9. ALUMINIUM I STOPY ALUMINIUM

Aluminium (symbol chemiczny Al.) jest metalem o bardzo dużym znaczeniu w technice. Inna nazwa glin. Występuje w przyrodzie w wielu minerałach i jest trzecim, po tlenie i krzemie, pierwiastkiem pod względem udziału w skorupie ziemskiej. Jego główna ruda jest boksyt, z którego wytwarza się czysty tlenek Al2O3, a następnie przez elektrolizę tlenku rozpuszczonego w stopionym kriolicie (fluoroglinian sodu) otrzymuje się aluminium hutnicze. Następnie jest ono poddawane dalszej rafinacji, czyli oczyszczaniu.

Aluminium wytwarza się w 19 gatunkach o różnym stopniu czystości od 99,99 % do 99,0 %.

Właściwości czystego aluminium.

Aluminium należy do tej samej grupy metali co bor, skand, itr, lantan, aktyn, neodyn - wszystkie one sa bardzo mało trwałe i nie występują w stanie wolnym w przyrodzie.

Liczba atomowa aluminium wynosi 13; a jego masa atomowa 26,9815. Krystalizuje w sieci regularnej. Temperatura topnienia czystego aluminium wynosi 660,37 ^oC, a wrzenia 2894 ^oC. Gęstość aluminium wynosi 2,6989 kg/dm³. Jest dobrze obrabialne plastycznie. Ma średnie właściwości wytrzymałościowe. W stanie wyżarzonym jego wytrzymałość na rozciąganie wynosi R_m=70-120 MPa. W stanie zgniotu (60-80%) wytrzymałość wzrasta i wynosi R_m=140-230 MPa.

Aluminium dobrze przewodzi ciepło.

Aluminium ma wysoką przewodność elektryczną, stanowiąca około 65% przewodności elektrycznej miedzi. Podobnie jak w przypadku miedzi przewodność ta szybko zmniejsza się wraz ze zwiększeniem stopnia zanieczyszczeń aluminium i jego domieszek, takich jak Fe i Si, a także Cu, Zn i Ti.

Pierwiastki te jako domieszki powodują także zmniejszenie plastyczności aluminium, lecz zwiększają jego wytrzymałość. Dodatek Fe powoduje kruchość aluminium

Aluminium wykazuje dużą odporność na korozję. Na powietrzu suchym pokrywa się cienką warstwą Al2O3, chroniąca przed korozją atmosferyczną, działaniem wody słodkiej, stężonego kwasu azotowego, licznych kwasów organicznych a także siarkowodoru.

Kwasy redukujące HCl i HF oraz woda morska, pary i jony rtęci powodują przyśpieszenie korozji aluminium.

W celu polepszenia odporności na korozje aluminium jest poddawane anodowaniu, tj. elektrolitycznemu procesowi wytwarzania cienkiej powłoki tlenkowej w roztworze 10% kwasu siarkowego, połączonemu z barwieniem powierzchni na różne kolory.

Zastosowanie aluminium

Czyste aluminium jest stosowane do produkcji stopów oraz do licznych wyrobów codziennego użytku, urządzeń dla przemysłu spożywczego, na niektóre przewody elektryczne, wymienniki ciepła, w budownictwie, w postaci folii - na opakowania artykułów spożywczych. Aluminium rafinowane jest stosowane w elektrotechnice i elektronice oraz do budowy specjalnej aparatury chemicznej.

2. Klasyfikacja stopów aluminium

Stosunkowo niskie właściwości wytrzymałościowe aluminium można zwiększyć, i to nawet kilkakrotnie, przez wprowadzenie pierwiastków stopowych oraz obróbkę cieplna stopów. W porównaniu ze stalami stopy aluminium charakteryzują się znacznie mniejsza masa, a w niskiej temperaturze - większą udarnością.

Ze względu na sposób wytwarzania stopy aluminium dzielimy na:

Stopy do obróbki plastycznej zawierają zwykle około do 5% pierwiastków stopowych, najczęściej Cu, Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li.

