Соединение понижающее температуру плавления алюминия

Мягкие припои для пайки алюминия

К мягким припоям относят припои для низкотемпературной пайки алюминия. Их температура плавления не превышает 450 ºС. Температура плавления алюминия (технически чистого) составляет 655-660ºС.

(О высокотемпературных (твердых) припоях см. здесь)

В свою очередь мягкие припои для алюминия подразделяют на:

  • низкотемпературные;
  • среднетемпературные и
  • высокотемпературные.

В таблице ниже приведен химический состав типичных мягких припоев для пайки алюминия. Общие характеристики мягких припоев включают:

  • интервал плавления (температуры солидуса и ликвидуса);
  • смачивающая способность;
  • тип применяемого флюса: активный, органический или один из них;
  • коррозионная стойкость припоя и, следовательно, паяного шва.

Таблица – Химический состав и свойства типичных мягких припоев
для пайки низкотемпературной алюминия

Низкотемпературные припои

Низкотемпературные мягкие припои плавятся и растекаются при температуре от 150 до 260 ºС. Они состоят преимущественно из низкоплавких металлов таких как:

  • олово,
  • свинец,
  • цинк,
  • кадмий,
  • а также иногда висмут.

Кроме того, эти припои могут содержать малые количества высокоплавких металлов, таких как алюминий, медь, никель и серебро.

Прочность низкотемпературных мягких припоев – совсем мягких – на сдвиг составляет всего 34 МПа. Точки плавления этой группы припоев начинаются с 110 ºС. Соединения алюминия, выполненные этими чересчур мягкими припоями, имеют относительно низкое сопротивление коррозии и поэтому редко применяются для применения под воздействием атмосферы или коррозионных сред.

Оловянно-свинцовые припои

Низкотемпературные оловянно-свинцовые припои подвержены ползучести. При достаточно высоких нагрузках они могут неожиданно разрушаться. Обычно соединение из припоя 60Sn-40Pb при растягивающей нагрузке 9600 кПа «лопается» через несколько часов. При снижении нагрузки до 690 кПа такой паяный шов простоит 165 дней. Поэтому эти припои применяют в основном только для герметизации, соединения скрученных проводов, а также для таких задач, как, например, удержание металлических кромок в каких-нибудь пазах.

Свинцово-оловянные припои

Бинарные свинцово-оловянные припои, которые обычно применяют для пайки меди, можно в принципе также применять и для пайки алюминия. Однако они представляют в применении определенные трудности. Образуемое соединение получается слабыми, и поэтому они редко применяются для алюминия. Свинец в одиночку почти не растворим в алюминии , а добавки олова лишь незначительно повышают его смачивающую способность. Свинцово-оловянные припои, разработанные специально для алюминия, обычно содержат малые количества цинка, кадмия и других металлов для улучшения смачивающей способности и текучести.

Оловянно-цинковые припои

Оловянно-цинковая эвтектическая смесь 91Sn-9Zn плавится при температуре всего лишь 199 °С, хорошо растекается и смачивает алюминий. Этот припой является самым коррозионно-стойким из всех низкотемпературных мягких припоев. Его прочность сравнима с прочностью среднетемпературных мягких припоев.

Среднетемпературные припои

Среднетемпературные мягкие припои плавятся температуре от 260 до 370 ºС. Они содержат преимущественно олово или кадмий в различном сочетании с цинком. Эти припои могут также содержать небольшие количества алюминия, меди, свинца, никеля или серебра. Поскольку эти припои содержат 30-70 % цинка, они хорошо смачивают алюминий и образуют более прочные и более коррозионно-стойкие соединения, чем низкотемпературные припои.

Среднетемпературные оловянно-цинковые припои проявляют высокую сдвиговую прочность – до 3800 кПа. Эти припои часто применяют для наружных швов, но для защиты от воздействия атмосферы их покрывают краской или аналогичными материалами. Оловянно-цинковые припои плавятся при температуре 290 °С и выше.

Высокотемпературные припои

Высокотемпературные мягкие припои плавятся между температурами 370 и 450 ºС. Они состоят из 90-100 % цинка и могут содержать 2-10 % алюминия и малые количества меди, железа, никеля или серебра. Эти добавки снижают температуру пайки, обеспечивают более широкий интервал плавления и улучшают смачиваемость алюминия припоем. Алюминий в цинко-алюминиевых припоях снижает их способность к межзеренному проникновению.

Высокотемпературные мягкие припои являются самыми прочными и самыми дешевыми из тех, которые применяются для пайки алюминия. Они также обеспечивают более высокую коррозионную стойкость по сравнению с низкотемпературными и среднетемпературными припоями. Чтобы обеспечивать высокое сопротивление коррозии эти припои должны иметь минимум таких примесей, как висмут, кадмий, свинец, олово и другие низкоплавкие металлы.

