3.4.3. Цветные металлы и сплавы

Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы, содержащие до 75 % оксида алюминия. По распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов. По объему производства и масштабам применения он уступает только черным металлам. Широкое использование обусловлено важнейшими свойствами алюминия – малой плотностью (2700 кг/м³), высокой электро- и теплопроводностью. Алюминий – серебристо-белый металл, устойчивый против коррозии вследствие образования на его поверхности плотной оксидной пленки. Благодаря высокой пластичности алюминий хорошо обрабатывается давлением как в холодном, так и в горячем состоянии. Этот металл хорошо сваривается газовой и контактной сваркой, но имеет низкие литейные свойства и плохо обрабатывается резанием. Из отрицательных свойств алюминия как конструкционного материала следует подчеркнуть его недостаточную жесткость, модуль его упругости в 3 раза меньше, чем у стали. На свойства алюминия большое влияние оказывают примеси железа, кремния и др., которые понижают его электро- и теплопроводность, коррозионную стойкость и пластичность, повышая его прочность и твердость. В строительстве алюминий используют главным образом в виде сплавов, которые обладают малой плотностью (2550 – 2710 кг/м³) и достаточной прочностью.

Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления изделий на литейные, порошковые и деформируемые.

Литейные и порошковые сплавы предназначены для изготовления фасонных отливок в машиностроении.

Деформируемые сплавы предназначены для изготовления листов, профилей, проволоки, труб методами холодной или горячей деформации. В строительстве наиболее широкое применение нашли сплавы алюминия и магния (магналии), алюминия с медью и магнием (дуралюмины), алюминия, магния и кремния (авиаль).

Конструкции из алюминиевых сплавов используют в случае необходимости значительного снижения массы ограждающих и несущих конструкций, повышения их архитектурной выразительности, коррозионной стойкости, а также при предъявлении специальных требований: отсутствие искрообразования, магнитных свойств и надежность работы при отрицательных температурах. В связи с этим основными определяемыми показателями для алюминиевых сплавов являются модуль сдвига и упругости, коэффициенты поперечной деформации и линейного расширения, которые определяют в интервале температур от – 70 до + 100 ^оС.

К ограждающим конструкциям относятся модульные перегородки, подвесные потолки, кровельные и стеновые панели с полимерным плитным утеплителем («сэндвич»); к несущим – сварные и клепаные конструкции типа ферм, колонн, пространственных решетчатых покрытий, сборно-разборные каркасы зданий. Их выполняют из прессованных профилей, пространственные – из тонколистовых материалов.

Алюминиевые профили с защитным покрытием выпускают двух видов: «холодные» с высокой теплопроводностью без термовставки и «теплые» – комбинированные с низкой теплопроводностью, имеющие термоизолирующую вставку из армированного стекловолокном полиамида. Из утепленных профилей выполняют отделку фасадов, окна, двери, витражи любых форм и конфигураций. Соединение элементов выполняют с использованием дуговой сварки и присадочного алюминийсодержащего материала. Методом горячего прессования получают трубы, которые могут быть круглыми и фасонными с толщиной стенок до 5 мм – тонкостенные и более 5 мм – толстостенные.

Важнейшим сырьем при получении меди являются сернистые руды, в частности, медный колчедан. Медь – металл красновато-розового цвета, который обладает высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью и коррозионной стойкостью, хорошей обрабатываемостью давлением в холодном и горячем состоянии. Для устранения существенных недостатков (низкие литейные свойства, плохая обрабатываемость резанием, относительно невысокие прочностные характеристики) ее легируют различными элементами. В строительстве нашли применение в основном два вида сплавов меди: латунь – сплав меди с цинком, бронза – сплавы меди с оловом или с алюминием, железом и марганцем. Латунь используют в виде листов, прутьев, проволоки, труб, а также архитектурных изделий для отделки интерьеров зданий; бронзу – для внутренней отделки зданий. Чистую медь в виде тонких листов применяют в качестве долговечного кровельного материала.

Цинк – металл синевато-белого цвета. Он обладает высокой коррозионной стойкостью, поэтому служит для оцинкования различных стальных изделий (кровельной стали, закладных деталей, болтов и т.д.).

Нанесение защитных покрытий может производиться следующими способами:

• цинкованием в расплаве цинка – горячее цинкование;

• металлизацией – напыление сжатым воздухом частиц расплавленного цинка;

• термодиффузионным цинкованием – химико-термическая обработка изделий в цинковых порошках при температуре от 380 до 500 ^оС;

• нанесением на предварительно очищенную поверхность красок с предельным содержанием цинка и последующей сушкой в естественных условиях – метод холодного цинкования.

Долговечная, надежная защита поверхности обеспечивается за счет самого химически стойкого металла и труднорастворимых продуктов его взаимодействия с окружающей средой.

Свинец – тяжелый металл серовато-синего цвета, химически стоек, обладает высокими защитными свойствами по отношению к действию рентгеновских лучей. В строительстве свинец используют при изготовлении специальных труб, защитных покрытий и экранов.