Химия | Алюминий

Алюминилі қорытпалар

Алюминилі қорытпалар – алюминий негіді қорытпалар. Құрамында кремнийі бар алғашқы алюминий қорытпалар XIX ғ-ның 50 жылдарында алынды. Оның беріктігі нашар, тотығуға төзімділігі төмен болды. АҚШ-та 1907 жылға дейін Al-Cu қорытпасы кеңінен тарап келді. 1910 ж. Англияда үш компонентті Al-Cu-Mn, ал екі жылдан соң құрамына 10-14 % мырыш және 2-3% мыс кіретін алюминий қорытпалары алынды. 1903-11 ж. А.Вильман (Германия) ашқан металды кемелдендіру тәсілі алюминий қорытпаларды жетілдіруге елеулі әсерән тигізді. Алюминий қорытпалардың кемелденген түрі дюралюминий деп аталады. СССР-де Ю.Г.Музалевский мен С.М.Боронов осы күнгі дюралюминийдің бір түрі – кальчугалюминийді тапты. Беріктігін арттыру мақсатында соңғы жылдарда алюминий қорытпалардың хим. құрамы жөнінде кең зерттеулер жүргізді. Соның нәтижесінде жаңадан коррозияға төзімді, сәндік, электр тех. (Al-Mg-Si) өте берік (Al-Mg-Si-Cu, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mn-Cu) ыстыққа төзімді (Al-Cu-Mn, Al-Cu-Li), жеңіл және жоғары модульді (Al-Be-Mg, Al-Li-Mg) алюминий қорытпалар жүйесі табылды.
Алюминий қорытпалардың беріктігі коррозияға төзімділігі, электр және жылу өткізгіштігі оның басты қасиеттері болып табылады. Олар бұйым жасау тәсәләне қарай деформацияланатын және құймалық болып екі топқа бөлінеді. Деформацияланатын алюминий қорытпалардан деформациялау арқылы қаңылтыр, плита, труба, сым жасалады. Ал құймалық алюминий қорытпалар мәнерлеп құюға пайдаланылыды. Хим. құрамына байланысты деформацияланатын алюминий қорытпалардың механикалық, физикалық және коррозияға төзімді қасиеттері әртүрлі келеді.Al-Mg (магналии) негізді екі компонентті қорытпалар жүйесі коррозияға төзімді және жақсы пісіріледі. Олар кеме, ракета, гидросамолет, құбыр, цистерна, темір жол вагондарын, көпір жасауда кеңінен қолданылады. Al-Mg-Si (авиаль) қорытпаларының коррозияға төзімділік қасиеті жоғары, анодтық өңдеу жолымен оларға сәндік түр беруге болады. Al-Zn-Mg қорытпасының да беріктігі жоғары, электрмен пісіруге бейім. Ал төрт компонентті Al-Mg-Si-Cu берік болғанымен құрамында Cu болғандықтан, коррозияға төзімділігі төмен келеді. Олар ауыр жүк көтеретін детальдар жасауда және самолет, ракета конструкцияларында кеңінен пайдаланылады.
Деформацияланатын алюминий қорытпалар қатарына күйдірілген алюминий пудрасы (КАП) мен күйдірілген алюминий қорытпасы (КАҚ) да кіреді. Күйдірілген алюминий пудрасы құрамындағы мөлшеріне қарай КАП (6-9%), КАП2 ( 9,1-13%), КАП3 ( 13,1-18%), КАП4 (18,1-20%) болып макіленеді. КАП формасы әр түрлі ыстыққа, коррозияға төзімді шыңдалған, штампталған бұымдар жасауда қолданылады.КАҚ құрамында 25% Si және 5% Ni (немесе Fe ) болады. Сондықтан оның сызықтық ұлғаю коэффициенті төмен, серпімділік модулі жоғары.
Құймалық алюминий қорытпалардың құймалық қасиеттері ( сұйықтай аққыштығы, қуыс пен ақаудың пайда болмауы т.б.) артық. Алюминий қорытпаларда легирлеуші элементтер арқылы оның құймалық қасиетін жақсарта түсуге болатынын А.А. Бочвар ашты. Ең жақсы құмалық алюминий қорытпалардың (силуминнің ) құрамында 4,5% және одан да көп Si болады. Силуминдер екі компонентті Al-Si (АЛ2) және өте күрделі Al-Si-Mg (АЛ9), Al-Si-Cu (АЛ3,АЛ6), Al-Si-Mg-Cu (АЛ5, АЛ10) қорытпалар жүйесін қамтиды. Бұл қорытпалар құймалық қасиеттері, коррозияға төзімділігі және тығыздығы жоғары болғандықтан, өте күрделі құймалар алу үшін қолданылады. Магнийі мол (5%-тен жоғары) қорытпаларға екі компонентті Al-Mg (АЛ8) және Mn (АЛ13, АЛ28), Be мен Ti (АЛ22) қосылған Al-Mg-Si қорытпалар жүйесі жатады. Олардың коррозияға төзімділігі мен беріктігі жоғары, тығыздығы төмен. Ал құрамында 3%-тен астам Zn кіретін Al-Si-Zn (АЛ11), Al-Zn-Mg-Cu (АЛ24) қорытпалар жүйесінің тығыздығы жоғары болғанымен, коррозияға төзімділігі нашар. Құрамында 4%-тен артық Cu бар екі компонентті Al-Cu (АЛ7 ) және Ti қосылған үш компонентті Al-Cu-Mn (АЛ19) қорытпалар ыстыққа шыдамды келеді, бірақ тығыздығы, құймалық қасиеттері, коррозияға төзімділігі жағынан жоғарыда аталған қорытпалардан нашарлау. Техниканың әр түрлі салаларында алюминий қорытпалары көп пайдаланылады. Мысалы АҚШ-та алюминий қорытпаларды қолдану 5 жылдың ішінде 1,6 есе өсті. Болат қорытпаларымен салыстырғанда алюминий қорытпалардан жасалатын өнім 10% артық шығарылды.