Цинковые припои

Припои на основе цинка могут содержать от 90 до 99,999 % цинка. Они обеспечивают самую высокую прочность из всех промышленных «мягких» припоев. Из прочность на сдвиг достигает 125 МПа и выше. Температура пайки у них выше, чем у всех других припоев – от 380 до 425 °С. Цинковые припои обеспечивают самую высокую коррозионную стойкость. Чем больше цинка в припое, тем выше его коррозионная стойкость.

Цинковые припои имеют особенно высокую коррозионную стойкость, когда они не содержат низкоплавких металлических примесей, таких как висмут, кадмий, свинец или олово. Небольшие количества меди, серебра, титана и других металлов добавляют в цинковые припои для улучшения их текучих и смачивающих свойств. В малых количествах эти элементы почти не снижают коррозионную стойкость цинковых припоев.

Чтобы снизить стремление цинка проникать между зерен некоторых алюминиевых сплавов, в него добавляют алюминий. Однако добавки алюминия уменьшают коррозионную стойкость цинковых припоев, снижают их температуру плавления и пластичность.

Источник: Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996

Алюминий

Алюминий — химический элемент III группы периодической системы Менделеева (атомный номер 13, атомная масса 26,98154). В большинстве соединений алюминий трехвалентен, но при высоких температурах он способен проявлять и степень окисления +1. Из соединений этого металла самое важное — оксид Al2O3.

Алюминий — серебристый-белый металл, легкий (плотность 2,7 г/см 3 ), пластичный, хороший проводник электричества и тепла, температура плавления 660 o C. Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминий химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой — оксидом алюминия. Оксид алюминия (Al2O3) надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления. Но если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в оксид алюминия. Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и серной кислотах, особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной и концентрированной холодной азотной кислоте алюминий не растворяется. При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты — соли, содержащие алюминий в составе аниона:

Алюминий, лишенный защитной пленки, взаимодействуют с водой, вытесняя из нее водород:

Образующийся гидроксид алюминия реагирует с избытком щелочи, образуя гидроксоалюминат:

Суммарное уравнение растворения алюминия в водном растворе щелочи имеет следующий вид:

Алюминий активно взаимодействует и с галогенами. Гидроксид алюминия Al(OH)3 — белое, полупрозрачное, студенистое вещество.

В земной коре содержится 8,8% алюминия. Это третий по распространенности в природе элемент после кислорода и кремния и первый — среди металлов. Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюд. Известно несколько сотен минералов Al (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и другие). Важнейший минерал алюминия — боксит содержит 28-60% глинозема — оксида алюминия Al2O3.

В чистом виде алюминий впервые был получен датским физиком Х. Эрстедом в 1825 году, хотя и является самым распространенным металлом в природе.

Производство алюминия осуществляется электролизом глинозема Al2O3 в расплаве криолита NaAlF4 при температуре 950oC.

Алюминий применяется в авиации, строительстве, преимущественно в виде сплавов алюминия с другими металлами, электротехнике (заменитель меди при изготовлении кабелей и т.д.), пищевой промышленности (фольга), металлургии (легирующая добавка), алюмотермии и т.д.

Характеристики алюминия

  • Плотность алюминия — 2,7*10 3 кг/м 3 ;
  • Удельный вес алюминия — 2,7 г/cм 3 ;
  • Удельная теплоемкость алюминия при 20 o C — 0,21 кал/град;
  • Температура плавления алюминия — 658,7 o C ;
  • Удельная теплоемкость плавления алюминия — 76,8 кал/град;
  • Температура кипения алюминия — 2000 o C ;
  • Относительное изменение объема при плавлении (дельтаV/V) — 6,6%;
  • Коэффициент линейного расширения алюминия (при температуре около 20 o C) : — 22,9 *106(1/град);
  • Коэффициент теплопроводности алюминия — 180ккал/м*час*град;

Модули упругости алюминия и коэффициент Пуассона

Наименование материала Модуль Юнга, кГ/мм 2 Модуль сдвига, кГ/мм 2 Коэффициент Пуассона
Алюминиевая бронза, литье 10500 4200
Алюминиевая проволока тянутая 7000
Алюминий катаный 6900 2600-2700 0,32-0,36

Отражение света алюминием

Числа, приведенные в таблице, показывают, какая доля света в %, падающего перпендикулярно к поверхности, отражается от нее.

Наименование волн Длина волны Отражение света, %
Ультрафиолетовые 1880 25
2000 31
2510 53
3050 64
3570 70
Видимые 5000
6000
7000
Инфакрасные 8000
10000 74
50000 94
100000 97

Оксид алюминия Al2O3

Оксид алюминия Al2O3, называемый также глиноземом, встречается в природе в кристаллическом виде, образуя минерал корунд. Корунд обладает очень высокой твердостью. Его прозрачные кристаллы, окрашенные в красный или синий цвет, представляют собой драгоценные камни — рубин и сапфир. В настоящее время рубины получают искусственно, сплавляя с глиноземом в электрической печи. Они используются не столько для украшений, сколько для технических целей, например, для изготовления деталей точных приборов, камней в часах и т.п. Кристаллы рубинов, содержащих малую примесь Cr2O3, применяют а качестве квантовых генераторов — лазеров, создающих направленный пучек монохроматического излучения.

