4.5. Алюминий и его сплавы.

В период открытия алюминия – металл был дороже золота. Англичане за прочитанный курс лекций хотели почтить дорогим подарком великого русского химика Д. И. Менделеева. Ему подарили химические весы, в которых одна чашка была изготовлена из золота, другая из алюминия. Чашка из алюминия была дороже золотой. Полученное «серебро из глины» заинтересовало не только учёных, но и промышленников и даже императора Франции.

Во второй половине двадцатого века, в начале двадцать первого века по темпам роста производства и потребления алюминий не имеет себе равных среди других материалов. Разнообразные свойства алюминия и его сплав обусловили применение их в производстве более 500 тыс. различных изделий современной промышленности. Производственные мощ­ности алюминиевых заводов и запасы алюминия во многом определяют мощь страны.

По распространенности в природе алюминий занимает первое место среди металлов. В свободном состоянии в природе не встречается из-за высокой химической активности. В природе алюминий в основном сосредоточен в бокситах, нефелинах, алунитах, каолинах и др. Наиболее ценной алюминиевой рудой являются бокситы, в которых содержится до 50 % окиси алюминия.

Наиболее характерным свойством чистого алюминия является его малый удельный вес  2,7г/см³ и низкая температура плавления 657 ⁰С. По сравнению с железом, у которого удельный вес 7,8 г/см³, а температура плавления 1535 ⁰С, алюминий имеет почти в три раза более низкий удельный вес, вследствие чего алюминий и его сплавы широко применяются в авиастроении. Несомненно, наиболее яркими свойствами алюминия является его хорошая пластичность и невысокая прочность.

Ввиду низкой прочности применение алюминия как конструкционного материала, испытывающего нагрузки, исключается, но алюминий является основой алюминиевых конструкционных сплавов.

Основные легирующие элементы в алюминиевых сплавах. Элементы Cu, Zn, Mg, Ni, Fe, Mn формируют упрочняющие зоны и фазы. Марганец одновременно повышает коррозионную стойкость. Кремний является основным легирующим элементом в ряде литейных алюминиевых сплавов (силуминов), поскольку он участвует в образовании эвтектики. Элементы Ni, Ti, Cr, Fe повышают жаропрочность сплавов, затормаживая процессы диффузии и образуя стабильные сложнолегированные упрочняющие фазы. Литий в сплавах способствует возрастанию их модуля упругости. Вместе с тем магний и марганец снижают тепло- и электропроводность алюминия, а железо повышает коррозионную стойкость.

Физико-химические свойства алюминия. Алюминий сочетает весьма ценный комплекс свойств: малую плотность, высокую теплопроводность и электрическую проводимость, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость. Он легко поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению. Алюминий хорошо сваривается газовой, контактной и другими видами сварки. Решетка Алюминия кубическая гранецентрированная с параметром а = 4,0413 Å. Свойства Алюминия, как и всех металлов, в значит, степени зависят от его чистоты. Свойства Алюминия особой чистоты (99,996%): плотность (при 20 °С) 2698,9 кг/м³; t_пл 660,24 °C; t_кип около 2500°C; коэффициент термического расширения (от 20° до 100°С) 23,86·10^-6; теплопроводность (при 190°С) 343 Вт/м·K [0,82 кал/(см·сек·°С)], удельная теплоемкость (при 100°С) 931,98 Дж/кг·К. [0,2226 кал/(г·°С)]; электропроводность по отношению к меди (при 20 °С) 65,5%. Алюминий обладает невысокой прочностью (предел прочности 50 – 60Мн/м²), твердостью (170Мн/м² по Бринеллю) и высокой пластичностью (до 50%). При холодной прокатке предел прочности алюминия возрастает до 115Мн/м², твердость - до 270Мн/м², относительное удлинение снижается до 5% (1Мн/м²~ и 0,1 кгс/мм²). Алюминий хорошо полируется, анодируется и обладает высокой отражательной способностью, близкой к серебру (он отражает до 90% падающей световой энергии). Обладая большим сродством к кислороду, Алюминий на воздухе покрывается тонкой, но очень прочной пленкой оксида Al₂О₃, защищающей металл от дальнейшего окисления и обусловливающей его высокие антикоррозионные свойства. Прочность оксидной пленки и защитное действие ее сильно убывают в присутствии примесей ртути, натрия, магния, меди и др. Алюминий стоек к действию атмосферной коррозии, морской и пресной воды, практически не взаимодействует с концентрированной или сильно разбавленной азотной кислотой, с органических кислотами, пищевыми продуктами.

При накаливании мелкоизмельченный или порошкообразный алюминий энергично сгорает на воздухе. Сжиганием Алюминия в токе кислорода достигается температура, выше 3000°С. Свойством алюминия активно взаимодействовать с кислородом пользуются для восстановления металлов из их оксидов (алюминотермия).