Алюминий ашудастары

Алюминий ашудастары – күкірт қышқыл алюминий мен бір валентті сілтілік металдар қос тұздарының кристаллогидраттары. Мысалы, . Алюминий ашудастары – түссіз кристалды зат, суық суда нашар, ыстық суда өте жақсы ериді; ерітіндіде құрамындағы барлық иондарға диссоцияланады. Алюминий ашудастары боксит не сазға ыстық күкірт қышқылын құйып, ол ерітіндіге сульфат қосу арқылы алынады. Мата бояуда басытқы есебінде, тері илеуде, медицинада т.б. қолданылады.

Алюминийлеу

Алюминийлеу – атмосфералық коррозияға және 1100°С-тағы температурада тотыққа төзімділігін арттыру үшін болаттан жасалаған деталь беттері алюминиймен қанықтыру. Көбіне ыстыққа берік қорытпалар мен аз көміртекті аустенитті болаттан жасалған детальдарды алюминийлейді. Алюминийлеу процесі құрамында 50% Al, 49% , 1% немесе 99% ферроалюминий, 1% қоспасы бар ортада жүреді. Бұйымды 8 сағат бойы 1000°С температурада қыздырса, қалыңдығы 0,4-0,5 мм алюминиймен қаныққан қабат пайда болады. Алюминийлеу металдандыру ( алюминий ұнтағымен ), детальді алюминий сырмен бояу және 700-800°С температурада балқыған алюминийге малу жолымен де жүргізіледі. Алюминийлеу автомобиль двигательінің клапандарын, газ турбинасының қалақшаларын және пеш арматурасы, бу қыздырғы детальдарын өңдеуге қолданылады.

Алюминий-органикалық қосылыстар

Алюминий-органикалық қосылыстар – алюминий атомы көміртек атомымен тікелей байланысқан металл – органикалық қосылыс. Алюминий органикалық қосылыстың екі түрі белгілі: толық түрі – алюминий барлық валенттіліктері арқылы органикалық радикалдармен байланысқан; толық емес түрі – алюминийдің бір не екі валенті галоген, алкокси тобы не сутекпен байланысқан. Алюминий-органикалық қосылыстардың толық түрі түссіз сұйық, оттек және ылғалмен өте әрекеттескіш. Алюминий-органикалық қосылыс магний мен алюминий құймасына галогеналкилдермен әсер ету арқылы алынады, мысалы, . Алюминий-органикалық қосылыс полимерлену реакцияларының катализаторының ретінде және аса таза алюминий алу үшін қолданылады.

Алюминий тотығы

Алюминий тотығы, глинозем, - алюминийдің оттекпен қосылысы, түссіз кристалды зат, тығыздығы 3960 , балқу t 2050°С. Табиғатта корунд, рубин (лағыл), сапфир (көк лағыл) деп аталатын минерал түрінде кездеседі. Корунд қаттылығы жағынан алмастан кейін екінші орын алады, оны қайрақ тас ретінде пайдаланады. Рубин мен сапфир асыл тастар қатарына жатады.Олар дәл аспаптар механизміне сағат тасы ретінде т.б. қолданылады.Алюминий тотығының гидратталған түрі белгілі. Алюминийдің гидрототығына көптеген бокситтердің құрамына жататын гидраргиллит және жасанды түрде алынатын байерит жатады. Алюминий тотығы және оның гидратталған түрлері суда ерімейді, ол амфотерлі сілтілер және қышқылдармен әрекеттеседі. Алюминий тотығын алу үшін боксит, нефелин, каолин сияқты табиғи заттар пайдаланылады. Оны алюминий алуға, катализатор және адсорбент ретінде қолданылады.

Алюминотермия

Алюминотермия (алюминий және грек. therme – жылу) – металл тотықтарын алюминиймен тотықсыздандырып, таза металл және қорытпа алу үшін қолданылатын процесс. Ұнтақ материалдардан тұратын шихта қорыту пешіне немесе тигельге салып жандырылады. Егер тотықсыздандыру кезінде өте көп жылу бөлінсе, алюминотермия процесін пеште жүргізудің қажеті болмайды. Бұл процеске қосымша сырттан жылу берсе де, температурасы 1900-2400°С-қа жетеді, процесс өте жоғар жылдамдықта жүреді, металл иен шлак тез ажырайды. Алюминотермия процесі кезінде жылу аз бөлінетін болса, онда шихта бетіне алюминий ұнтағы мен барий не кальций тотығынан дайындалған тез тұтанатын қоспа жағылады, немесе шихта электр доғалы пеште балқытылады. Алюминотермия аз көміртекті легирлеуіш қорытпаны, қиын тотықсызданатын металдарды, яғни титанды, ниобийді, цирконийді, борды, хромды, кальцийді, марганецті, барийді вольфрамды алуға және құйма болаттан жасалған деталь мен рельсті пісіруге қолданылады. Алюминотермияны 1859 ж. орыс ғалымы Н.Н. Бекетов ашты. Ал пешсіз жүретін алюминотермия процесін 1898 ж. неміс химигі Г. Гольдшмидт өндірісте қолданды.....