Читайте также  Ремонт сорванной резьбы в алюминии

Корунд и его мелкозернистая разновидность, содержащая большое количество примесей — наждак, применяются как абразивные материалы.

Производство алюминия

Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы, содержащие 32-60% глинозема Al2O3 . К важнейшим алюминиевым рудам относятся также алунит и нефелин. Россия располагает значительными запасами алюминиевых руд. Кроме бокситов, большие месторождения которых находятся на Урале и в Башкирии, богатым источником алюминия является нефелин, добываемый на Кольском полуострове. Много алюминия находится и в месторождениях Сибири.

Алюминий получают из оксида алюминия Al2O3 электролитическим методом. Используемый для этого оксид алюминия должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия примеси удаляются с большим трудом. Очищенный Al2O3 получают переработкой природного боксита.

Основное исходное вещество для производства алюминия — оксид алюминия. Он не проводит электрический ток и имеет очень высокую температуру плавления (около 2050 o C), поэтому требуется слишком много энергии.

Необходимо снизить температуру плавления оксида алюминия хотя бы до 1000 o C. Такой способ параллельно нашли француз П. Эру и американец Ч. Холл. Они обнаружили, что глинозем хорошо растворяется в раплавленном криолите — минерале состава AlF3 .3NaF. Этот расплав и подвергают элктролизу при температуре всего около 950 o C на алюминиевых производствах. Запасы криолита в природе незначительны, поэтому был создан синтетический криолит, что существенно удешевило производство алюминия.

Гидролизу подвергают расплавленную смесь криолита Na3 [AlF6 ] и оксида алюминия. Смесь, содержащая около 10 весовых процентов Al2O3 , плавится при 960 o C и обладает электропроводностью, плотностью и вязкостью, наиболее благоприятствующими проведению процесса. Для дополнительного улучшения этих характеристик в состав смеси вводят добавки AlF3, CaF2 и MgF2. Благодаря этому проведение электролиза оказывается возможным при 950 o C.

Эликтролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичем. Его дно (под), собранное из блоков спресованного угля, служит катодом. Аноды (один или несколько) располагаются сверху: это — алюминиевые каркасы, заполненные угольными брикетами. На современных заводах электролизеры устанавливаются сериями; каждая серия состоит из 150 и большего числа электролизеров.

При электролизе на катоде выделяется алюминий, а на аноде — кислород. Алюминий, обладающий большей плотностью, чем исходный расплав, собирается на дне эликтролизера, откуда его периодически выпускают. По мере выделения металла, в расплав добавляют новые порции оксида алюминия. Выделяющийся при электролизе кислород взаимодействует с углеродом анода, который выгорает, образуя CO и CO2.

Первый алюминиевый завод в России был построен в 1932 году в Волхове.

Сплавы алюминия

Сплавы, повышающие прочность и другие свойства алюминия, получают введением в него легирующих добавок, таких, как медь, кремний, магний, цинк, марганец.

Дуралюмин (дюраль, дюралюминий, от названия немецкого города, где было начато промышленное производство сплава). Сплав алюминия (основа) с медью (Cu: 2,2-5,2%), магнием (Mg: 0,2-2,7%) марганцем(Mn: 0,2-1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируется алюминием. Является конструкционным материалом дла авиационного и транспортного машиностроения.

Силумин — легкие литейные сплавы алюминия (основа) с кремнием (Si: 4-13%), иногда до 23% и некоторыми другими элементами: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Изготавливают детали сложной конфигурации, главным образом в авто- и авиастроении.

Магналии — сплавы алюминия (основа) с магнием (Mg: 1-13%) и другими элементами, обладающие высокой коррозийной стойкостью, хорошей свариаемостью, высокой пластичностью. Изготавливают фасонные отливки (литейные магналии), листы, проволоку, заклепки и т.д. (деформируемые магналии).

Основные достоинства всех сплавов алюминия состоит в их малой плотностью (2,5-2,8 г/см3), высокая прочность (в расчете на единицу веса), удовлетворительная стойкость против атмосферной коррозии, сравнительная дешевизна и простота получения и обработка.

Алюминиевые сплавы применяются в ракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, в производстве посуды, спорттоваров, мебели, рекламе и других отраслях промышленности.

