Что такое алюминий? Его характеристики, свойства

Алюминий: история, характеристики, типы, свойства и применение

Алюминий является одним из самых распространенных металлов, используемых сегодня в мире. Он обладает несколькими желательными свойствами, такими как: превосходная прочность, пластичность, отношение прочности к весу и коррозионная стойкость.

Хотя алюминий и его различные соли и оксиды использовались со времен Римской империи, этот металл не был официально открыт до 1808 года Гемфри Дэви, и не производился рафинированием и массовым производством, как это известно сегодня, до 1888 года.

Сегодня алюминий используется в широком диапазоне применений и отраслей промышленности, включая: банки из-под газировки, кухонную фольгу, фюзеляж самолетов и автомобильные рамы.

В этой статье дается определение алюминия, делается обзор его истории, описываются его характеристики и свойства, а также обсуждаются различные области применения этого универсального металла.

Что такое алюминий?

Алюминий — серебристо-белый, легкий, устойчивый к коррозии, немагнитный и пластичный материал. Это самый распространенный металл на Земле.

Он составляет более 8% вещества земной коры, уступая только кислороду и кремнию. Алюминий является наиболее производимым и очищаемым цветным металлом из-за его свойств и распространенности.

Он широко используется в ряде отраслей, включая транспорт, строительство, упаковку, машиностроение и товары народного потребления.

История алюминия?

Хотя алюминий использовался на протяжении веков, человечество в значительной степени не знало об этом металле, поскольку он редко встречается в чистом виде.

Он часто встречается в горных породах, минералах и глинах. С древних времен вплоть до промышленной революции квасцы, соль на основе алюминия, были наиболее распространенной формой, в которой использовался алюминий. Его часто использовали в качестве антипирена, в красках и лекарствах, а также в гончарном деле.

В 1807 году Хамфри Дэви описал существование неизвестного металла в квасцах и безуспешно пытался выделить его с помощью электролиза.

В 1825 году Ганс Кристиан Эрстед успешно выделил алюминий восстановлением хлорида алюминия. В 1854 году Анри Сент-Клер Девиль усовершенствовал процесс восстановления алюминия для получения большего количества металла.

В 1886 году Шарль Мартин Холл и Поль Луи Туссен-Эру одновременно разработали процесс плавки алюминия, который используется до сих пор. В результате доступности более эффективного процесса рафинирования использование алюминия резко возросло в 20 веке.

  • Алюминий в периодической таблице — «Al». 
  • Атомный номер алюминия — 13. Это первый постпереходный металл в периодической таблице. Алюминий находится в 3-м периоде (строка) и в 13-й группе (столбец). 
  • Атомный вес алюминия составляет 26,98 а.е.м. (атомные единицы массы). 1 а.е.м. эквивалентна 1/12 размера нейтрального атома углерода. 

Из чего состоит алюминий?

Алюминий встречается в природе в виде квасцов (сульфатов) и оксидов. Материалы, из которых можно получить чистый алюминий, перечислены ниже:

  1. Бокситы
  2. Глина
  3. Сланец
  4. Сланец
  5. Гранит
  6. Анортозит

Каковы характеристики алюминия?

Некоторые из основных характеристик алюминия описаны ниже:

  1. Он легкий, с плотностью около одной трети плотности стали.
  2. Имеет высокое соотношение прочности к весу.
  3. Он естественно устойчив к коррозии из-за образования на его поверхности плотно прилегающего оксидного слоя.
  4. Он очень пластичен.
  5. Имеет блестящий, серебристо-белый цвет.
  6. Обладает отличной тепло- и электропроводностью.

Какого цвета алюминий?

Чистый алюминий, алюминиевые сплавы и обработанный алюминий имеют серебристо-белый цвет.

Как выглядит алюминий?

Пример чистого алюминия показан на рисунке 1 ниже:

В природе алюминий чаще всего встречается в виде оксидов в бокситовых рудах. По внешнему виду боксит представляет собой желтовато-коричневую красноватую породу с тусклым блеском, напоминающую глину.

После очистки и обработки бокситовой руды чистый алюминий выглядит примерно так, как показано на изображении выше. Это серебристо-белый блестящий материал.

Какова плотность алюминия?

Плотность алюминия 2,71 г/см3.

Какие бывают виды алюминия?

Различные типы алюминия описаны ниже:

1. Чистый алюминий

Чистый алюминий не содержит легирующих элементов и имеет низкий уровень примесей. Он почти не встречается в природе и получается путем переработки добытых полезных ископаемых и руд, таких как бокситы.

Он мягкий, пластичный, устойчивый к коррозии и электропроводный. Чистый алюминий часто используется для ненесущих изделий, таких как провода, кабели и фольга.

