3.4.2. Алюминий и его сплавы

3.4.2.1. Алюминий – серебристо-белый металл. Содержание в земной коре – 8,8 %, легкий (2,7 Мг/м³) и легкоплавкий, температура плавления – 660С, полиморфизмом не обладает, кристаллическая решетка ГЦК. По электропроводности занимает третье место после серебра и меди. Преимущество алюминия как проводникового материала в том, что он дешевле меди, его удельное сопротивление в 1,63 раза больше, а плотность – в 3,5 раза меньше меди, что важно для подвесных проводов и электротехнических конструкций. Удельное электросопротивление алюминия: 0,0280 – 0,0290 мкОм·м.

Примеси существенно снижают удельную электропроводность алюминия. Присутствие в алюминии никеля, кремния, цинка или железа в количестве до 0,5 % снижает электропроводность на 2 – 3 %, меди, серебра, магния, в том же количестве, – уже на 5 – 10 %, а титан, ванадий и марганец снижают электропроводность еще больше.

Алюминий стоек к азотной, органическим и пищевым кислотам. Соляная, серная кислоты и щелочи разрушают алюминий, на воздухе он быстро покрывается тонкой плотной пленкой оксида алюминия A₂О₃, которая защищает его от коррозии. Пленка, имея высокое сопротивление в месте контакта проводников, создает высокое переходное сопротивление. Это ее отрицательное качество. Кроме того, она затрудняет пайку алюминия обычными припоями. Алюминий хорошо поддается прокатке и волочению. Из него получают проволоку (круглую диаметром 0,08 – 10 мм, прямоугольную, сегментную), пластины, ленту и фольгу (толщиной 5 – 7 мкм). Промышленность выпускает алюминиевую проволоку следующих марок: АТП – твердая повышенной прочности, АТ – твердая, АПТ – полутвердая, АМ – мягкая.

Алюминий имеет высокую отражательную способность и широко используется в рефлекторах, прожекторах, фарах и т. п., хорошо сваривается, плохо обрабатывается на станках и имеет низкие литейные свойства (большая усадка – 6 %).

Механические свойства отожженного алюминия высокой частоты: σ_в = = 50 МПа,  = 50 %, технического алюминия: σ_в = 90 МПа, δ = 35 %, НВ20 – 25. Холодная прокатка и волочение (наклеп, нагартовка) значительно изменяют механические свойства алюминия: σ_в =160 – 170 МПа, δ = 5 – 6 %, НВ30 – 35. Рекристаллизационный отжиг алюминия проводят при температуре 350 – 400С.

Маркировка алюминия начинается с буквы А, затем идет цифра, указывающая содержание алюминия в сотых долях процента. Например, А97 содержит алюминия 99,97 %, остальное – контролируемая примесь. Различают три класса алюминия: 1. Особой чистоты – марка А999 (99,999 % чистого алюминия). 2. Химической чистоты – А995, А99, А97, А95 (содержание алюминия – не менее 99,95 %). 3. Технической чистоты – А85, А8, А7, А6, А5, АО, АЕ.

Чем выше чистота алюминия, тем сложнее и дороже его получение. В электротехнике применяют алюминий марок А7Е, А6Е, А5Е, АЕ, где буква Е указывает на его электротехническое назначение, а примеси должны находиться в определенном соотношении и не превышать 0,5 %.

Алюминий по отношению к большинству металлов обладает отрицательным электродным (электрохимическим) потенциалом, который равен 1,67 В (у меди +0,34 В). Поэтому алюминий, находясь в контакте со многими металлами, образует с ними гальваническую пару, в которой является анодом. Гальваническая пара в присутствии влаги способствует электрохимической коррозии алюминия. Следовательно, места соединения алюминия с медью, железом и рядом других металлов необходимо защищать от влаги – покрывать лаком и т. п.

3.4.2.2. Деформируемые сплавы алюминия, не упроч­няемые термической обработкой, – это сплавы алю­миния с марганцем (АМц) или с магнием (АМг), харак­теризуются коррозионной стойкостью, хорошо свариваются, а структура твердого раствора обеспечивает их высокую пластичность (легко обрабатываются давлением в холодном состоянии).

Сплав АМц (1,0 – 1,6 % Mn) превосходит чистый алюми­ний по прочности и коррозионной стойкости. Магний (1,8 – 6,8 %) значительно повышает прочность, не снижая пластичности сплавов АМг (табл. 6), и делает их более легкими.

Таблица 6