По широте применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна. Алюминий — одна из наиболее распространенных добавок в сплавах на основе меди, магния, титана, никеля, цинка, железа. Алюминий применяется и для алитирования (алюминирования) — насыщения поверхности стальных или чугунных изделий алюминием с целью защиты основного материала от окисления при сильном нагревании, т.е. повышения жароупорности (до 1100 oC) и сопротивления атмосферной коррозии.

Флюс для пайки алюминия

Содержание:

  1. Применение алюминия
  2. Проблемы при пайке
  3. Особенности вещества
  4. Используемые припои
  5. Флюс Ф-61
  6. Самостоятельное изготовление
  7. Интересное видео

Алюминий является популярным, но сложным для сварочного процесса металлом. Решением проблемы является флюс для пайки алюминия. Следует использовать именно эту разновидность, поскольку флюс для алюминия имеет значительные отличия от такого же элемента, предназначенного для сварки других материалов.

Применение алюминия

Распространенность применения изделий из алюминия заключается в первую очередь в том, что он является легким металлом. Алюминий широко используется в электротехнике, поскольку обладает отличной электропроводимостью.

Для бытовых нужд из этого металла изготавливаются кастрюли, бидоны, дуршлаги, кружки. Чистый алюминий применяют для производства фольги, используемой для электролитических конденсаторов. Можно его использовать и при производстве радиаторов.

Однако, пайка этого металла может доставить массу проблем. Это объясняется тем, что при легком взаимодействии с воздухом, поверхность алюминия покрывается тонкой, но твердой оксидной пленкой. Она защищает алюминий от дальнейшего окисления, но при процессе пайки создает труднопреодолимую преграду.

Существует несколько методов решения этой проблемы, например, пайка с канифолью, однако наилучший результат дает применение специально предназначенных для этого флюсов.

Проблемы при пайке

Температура плавления алюминия не превышает 660 градусов. Следствием этого является применение из экономических соображений сварочных аппаратов, не обладающих чересчур большой мощностью.

Однако, на поверхности алюминия имеется окисная пленка, которую необходимо убрать перед началом процесса сварки. А вот для ее расплавления требуется нагрев до температуры 2000 градусов. При достижении такого значения разрушится не только окисная пленка, но и сам металл, что приведет к ухудшению качества сварного соединения. Помимо всего окисная пленка после ее расплавления может восстановиться. Из-за устойчивости оксидной пленки, обладающей слабой адгезией к припою, обычный припой с трудом прилипает к поверхности детали.

Флюс для пайки алюминия решает эту проблему. При его нанесении на область сварки он перекроет проход воздуха в эту зону, что приведет к ослаблению негативного воздействия окисной пленки. По сравнению с другими металлами, например, железом и цинком, алюминий является более активным — зачищенная деталь может мгновенно вновь покрыться пленкой окиси. Поэтому и от флюса, предназначенного для алюминиевых деталей, также требуется быстрота воздействия.

Активный флюс для низкотемпературной пайки алюминия быстро растворит окисную пленку на поверхности изделий, мешающую нормальному растеканию припоя. Помимо этого, в припой, предназначенный для соединения алюминиевых изделий, добавляют цинк, обладающий способностью хорошо растворяться в алюминии.

Соединение на основе припоя с содержанием цинка обладает большей прочностью. Сочетая соответствующий припой и флюс универсальный для пайки алюминия можно без особых сложностей получить качественное соединение.

Особенности вещества

Активный флюс для пайки алюминия имеет существенные отличия от аналогичных веществ, используемых для соединения изделий из стали, латуни и меди, так же, как отличаются между собой свойства самих этих металлов. В основе состава флюса содержатся вещества, которые могут без особого труда растворять окисную пленку на поверхности алюминия. Для пайки алюминиевых изделий используются флюсы под различными номерами.

К наиболее простым относятся флюсы № 8 и 9, однако, их активность не является слишком большой по сравнению с теми, которые включают в себя соединения фтора. Выбор осуществляется, исходя из особенностей конкретной работы. Существуют флюсы, которые применяются для сварочных соединений деталей без их предварительной подготовки. Наиболее распространенным таким видом флюса является Ф-64.

Состав флюса для пайки алюминия под номером Ф-64 способствует его повышенной активности, что позволяет с успехом очищать от оксидной пленки даже не зачищенные поверхности. Раствор является бесцветным или светло-желтым.

Используемые припои

Когда осуществляется сварка изделий, изготовленных из алюминия, рекомендуется использование припоев из оловянно-свинцовой группы. Наиболее качественное соединение можно получить, если использовать вид припоев, в составе которых содержатся такие элементы, как кремний, цинк, медь. Внесение добавок значительно улучшают качество припоя — понижают температуру его плавления, увеличивают смачиваемость, делают более прочными.

Такие виды припоев выпускаются отечественной промышленностью и зарубежными производителями. Наиболее низкой температурой плавления обладают оловянно — свинцовые припои. К одной из наиболее распространенных марок припоя для сварки алюминия относится HTS-2000. Опытные сварщики говорят, что использовать припой HTS-2000 для получения качественного соединения следует только с флюсом.