2. Алюминиевые сплавы

Алюминиевый сплав представляет собой материал, состоящий из чистого алюминия и легирующих элементов. Дополнительные элементы в структуре чистого алюминия делают алюминий прочнее.

Алюминиевые сплавы изготавливаются путем плавления и смешивания чистого алюминия с легирующим элементом (элементами) и охлаждения смеси.

Алюминиевые сплавы тверже и прочнее чистого алюминия, но при этом легкие, пластичные, устойчивые к коррозии и электропроводящие.

Алюминиевые сплавы часто используются для изготовления автомобильных двигателей и шасси, крыльев самолетов и потребительских товаров.

3. Литой алюминий

Литые алюминиевые изделия изготавливаются из алюминиевых сплавов, которые плавятся, а затем заливаются в формы для создания окончательных форм.

Литье алюминия — это экономичный способ производства больших партий деталей. Однако литые алюминиевые детали имеют более низкую прочность на растяжение и более низкую пластичность, чем детали из кованого алюминия. Литье используется для деталей двигателей и протезов.

4. Кованый алюминий

Кованый алюминий и алюминиевые сплавы формуются с использованием таких процессов формования, как экструзия, прокатка или ковка.

Эти процессы используются для формирования заготовок, стержней и слитков для других производственных процессов, таких как механическая обработка.

Он используется для обработки и производства листового металла для изготовления деталей для автомобильной, аэрокосмической, медицинской и потребительской промышленности.

5. Анодированный алюминий

Анодированный алюминий — это алюминий или алюминиевый сплав, поверхность которого стала более твердой и прочной в результате электрохимических реакций. Анодирование также может быть использовано для создания матовых или блестящих поверхностей разного цвета.

Анодированный алюминий часто используется в: строительных и архитектурных изделиях, таких как оконные рамы и вывески; детали салона самолетов и поездов; и привлекательные поверхности для потребительских товаров, таких как электроника и кухонная техника.

6. Плакированный алюминий

Плакированный алюминий, также известный как Alclad, представляет собой алюминиевый сплав, изготовленный путем нанесения дополнительных слоев чистого алюминия или алюминиевого сплава на подложку из алюминиевого сплава для дальнейшего повышения его коррозионной стойкости.

Плакированный алюминиевый сплав является анодным и электрохимически защищает подложку от коррозии. Alclad обычно используется в аэрокосмической промышленности и изготавливается путем прокатки сплава на подложке и нагревания композитного материала до высоких температур.

Какой тип металла алюминий?

Алюминий является постпереходным металлом в группе 13 или группе бора периодической таблицы. Он имеет тенденцию образовывать химические соединения со степенью окисления +3 из-за своего катиона +3.

Это позволяет алюминию легко связываться с другими элементами, в первую очередь с кислородом и любым анионом, имеющим состояние -3.

Свойства алюминия?

Алюминий обладает несколькими желательными физическими и химическими свойствами, включая хорошую электрическую и теплопроводность. Его заметные физические и химические свойства показаны в таблицах 1 и 2 ниже:

Каковы физические свойства алюминия? 

Физические свойства алюминия описаны в таблице 1 ниже:

Таблица 1: Физические свойства алюминия

Свойство Определение Пример Единицы Важность
Плотность
Масса материала в единице объема
2,71 г/см3
г/см3
Легкий материал с высоким соотношением прочности и веса.
Сила
Способность материала выдерживать нагрузку.
от 80 МПа (AA1050A 0) до 570 МПа (AA7075 T6)
МПа или psi
Обладает высокой прочностью благодаря небольшому весу, что позволяет использовать его в нескольких приложениях, несущих нагрузку.
Цвет
Длина волны света, отраженного материалом
Блестящий, серебристо-белый цвет
Н/Д
Привлекательный внешний вид для различных потребительских товаров и конструкций.
Пластичность
Способность материала изгибаться или растягиваться перед разрушением.
Очень пластичный
Безразмерный. Общее процентное удлинение после испытания на растяжение
Поглощает энергию в виде пластической деформации перед разрушением, легко формируется.

Химические свойства алюминия?

Химические свойства алюминия описаны в таблице 2 ниже:

Таблица 2: Химические свойства алюминия
Свойство Определение Пример Важность
Окислительный потенциал
Реакция, как правило, с воздухом.
Оксиды алюминия в бокситах.
Легко реагирует с воздухом и обычно встречается в природе в виде оксидов.
Способность образовывать сплавы
Легкость формовки сплавов с алюминием.
Существует несколько сотен различных алюминиевых сплавов.
Позволяет получить желаемые физические и механические свойства, которых нет в чистом алюминии.
Реактивность
Способность образовывать водные и взаимные растворы с другими материалами.
Алюминий реагирует с минеральными кислотами и щелочами с образованием водных растворов.
Алюминиевые кислоты, такие как гидроксид алюминия, обычно используются в качестве антипирена и в фармацевтике. Алюминиевые основания обычно используются для водоподготовки и ускорения отверждения бетона.
Устойчивость к коррозии
Способность материала сопротивляться разрушению из-за коррозии
В природе обычно встречается в виде оксида алюминия, что делает его естественно устойчивым к коррозии.
Его естественная коррозионная стойкость позволяет использовать алюминий и его сплавы в самых разных условиях.

