Другие легирующие элементы

Также для улучшения некоторых характеристик алюминия в качестве легирующих элементов используются:

Бериллий добавляется для уменьшения окисления при повышенных температурах. Небольшие добавки бериллия (0,01-0,05%) применяют в алюминиевых литейных сплавах для улучшения текучести в производстве деталей двигателей внутреннего сгорания (поршней и головок цилиндров).

Бор вводят для повышения электропроводимости и как рафинирующую добавку. Бор вводится в алюминиевые сплавы, используемые в атомной энергетике(кроме деталей реакторов), т.к. он поглощает нейтроны, препятствуя распространению радиации. Бор вводится в среднем в количестве 0,095-0,1%.

Висмут. Металлы с низкой температурой плавления, такие как висмут, свинец, олово, кадмий вводят в алюминиевые сплавы для улучшения обрабатываемости резанием. Эти элементы образуют мягкие легкоплавкие фазы, которые способствуют ломкости стружки и смазыванию резца.

Галлий добавляется в количестве 0,01 — 0,1% в сплавы, из которых далее изготавливаются расходуемые аноды.

Железо. В малых количествах (>0,04%) вводится при производстве проводов для увеличения прочности и улучшает характеристики ползучести. Так же железо уменьшает прилипание к стенкам форм при литье в кокиль.

Индий. Добавка 0,05 — 0,2% упрочняют сплавы алюминия при старении, особенно при низком содержании меди. Индиевые добавки используются в алюминиево — кадмиевых подшипниковых сплавах.

Кадмий. Примерно 0,3% кадмия вводят для повышения прочности и улучшения коррозионных свойств сплавов.

Кальций придает пластичность. При содержании кальция 5% сплав обладает эффектом сверхпластичности.

Кремний является наиболее используемой добавкой в литейных сплавах. В количестве 0,5-4% уменьшает склонность к трещинообразованию. Сочетание кремния с магнием делают возможным термоуплотнение сплава.

Олово улучшает обработку резанием.

Титан. Основная задача титана в сплавах — измельчение зерна в отливках и слитках, что очень повышает прочность и равномерность свойств во всем объеме.

Основные природные соединения алюминия:

1. Нефелины — (Na,K)2О • АlО3 • 2Si2.
2. Криолит — А1F3 • 3NaF
3. Бокситы — алюминиевая руда Аl2O3 • хH2O (встречается, как правило, с примесями оксидов кремния SiO2, железа Fe2О3, карбонатом кальция СаСО3).
4. Каолин — А12О3 • 2SiO2 • 2Н2О.
5. Глиноземы — смесь каолинов с песком SiO2, известняком СаСО3,магнезитом МgСО3.

Химические свойства:

Алюминий обладает высокой химической активностью (в ряду напряжений металлов занимает место между магнием и цинком).

Алюминий легко окисляется кислородом воздуха, покрываясь прочной защитной пленкой оксида алюминия Аl2О3, которая препятствует дальнейшему окислению и взаимодействию с другими веществами, что обуславливает его высокую коррозионную стойкость.

4Аl + 3О2 = 2Аl2О3

Если пленку оксида алюминия разрушить, то алюминий активно взаимодействует с водой при обычной температуре:

2Аl + 6Н2О = 2Аl(ОН)3 + ЗН2

1. Лишенный окисной пленки алюминий легко растворяется в:

— щелочах с образованием алюминатов

2Аl + 2NаОН + 2Н2О = 2NаАlО2 + 3Н2

— разбавленных кислотах с выделением водорода

2А1 + 6НС1 = 2АlСl3 + ЗН2

2А1 + ЗН2SО4 = Аl2(S04)3 + 3Н2

— сильно разбавленная и концентрированная азотная кислота пассивирует алюминий, поэтому для хранения и перевозки азотной кислоты используются алюминиевые емкости. Но при нагревании алюминий растворяется в азотной кислоте:

Аl + 6НNO3(конц.) = Аl(NО3)3 + ЗNО2 + ЗН2О

2. Алюминий взаимодействует с:

— галогенами

2Аl + ЗВr2 = 2АlВr3

— при высоких температурах с другими неметаллами (серой, азотом, углеродом)

2Аl + 3S = Аl2S3 (сульфид алюминия)

2Аl + N2 = 2АlN (нитрид алюминия)

4Аl + 3С = А14С3 (карбид алюминия)

Реакции протекают с выделением большого количества

тепла. 3. Для алюминия характерны реакции алюминотермии —

восстановления металлов из их оксидов алюминием.

Алюминотермия используется для получения редких металлов, образующих прочную связь с кислородом: ниобия Nb, тантала Та, молибдена Мо, вольфрама W и др.

2Аl + 3W3 = 3W + А12О3

Смесь мелкого порошка Аl и магнитного железняка Fе3O4 называется термитом, при поджоге которого выделяется большое количество тепла, и температура смеси повышается до 3500°С. Этот процесс используется при термитной сварке.

8Аl + ЗFе3О4 = 9Fе + 4Аl2О3