К неплохим веществам из этой области также можно отнести припой французской фирмы Castolin 192FBK, а также припой Castolin 1827, используемый при соединении деталей из алюминия и меди. Отечественным аналогом HTS-2000 служит изготавливаемый в Новосибирске припой SUPER A+, который применяется совместно с флюсом SUPER FA.

Читайте также  Окисляется ли алюминий

Флюс Ф-61

Достоин особого внимания такой вариант, как Ф-61 флюс. Он относится к виду флюсов активного действия для удаления оксидов с поверхности алюминиевых изделий, предназначенных для спаивания. Одновременно он улучшает процесс растекания жидкого припоя. Флюс Ф-61А может использоваться также при соединении алюминия и сплавов на его основе с медными и стальными изделиями. Из всей группы подобных элементов его выделяет то, что он изготовлен на основе фторборатов.

Флюс Ф-61А производства «REXANT» является низкотемпературным флюсом. Он используется, когда происходит пайка алюминия с помощью припоев, входящими в оловянно-свинцовую группу. Температурный режим при этом находится в диапазоне 150-320 градусов.

Ф-61А флюс имеет следующий состав:

  • триэтаноламин — 82 процента;
  • фторборат цинка — 10 процентов;
  • фторборат аммония — 8 процентов.

Флюс расфасован в стеклянные флаконы темного цвета по 30 миллилитров вещества в каждом. Размеры флакона в среднем составляют 35х20 с высотой 76 миллиметров. Вес флакона составляет порядка 0,03 килограмма. Для удобства применения флакон снабжен капельницей, что дает возможность применять флюс дозировано.

Флюс соответствует требованиям нормативного документа ОСТ 4 ГО.033.200. Его стоимость является доступной. Флюс Ф-61А снабжен инструкцией по применению, которую необходимо внимательно изучить перед началом использования. В частности, в нем указаны меры предосторожности во время сварки.

Если флюс попадет на кожный покров сварщика, то следует сразу промыть эту область мыльной водой и протереть насухо чистой материей. Хранить флаконы с флюсом необходимо таким образом, чтобы они не могли попасть в руки детей. Гарантийный срок хранения составляет один год. После окончания процесса остатки флюса убирают при помощи салфетки, смоченной водой или спиртом.

Самостоятельное изготовление

Имеется возможность изготовить флюс для пайки алюминия своими руками. Для изготовления подойдут вещества, которые обладают хорошей растворяемостью и антиокислительными качествами. Когда готовят флюс для алюминия своими руками, то за основу берутся спирт, кислоты, масла.

Самый простой флюс можно приготовить, растворив воде таблетку ацетилсалициловой кислоты, наиболее известной под названием аспирин. Растворять таблетку следует до исчезновения осадка. Также можно использовать гранулы лимонной кислоты.

Хороший флюс можно получить, растворив в этиловом спирте канифоль. Поскольку она растворяется медленно, то ее следует измельчить как можно более тщательно. Для завершения растворения раствор следует оставить на некоторое время. Этот процесс можно ускорить, поместив раствор в стеклянную баночку и нагревать в водяной бане до температуры 80 градусов.

Преимущество флюса, полученного из растворенной в спирте канифоли, заключается в его нейтральности, что позволяет не смывать его остатки после окончания процесса пайки. Допускается растворение не в этиловом спирте, а в глицерине. Такой флюс будет более густым и удобным при применении.

Интересное видео

Температура плавления алюминия

Алюминий – самый распространённый металл в земной коре. В условиях комнатной температуры на его поверхности образуется тонкая пленка, которая называется окисью алюминия. Она защищает металл от воздействия коррозии и окисления. Плавление алюминия способствует изменению структуры вещества. Время окисления металла с ростом температуры резко увеличивается, тем самым в процессе плавки алюминия или его сплавов (в плавильных печах), поверхность расплавляемого материала быстро покрывается оксидной плёнкой. Основные физические свойства металла позволяют использовать его в различных отраслях промышленного производства, а способность образовывать устойчивые соединения с другими химическими элементами значительно расширяет сферу его применения. Из этого материала изготавливаются разные изделия, в том числе и алюминиевый профиль для строительства и мебели. Алюминий легко поддаётся литью. Расплавить металл, даже в домашних условиях, не составляет особого труда.

Какая температура плавления алюминия?

Плавка алюминия происходит при подводе к нему тепловой энергии снаружи или непосредственно в его объем (индукционный нагрев). Усреднённая температура плавления алюминия, для перехода в жидкое состояние, составляет 660 градусов по Цельсию или 993,5 градусов по шкале Кельвина. Температура плавления зависит от химической чистоты материала, давления и других факторов.