Применение алюминия?

Применение алюминия в различных отраслях промышленности описано ниже:

1. Транспорт

Алюминий используется в автомобильной, аэрокосмической и морской промышленности из-за его легкого веса и высокого отношения прочности к весу.

Он используется для кузовов автомобилей, компонентов двигателя и колес для снижения веса и повышения эффективности использования топлива.

Алюминий используется для конструктивных элементов самолетов, таких как крылья и фюзеляж, для снижения веса и улучшения аэродинамики. Он используется для корпусов, мачт и других компонентов судов из-за его коррозионной стойкости в соленой воде.

2. Упаковка

Алюминий используется в потребительской упаковке из-за его пригодности для вторичной переработки, легкости и коррозионной стойкости. Он часто используется для изготовления банок для напитков и упаковки лекарств.

3. Строительство 

Алюминий используется в строительстве из-за его прочности, пластичности и коррозионной стойкости. Он регулярно используется в таких конструкциях, как дома, высотные здания и мосты.

Небольшой вес делает его использование в строительстве простым, эффективным и экономичным. Алюминий помогает уменьшить общий вес конструкции, что приводит к снижению затрат, связанных с фундаментом.

4. Электроприборы 

Алюминий часто используется в электроприборах из-за его легкого веса и хорошей электропроводности. Он часто используется в двигателях, телевизионных антеннах, бытовой технике и спутниковых антеннах. Алюминий также часто используется для линий электропередач, где его легкий вес, пластичность и коррозионная стойкость делают этот материал идеальным.

5. Товары повседневного потребления

Серебристый, гладкий внешний вид алюминия, а также его долговечность, легкий вес и отличная теплопроводность делают этот материал хорошим выбором для использования в потребительских товарах.

Алюминий используется в качестве корпуса для смартфонов, телевизоров и ноутбуков из-за его легкости, внешнего вида и способности удерживать устройства от перегрева.

Он также часто используется в посуде из-за его коррозионной стойкости, легкого веса и теплопроводности, что способствует равномерному нагреву.

6. Машины и оборудование

Алюминий часто используется в машинах и оборудовании из-за его легкого веса, высокого отношения прочности к весу и коррозионной стойкости. Из него изготавливают каркасы и механизмы управления движением промышленных машин и оборудования. Он также часто используется для датчиков, конвейеров и других промышленных компонентов.

7. Медицинское оборудование 

Алюминий используется в медицинском оборудовании, таком как инвалидные коляски, ходунки и костыли, благодаря его легкому весу и прочности.

Он также используется для хирургических инструментов и имплантатов из-за его биосовместимости и устойчивости к коррозии в организме.

Преимущества алюминия?

Преимущества алюминия перечислены ниже:

  1. Это легкий материал, плотность которого (2,71 г/см3) составляет примерно одну треть плотности стали. Это полезно в приложениях, где требуется меньший вес, например, в автомобильной или аэрокосмической промышленности.
  2. Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью благодаря естественному образованию на его поверхности защитного оксидного слоя. Он может выдерживать широкий спектр условий окружающей среды в таких отраслях, как транспорт, строительство и производство потребительских товаров.

Недостатки алюминия?

  1. Хотя алюминий является прочным металлом, его прочность обычно ниже, чем у стали.
  2. Это дороже, чем такие материалы, как сталь или пластик. Цена на сырье и энергия, необходимая для производства алюминия и алюминиевых сплавов, способствуют высокой цене алюминия.
  3. Алюминий обладает высокой теплопроводностью. Это затрудняет сварку алюминия, поскольку сварные швы на алюминии затвердевают намного быстрее, чем на стали.

Алюминий легкий?

Да, алюминий легкий. Плотность алюминия составляет 2,71 г/см3, что примерно в три раза меньше, чем у стали.

Прочен ли алюминий?

Да, алюминий прочный. Алюминий используется в самых разных областях, таких как упаковка, строительство и транспорт.

Является ли алюминий функциональным? 

Да, алюминий функционален. Он легкий, прочный, долговечный, хорошо проводит тепло и электричество.

Является ли алюминий металлом?

Да, алюминий — это металл. Он считается металлом, потому что является хорошим проводником тепла и электричества, имеет блестящий вид и легко теряет электроны, образуя положительные ионы (катионы).

В этой статье был представлен алюминий, объяснено, что это такое, и подробно рассмотрен материал.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

14 + пять =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: