Получение алюминия

 

                             

 

Получение алюминия особой чистоты.

 

 

Для производства полупроводниковых  материалов  требуется алюминий чистотой 99,9999 - 99,99999%  Al, недостижимой при электролитическом рафинировании. Глубокую очистку алюминия осуществляют зонной перекристаллизацией или дистилляцией через субфторид.

Очистка зонной перекристаллизацией  основана на том, что при красталлизации примеси металлов распределяются неравномерно между жидким и твердым алюминием. При температу затвердевания алюминия (660°С), когда в жидком алюминии растут кристаллы, содержание в них железа, кремния, меди, цинка, никеля, магния значительно меньше, чем в жидком металле.

 

 

Сплавы алюминия.

 

Всем известна тонкая алюминиевая  фольга используется как упаковочный  материал для продуктов питания (например шоколада), более толстая - для изготовления банок для напитков.

Алюминиевые сплавы обладают малой  плотностью (2,5 - 3,0 г/см³) в сочетании с достаточно хорошими механическими свойствами и удовлетворительной устойчивостью к окислению. По своим прочностным характеристикам и по износостойкости они уступают сталям, некоторые из них также не обладают хорошей свариваемостью, но многие из них обладают характеристиками, превосходящими чистый алюминий.

Особо выделяются алюминиевые сплавы с повышенной пластичностью, содержащие до 2,8% Mg и до 2,5% Mn - они обладают большей, чем чистый алюминий прочностью, легко поддаются вытяжке, близки по коррозионной стойкости к алюминию.

 

Эти воздушные конструкции выполнены  из сплавов алюминия

 

 

 

Дуралюмины - от французского слова dur - твердый, трудный и aluminium - твердый алюминий. Дуралюмины - сплавы на основе алюминия, содержащие:

• 1,4-13% Cu,
• 0,4-2,8% Mg ,
• 0,2-1,0% Mn ,
• иногда 0,5-6,0% Si ,
• 5-7% Zn ,
• 0,8-1,8% Fe ,
• 0,02-0,35% Ti и др.

Дуралюмины - наиболее прочные и  наименее коррозионно-стойкие из алюминиевых  сплавов. Склонны к межкристаллической коррозии. Для защиты листового дуралюминия от коррозии его поверхность плакируют¹ чистым алюминием. Они не обладают хорошей свариваемостью, но благодаря своим остальным характеристикам применяются везде, где необходима прочность и легкость. Наибольшее применение нашли в авиастроении для изготовления некоторых деталей турбореактивных двигателей.

 

Магналии - названы так из-за большого содержания в них магния (Mg), сплавы на основе алюминия, содержащие:

• 5-13% Mg ,
• 0,2-1,6% Mn ,
• иногда 3,5-4,5% Zn ,
• 1,75-2,25% Ni ,
• до 0,15% Be ,
• до 0,2% Ti ,

до 0,2% Zr и др.

Алюминиевые трубы

 

 

 

Магналии отличаются высокой прочностью и устойчивостью к коррозии в  пресной и даже морской воде. Магналии также хорошо устойчивы к воздействию  азотной кислоты HNO₃ , разбавленной серной кислоты H₂SO₄, ортофосфорной кислоты H₃PO₄ , а также в средах, содержащих SO₂ .

Применяются как конструкционный  материал в :

• авиастроении;
• судостроении;
• машиностроении (сварные баки, заклепки, бензопроводы, маслопроводы);
• для изготовления арматуры строительных сооружений;
• для изготовления деталей холодильных установок;
• для изготовления декоративных бытовых предметов и др.

 

При содержании Mg выше 6% магналии склонны к межкристаллической коррозии. Обладают более низкими литейными свойствами, чем силумины.

 

Силумины - сплавы на основе алюминия с большим содержанием кремния (Si).

В состав силуминов входят:

• 3-26% Si ,
• 1-4% Cu ,
• 0,2-1,3% Mg ,
• 0,2-0,9% Mn ,
• иногда 2-4% Zn ,
• 0,8-2% Ni ,
• 0,1-0,4% Cr ,
• 0,05-0,3% Ti и др.

 

При своих относительно невысоких  прочностных характеристиках силумины обладают наилучшими из всех алюминиевых  сплавов литейными свойствами. Они  наиболее часто используются там, где  необходимо изготовить тонкостенные или  сложные по форме детали.

По коррозионной стойкости занимают промежуточное положение между  дуралюминами и магналиями.

Нашли свое основное применение в:

• авиастроении;
• вагоностроении;
• автомобилестроении и строительстве сельскохозяйственных машин для изготовления картеров, деталей колес, корпусов и деталей приборов.

 

САП - сплавы, состоящие из Al и 20-22% Al₂O₃ .

Получают спеканием окисленного  алюминиевого порошка. После спекания частицы Al₂O₃ играют роль упрочнителя.

Прочность данного соединения при  комнатной температуре ниже, чем  у дуралюминов и магналиев, но при температуре превышающей 200 °С превосходит их.

При этом САП обладают повышенной стойкостью к окислению, поэтому  они незаменимы там, где температура  эксплуатации превышает 400 °С .

 

 

 

Литература.

 

1. Тарарин С.В. Электролиз расплавленных солей.М. Металлургия.,1982
2. Сушков А.И. Металлургия алюминия. М., Металлургия, 1971
3. Беляев А.И. Металлургия легких металлов., М., Металлургия., 1978

¹ Плакирование - (от французского plaquer - накладывать) нанесение методом горячей прокатки или прессования на поверхность металлических листов тонкого слоя другого металла или сплава.