Odlewnicze stopy aluminium są zwykle wieloskładnikowe, o zawartości pierwiastków stopowych w dużym stężeniu, od 5% do 25%. Głównie są to Cu, Si, Mg, Zn i Ni lub ich różne zestawienia. Stopy Al. Odznaczają się dobrą lejnością i małym skurczem.

Stopy aluminium z krzemem, zwane są siluminami, zawierają od 2 do 30% Si. Krzem zapewnia rzadkopłynność oraz lejność i mały skurcz odlewniczy. Stosowane sa także wieloskładnikowe stopy Aluminium z krzemem.

Zastosowanie siluminów. Na denka tłoków i tłoki silników spalinowych. Silnie obciążone elementy dla przemysłu okrętowego i konstrukcji elektrycznych, pracujące w wodzie morskiej i w podwyższonej temperaturze. Wieloskładnikowe stopy Al. Z Si stosuje się m.in. na głowice silników spalinowych oraz inne odlewy w przemyśle maszynowym.

Stopy aluminium z krzemem sa również produkowane dla celów obróbki plastycznej, np. przez kucie lub prasowanie na silnie obciążone lementy lotnicze, elementy pojazdów mechanicznych, elementy głęboko tłoczone i kute o złożonym kształcie.

Aluminium tworzy z magnezem roztwór stały o rozpuszczalności zmniejszającej się wraz z obniżaniem temperatury. Stosuje się odlewnicze stopy aluminium z magnezem, jako najczęstsze stopy odlewnicze (obok siluminów).

Stopy aluminium z magnezem wykazują największa spośród wszystkich stopów aluminium odporność na korozję. Własności odlewnicze są jednak gorsze od siluminów. Stopy Aluminium z Mg zawierają zwykle także inne dodatki stopowe, Si, Cu, Mn lub Cr. Zn i Ti, także Be i niekiedy Li.

Odlewnicze stopy aluminium z magnezem znajdują zastosowania na odlewy wytrzymałe, o dużej odporności na korozje wody morskiej, np. na armaturę okrętową, elementy aparatury chemicznej i elementy dekoracyjne, a także silnie obciążone i narażone na uderzenia.

Stopy aluminium o obróbki plastycznej, z dodatkiem magnezu, zwane są hydronaliami (hydronalium). Stopy te stosowane są na elementy konstrukcji okrętowych, średnio obciążone elementy konstrukcji lotniczych, w przemyśle spożywczym i chemicznym, a także na puszki do napojów.

Stopy aluminium z miedzią stosowane są jako stopy odlewnicze i zawierają do 5% Cu. Są one stosowane na średnio i bardzo obciążone elementy samochodów i maszyn.

Stopy aluminium z miedzią i magnezem oraz niewielkim dodatkiem Mn albo Fe lub Si są nazywane duraluminium lub duralami miedziowymi. Są one stosowane do obróbki plastycznej, do produkcji blach, taśm, prętów i kształtowników. Są stosowane na konstrukcje lotnicze, w kolejnictwie, przemyśle samochodowym, a także w budownictwie, ich zastosowanie jest jednak ograniczone ze względu na małą odporność na korozję.

Durale cynkowe to stopy aluminium z cynkiem. Są stosowane jako odlewnicze i do obróbki plastycznej. Stosuje się je w przemyśle lotniczym, samochodowym, do taboru kolejowego, i różnych elementów maszyn.

Inne stopy aluminium, to stopy aluminium z manganem (o dużej odporności korozyjnej w agresywnych środowiskach), z żelazem, z litem (stop jest lekki i wytrzymały) - stosuje się je na nowoczesne konstrukcje lotnicze,

Sylumin - aluminium, 2-3% krzemu, bardzo dobre stopy i tanie i doskonalne sprawdzające się w przemyśle samochodowym. Zastosowanie to denka, tłoki, korpusy samochodów, głowice, miski olejowe.

3/3