  • Температура плавления сверхчистого алюминия 99,996% — 660,37°С;
  • При содержании алюминия 99,5% плавка начинается с 657°С;
  • При содержании алюминия 99,0% плавление начинается с 643°С.

Теплота плавления

В процессе плавления, объём металла увеличивается. Резкое увеличение объёма происходит под влиянием определённого количества тепла, которое именуется скрытой теплотой плавления. Атомы теряют плотную и упорядоченную исходную кристаллическую структуру. Такой процесс является обратимым – работает, как при нагреве, так и при охлаждении.

Температура начала и завершения плавления

Удельная теплота плавления алюминия определяет его физическое свойство – переход из одного агрегатного состояния в другое. Температура начала плавления алюминия и его сплавов имеет название точка солидус. Температура солидус означает, что сплав находится ещё в твердом состоянии. Температура окончания плавления – точка ликвидус. Температура ликвидуса – это уже жидкая субстанция. Соответственно, начало кристаллизации (показатель затвердевания) будет определяться температурой ликвидуса, а окончание – солидуса. Температурный интервал означает, что соединение находится в промежуточном состоянии – полужидком, полутвёрдом, кашеобразном.

Плавление алюминия — влияние на процесс примесей и легирующих добавок

Добавление в химически-чистый металл (первичный алюминий) присадок, в том числе легирующих, снижает начальную температуру плавления. Например, температура начала плавления некоторых литейных алюминиевых сплавов с содержанием магния (Mg) и кремния (Si) снижается, почти до 500°С. У алюминиевых сплавов практически не существует определенной температуры плавления. Процесс плавки и затвердевания алюминиевого сплава происходит в некотором интервале температур. Температура ликвидуса и солидуса, самых распространённых промышленных деформируемых сплавов алюминия, варьируется в зависимости от удельного объёма чистого металла.

Плавление силумина

В некоторых соединениях алюминия с другими химическими элементами, интервал между температурными показателями перехода из твердого состояния в расплав – отсутствует. Такие сплавы называют эвтектическими. Так, для алюминиевого сплава с содержанием 12,5% кремния, свойственна точка плавления, а не интервал. Этот сплав относится к литейным алюминиево-кремниевым сплавам – силуминам, с узким интервалом солидус-ликвидус и характеризуется постоянной температурой 577°С, что определяет его улучшенные литейные характеристики. При увеличении содержания кремния, градиент ликвидус снижается от максимального значения, свойственного чистому металлу. Среди других легирующих добавок, магний понижает температурный градиент до 450°С. При соединении с медью, эвтектическая температура составляет 548°С, а с марганцем всего лишь 658°С. Большинство сплавов алюминия являются даже не двухкомпонентными, а тройными или же четвертными. Тем самым, при совместном влиянии нескольких легирующих элементов, показатели солидус-ликвидус могут быть еще ниже.

Цель этой статьи, рассказать какова температура плавления алюминия в градусах. Также на нашем сайте вы сможете узнать:

Влияние солевых добавок электролиза алюминия

Влияние солевых добавок

Помимо основных компонентов электролита — криолита, фтористого алюминия и глинозема, в расплав специально вводят другие соли. Эти добавки изменяют физико-химические свойства электролита и приводят к улучшению показателей процесса электролиза.

Прежде чем рассматривать влияние каждой соли, выясним, какой эффект можно вообще ожидать от введения посторонних добавок в электролит.

Применяемые соли должны иметь катионы более электроотрицательные, чем Аl 3+ , а анионы более электроположительные, чем О 2- . В противном случае будет происходить восстановление катионов добавок на катоде с загрязнением алюминия и окисление анионов на аноде с получением нежелательных продуктов в анодных газах. Другими словами, добавки должны быть в электрохимическом отношении индифферентными.

Первое, что ожидается от введения добавки — понижение температуры ликвидуса электролита. Действительно, введение другой соли дает более сложные системы, обычно эвтектического типа, что и приводит к понижению температуры начала кристаллизации. Необходимо, однако, иметь в виду, что понижение температуры плавления электролита не может автоматически привести к снижению рабочей температуры электролиза (со всеми вытекающими отсюда благоприятными последствиями).

Работающий электролизер находится в энергетическом равновесии с окружающей средой: сколько энергии выделяется внутри электролизера, столько расходуется на осуществление реакции и на компенсацию потерь энергии в окружающее пространство. Если в результате введения добавки произошло понижение температуры плавления электролита, то температура электролиза может снизиться только в том случае, если повысятся потери энергии в окружающее пространство. Опыт показывает, что обычно так и происходит: понижение температуры плавления приводит к уменьшению толщины гарниссажей из застывшего электролита на боковой поверхности футеровки, а также толщины корки электролита сверху ванны, отчего увеличиваются потери энергии.

