Алюминий и его сплавы

Алюминий и его сплавы по масштабам производства и применения в промышленности занимают одно из первых мест. Плотность алюминия равна 2,7, температура плавления 658°С, хорошо поддается сварке, прокатке, ковке и другим механическим операциям. Механические свойства алюминия невысоки и в значительной степени зависят от характера термической обработки. ПДК в воде 0,04 мг/л. Стандартный электродный потенциал алюминия для реакции А1³⁺+3е ↔А1 равен —1,66 В, т.е. он является достаточно активным металлом. Однако алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах благодаря склонности к пассивированию.

В пассивном состоянии поверхность алюминия покрыта пленкой, состоящей из Al₂O₃ или Al₂O_3*H₂O толщиной от 5 до 100 нм в зависимости от условий эксплуатации. Пленка на алюминии обладает хорошим сцеплением с металлом и удовлетворяет требованию сплошности. Поэтому коррозионная стойкость алюминия во многом определяется величиной рН раствора (рис.). Пленка на алюминии образуется при рН = 3-9. Алюминий стоек в атмосферных условиях и в средах, содержащих H₂S, SO₂, NH₃, в воде при нагревании. В нейтральных растворах солей коррозия алюминия зависит от природы аниона. Галоидные ионы разрушают оксидную пленку. Причем ионы F^- и С1^- оказывают более сильное разрушающее действие, чем ионы Вг^- и J^-. Стойкость алюминия высока в растворах солей, обладающих окислительными свойствами, таких как хромокислые и азотнокислые. Поэтому алюминий применяют в производстве аммиачной селитры и капралактама.

Рис. Зависимость скорости коррозии за 24 часа — (1) и электродного потенциала (2) алюминия от рН хлоридного раствора

Коррозионная стойкость алюминия велика в концентрированных растворах азотной и серной кислот, которые обладают высокими окислительными свойствами. При высоких концентрациях HNO₃ коррозионная стойкость алюминия выше, чем нержавеющей стали марки 12Х18Н9. Поэтому алюминий используется в производстве концентрированной азотной кислоты по методу прямого синтеза.

Средние концентрации серной кислоты опасны для алюминия. Но он стоек в разбавленной и концентрированной H₂SO₄ при 20°С, а в олеуме(сорт крепкой серной к-ты - раствор серного ангидрида SO₃ в 100%-й серной кислоте H₂SO₄.) — при температурах до 200 °С. Это позволяет использовать алюминий в производстве олеума и хлорсульфоновой кислоты.

В фосфорной и уксусной кислотах, а также во многих органических средах алюминий при комнатной температуре устойчив.

Алюминий и его сплавы широко применяют в промышленности в производстве уксусной кислоты и формальдегида. Алюминий достаточно стоек к действию уксусной кислоты любых концентраций от 1 до 99 масс.% при температурах, не превышающих 65°С. В кипящих растворах кислоты алюминий нестоек за исключением концентраций 98-99,8 % СНзСООН (табл.). Сильное влияние на разрушение алюминия и его сплавов оказывает капельножидкая и парообразная ртуть. Достаточно непродолжительного контакта алюминия со ртутью, чтобы он начал быстро разрушаться в жидких средах, а иногда и во влажной атмосфере.

Таблица

Скорость коррозии алюминия в уксусной кислоте (мм/год)

Как показали исследования американских специалистов, коррозию алюминия в уксусной кислоте вызывает присутствие ртути в концентрации 0,000004 масс.%.

В производстве формальдегида из алюминия (чистота ≥99,5 %) изготавливают реакторы, дистилляционные колонны, теплообменники. Алюминиевые колонны для разделения формальдегидных растворов работают под давлением от 0,01 до 0,05 МПа. Для аппаратов с большим давлением употребляют сплав, легированный (в %): 3,5 Mg; 0,25 Сг; 0,1 Си; 0,1 Мп; 0,2 Zn; 0,45 Fe + Si. Срок службы этого сплава, так же как и чистого алюминия оценивают в 10 лет.

Сернистые соединения в газовых средах на алюминий не действуют. Поэтому алюминий применяют при изготовлении аппаратов для вулканизации каучука и переработки сернистых нефтей.

Сухой хлористый водород и газообразный NH₃ так же не действуют на алюминий. В щелочах защитная пленка на алюминии растворяется, коррозия протекает с водородной деполяризацией.

Коррозионная стойкость алюминия зависит во многом от наличия примесей в его составе. При необходимости иметь алюминий максимальной коррозионной устойчивости, применяемый для изготовления химической аппаратуры и плакирующего материала, следует использовать алюминий высокой чистоты, например, марки АВ1 и АВ2 с содержанием алюминия 99,90% и 99,85% соответственно, или, в менее ответственных случаях, марки А00 и АО с содержанием алюминия 99,7 % и 99,6 %.

Сплавы алюминия — дюралюмины — содержат: (2,0-7,0) % Сu; (0,4-1,8)% Mg;(0,3-0,9)% Мn (марки Д1, Д6, Д8, Д16, Д20).

Сплавы алюминия — силумины — имеют состав: (0,8-13,0)% Si; (0,2-4,5)% Сu; (0,5-13)% Mg (марки АЛ11, АЛ13, АЛ20, АЛ25).

Дюралюминий обладает высокой механической прочностью и низкой коррозионной устойчивостью. Его применяют в химической промышленности, защищая от коррозии плакированием чистым алюминием.

Силумины обладают хорошими литейными свойствами и коррозионной стойкостью в окислительных средах. Их поверхностный защитный слой состоит из Al₂O₃ и SiO₂. Однако эти пленки разрушаются в щелочах и в плавиковой кислоте:

SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + Н₂О

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O

Добавление марганца или магния в алюминиевомедный сплав улучшает его механическую прочность и коррозионную устойчивость. Эти сплавы под названием магналии содержат от 4 до 12% Mg, до 1 % Мn и иногда 0,1 % Ti (марки АМц и АМг) и сочетают в себе высокие механические и противокоррозионные свойства.

Сплавы на основе алюминия нестойки при контакте со многими металлами и сплавами. Особенно опасен контакт с медью и ее сплавами, а также с железом и сплавами на его основе.

Дата добавления: 2013-12-13