно с точкой размягчения по Вика. [Pg.202]

Показанная здесь температура размягчения Vical — это температура, при которой заданное проникающее тело проникает на глубину 1 мм вертикально в образец для испытаний под действием заданной силы. Температуру размягчения по Вика определяли в соответствии со стандартом DIN 53 460. (сила Melhod B 50 — 49,01 Н, повышение температуры 50 К в час.) … [Pg.512]

Два конкретных метода испытаний получили широкое распространение. Это испытание точки размягчения по Вика и испытание, широко известное как испытание температуры теплового искажения (также называемое испытанием температуры прогиба под нагрузкой).В испытании точки размягчения по Вика образец полимера нагревают с заданной скоростью повышения температуры, и отмечают температуру, при которой игла заданных размеров вдавливается в полимер на заданное расстояние под заданной нагрузкой. [Pg.365]

Температура размягчения по Вика См. «Точка размягчения по Вика». [Стр.214]

---

.

Низкотемпературное отверждение поверхностных покрытий из водородсилсесквиоксана для защиты алюминия от коррозии

по

Феликс Ламперт *, Аннеметт Хиндхеде Йенсен ** и Пер Мёллер ^† *

* Датский технический университет (DTU), Люнгбю, Дания

** SiOx ApS, Эспергэрде, Дания

Примечание редактора : Этот документ представляет собой рецензируемую и отредактированную версию статьи, представленной на NASF SUR / FIN 2015 в Роузмонте, штат Иллинойс, 9 июня 2015 года.Версия PDF для печати доступна, нажав ЗДЕСЬ .

РЕФЕРАТ

Водородный силсесквиоксан (HSQ) зарекомендовал себя как многообещающий прекурсор для антикоррозийных стеклянных покрытий для металлических подложек благодаря превосходным барьерным свойствам пленок, особенно при нанесении защитных покрытий для алюминия в автомобильной промышленности, где высокая химическая стабильность в щелочные среды не требуются. Покрытия успешно наносятся на поверхности из нержавеющей стали.Однако традиционное термическое отверждение HSQ включает нагрев до повышенных температур, которые выходят за рамки тех, которые применимы для большинства промышленных применений алюминия. В этом исследовании тестируются и оцениваются низкотемпературные процессы как возможные альтернативы традиционному высокотемпературному отверждению. Тонкие пленки HSQ наносятся на кремниевые пластины для моделирования степени отверждения, вызванного низкотемпературными методами, по сравнению с термическим отверждением. Кроме того, покрытия наносятся на алюминиевые подложки для оценки адгезии и коррозионной стойкости пленок.

Ключевые слова : Алюминий, коррозия, отверждение электронным пучком, водородный силсесквиоксан, HSQ, стекловидная эмаль

Введение

Стекловидная эмаль — это хорошо известная технология нанесения покрытия для защиты металлов от коррозии благодаря выдающимся барьерным свойствам кварцевого стекла. ¹ Диаграмма E-pH, показанная на рис. 1 (a), показывает диоксид кремния как в значительной степени инертный материал в диапазоне pH от 0 до 11-12 в водной среде. Передача этих инертных свойств в виде покрытия особенно интересна для металлов, таких как алюминий, где пассивная область наблюдается только в диапазоне приблизительно между pH 5-8 (рис.1 (б)). Узкий диапазон стабильности ограничивает промышленное использование алюминия. Помимо температуры отверждения выше температуры ликвидуса стекловидной эмали, близкой к температуре плавления алюминия, и большой толщины покрытия, традиционное стекловидное эмаль часто становится проблематичным в отношении допусков и гибкости покрытий.

.