Нарушенное энергетическое равновесие электролизера за счет введения добавок может быть восстановлено путем повышения плотности тока, что приводит к увеличению выделений энергии внутри электролизера до тех пор, пока не будут скомпенсированы увеличенные потери энергии. Этот путь приводит к повышению производительности электролизеров.

Из других физико-химических свойств электролита, изменяющихся при введении добавок, отметим прежде всего электропроводимость. Повышение ее приводит при прочих равных условиях к увеличению производительности электролизеров либо за счет увеличения плотности тока при неизменном междуполюсном расстоянии, либо за счет повышения выхода по току, вызванного увеличением междуполюсного расстояния. Первый путь более эффективен.

Читайте также  Чем грунтовать алюминий перед покраской

Понижение вязкости электролита желательно для увеличения циркуляции и улучшения теплообмена и переноса растворенного глинозема между периферией и центром электролизера. С другой стороны, усиление циркуляции электролита приводит к повышению потерь металла.

Повышение плотности электролита нежелательно, поскольку уменьшается разность плотностей между электролитом и металлом, что способствует перекосу поверхности металла и увеличению высоты волн на этой поверхности. Большинство добавляемых солей имеют давление насыщенного пара значительно ниже, чем основные составляющие электролита — криолит и фтористый алюминий, что способствует снижению общего давления пара и уменьшению потерь солей с возгонами.

Добавляемые соли уменьшают активность NaF и AlF3, вследствие чего взаимодействие алюминия с электролитом ослабляется и потери металла по реакциям (25) и (26) уменьшаются, а выход по току повышается. Вместе с тем разбавление электролита индифферентной солью приводит к уменьшению активности комплексов AlF 3 6 — , которые являются «растворителями» глинозема.

Поэтому солевые добавки понижают растворимость глинозема, что вызывает ряд технологических затруднений: рост осадков и настылей на подине электролизеров, нарушение нормального питания глиноземом. Только введение в электролит фторидов калия могло бы привести к повышению растворимости глинозема, но соли калия никогда не вводят по той причине, что калий, восстанавливаясь на катоде, проникает в угольную футеровку и легко ее разрушает.

При выборе добавок большое внимание обращают на стоимость и доступность соли, а также на ее физические свойства, такие как гигроскопичность, склонность к гидролизу, токсичность.

В табл. 4 приведены физико-химические свойства криолитовых расплавов с добавками 10% (по массе) различных солей.

Рассмотрим теперь более подробно влияние каждой из добавляемой соли на процесс электролиза.

Фторид кальция

Обычно специально в электролит не вводят, поскольку эта соль присутствует как примесь в криолите и фториде алюминия. Диаграмма плавкости системы Na3AlF6—CaF2 эвтектического типа, с температурой эвтектики 945 °С при 50% (мол.) CaF2 (Холм). Фторид кальция понижает температуру плавления меньше, чем другие солевые добавки. Он повышает плотность и вязкость и понижает электропроводимость, что нежелательно. Фтористый кальций способствует созданию устойчивых гарниссажей и настылей и повышает выход по току.

Фторид магния

По многим свойствам более эффективная добавка, чем фторид кальция. Понижает температуру плавления значительно больше, чем другие добавки. В системе NaF—MgF2 имеется химическое соединение NaMgF3(Костюков, Смородинов), поэтому система Na3AlF6—MgF2 является нестабильным диагональным сечением взаимной тройной системы: Na3AlF6 + 3MgF 2 ⇄AlF3 + 3NaMgF3.

По некоторым данным, в системе NaF—MgF2 имеется еще одно соединение—Na2MgAlF7, что в значительной степени усложняет диаграмму состояния.

Добавка фтористого магния ухудшает смачивание расплавом угольных частиц и способствует полному отделению угольной «пены». Обычно в электролит вводят оксид магния, при этом фторид магния получается

Какая температура плавления алюминия по Цельсию

Такой металл, как алюминий, очень распространен в мире. Немалое его количество содержится в организме человека, а уж в окружающем мире его еще больше. Среди материалов, из которых построены дома, а также в конструкции любого автомобиля есть некая доля алюминия.

Нередко из этого вещества изготавливаются детали мебели. И если вдруг что-то из этого сломается, то можно либо приобрести новый товар в соответствующем магазине, либо заняться самостоятельным ремонтом изделия. В последнем случае придется плавить металл в домашних условиях, а для этого уже нужно знать о некоторых свойствах этого металла.

  • О температуре плавления
    • Уменьшение температуры
  • Процесс плавления в домашних условиях
    • Средства защиты
    • Выбор формы для литья
  • Кратко о процессе

Для изготовления какой-либо алюминиевой конструкции вовсе не обязательно подробно изучать все характеристики вещества, но на основные моменты следует обратить свое внимание, включая знание, при какой температуре плавится алюминий.

О температуре плавления

Необходимо помнить: алюминий очень легко поддается литью и начинает превращаться в жидкую субстанцию уже при температуре в 660 градусов. Для того чтобы понять, что этот показатель довольно низкий, достаточно сравнить его с температурами плавления других металлов, которые также нередко используются для изготовления тех или иных, нужных в обиходе предметов.

Например:

  • сталь начинает плавиться лишь при температуре в 1300 градусов;
  • чугун — при 1100 градусах.

Но все же, хоть температура плавления алюминия по Цельсию и не слишком высока по сравнению со многими другими металлами, достичь 600 градусов в домашних условиях с использованием обыкновенной газовой или электрической плиты довольно трудно.

Уменьшение температуры

Прежде чем подвергать металл плавлению, можно специальными методами уменьшить его температуру плавления, например, использовать в виде порошка. В этом случае он начнет плавиться чуть быстрее. Но при этом он становится опасным, так как взаимодействуя с атмосферным кислородом, может окислиться или воспламениться. А в результате окисления, как мы помним из школьного курса химии, образуется оксид алюминия; и температура, при которой начинает плавиться это вещество, уже превышает две тысячи градусов.

Вообще избежать образования оксида не получится, если заниматься плавлением алюминия, но уменьшить количество лишнего вещества вполне возможно. При плавлении алюминия нужно не допускать попадания в вещество воды. Ведь если это случится, то произойдет взрыв.

Перед началом процесса нужно убедиться в том, что сырье является абсолютно сухим. Чаще всего в качестве исходного материала применяется алюминиевая проволока. Предварительно ее нужно с помощью ножниц разделить на множество мелких по длине кусочков. А для того, чтобы уменьшить площадь контакта с содержащимся в атмосфере кислородом, эти кусочки прессуются пассатижами.

Не всегда есть необходимость создать алюминиевое изделие высокого качества, поэтому вовсе не обязательно всегда использовать порошок или мелко нарезанную и плотно сдавленную проволоку. Можно взять любой предмет, который уже был использован, например, банку, в которой хранились консервы. Но перед плавкой нужно лишить ее нижнего шва или обрезать профиль. Полученное сырье может быть окрашено или испачкано. Не нужно об этом беспокоиться. Все, что имеется лишнее на поверхности, быстро отходит в виде шлаков.

Процесс плавления в домашних условиях

Плавление — это довольно опасный процесс. Предварительно необходимо обязательно побеспокоиться о средствах защиты от различных ядовитых веществ, которые будут образовываться, а также подготовить литейную форму.

Средства защиты

  1. Не обойтись без специальных перчаток даже в том случае, если расплавить алюминий необходимо лишь единожды. Это, пожалуй, основное средство защиты, так как расплавленная масса с большой долей вероятности может попасть на руки, и тогда неминуемо на коже появится ожог, поскольку температура жидкого металла превышает 600 градусов.
  2. Следующая часть тела, которую также необходимо защитить от попадания горячего алюминия — глаза. При частой плавке не обойтись без специальной защитной маски, ну или хотя бы очков. Но лучше всего работать в костюме, который устойчив к воздействию высокой температуры в несколько сотен градусов.
  3. Если необходимо получить чистый алюминий, потребуется рафинирующий флюс. И тогда работать нужно в химическом респираторе.

Выбор формы для литья

Для того, чтобы отлить алюминий, необязательно запасаться литейной формой. Достаточно лишь приобрести лист из более тугоплавкого металла — из стали, вылить на него расплавленный алюминий и подождать, пока последний затвердеет. Но для получения какой-либо детали из алюминия обязательно придется приобретать форму для литья.

Ее можно изготовить самостоятельно в домашних условиях. Для этой цели обычно используется скульптурный гипс. Он заливается в форму, затем какое-то время охлаждается. После этого в него вставляют модель и сверху кладут вторую емкость с гипсом. При этом важно не забыть проделать отверстие в гипсе с помощью какого-нибудь предмета цилиндрической формы. Через это отверстие и будет заливаться горячий алюминий.

При плавлении алюминия не обойтись без так называемого тигеля: то есть емкости из тугоплавкого металла. Она может быть выполнена из фарфора, кварца, стали, чугуна. Впрочем, изготавливать тигель самостоятельно вовсе не обязательно, ведь его можно просто купить в специальном магазине. Объем тигеля зависит от того, какое количество металла требуется получить.

Кратко о процессе

Плавка алюминия в домашних условиях — это не такой уж трудный процесс, которым он может показаться поначалу. Кусочки металла нагреваются до нужной температуры плавки алюминия в специальной емкости.

Некоторое время полученный расплав необходимо выдерживать в разогретом состоянии и периодически удалять с его поверхности образующийся шлак. После этого чистый жидкий металл наливается в специальную форму, в которой он некоторое время будет остывать.

Время, которое уйдет на плавку, зависит от самой печи, а точнее от той температуры, которую она может обеспечить. Если же вместо печи используется газовая горелка, то она должна нагревать металл сверху.