Дослідження протикорозійних властивостей електрометалізаційних алюмінієвих покриттів

 

З рядом металів і неметалів алюміній утворює сплави, які містять інерметалічні сполуки— алюмініди, зазвичай досить тугоплавкі і володіють високою твердістю і жаростійкістю.

Завдяки утворенню оксидної плівки алюміній досить стійкий не тільки на повітрі, а й у воді. З водою алюміній не взаємодіє навіть при нагріванні. Але коли оксидну плівку зруйнувати, алюміній енергійно взаємодіє з водою, витісняючи водень:

 

Алюміній має амфотерні властивості, він реагує з кислотами і лугами.

Він легко взаємодіє з розбавленими азотною і сільфатною кислотами:

 

Дуже розбавлені, а також дуже міцні HNO3 і H2SO4 на алюміній майже не діють. У відношенні до ортофосфатної і нітратної кислот алюміній стійкий. Чистий метал також стійкий до хлоридної кислоти ,але звичайний технічний в ній розчиняється.

У розчинах сильних лугів (NaOH, КОН) алюміній розчиняється з виділенням водню і утворенням алюмінатів:

 

 

Алюміній — сріблясто-білий легкий метал, добрий провідник  тепла і електрики, пластичний, легко піддається  механічній обробці.

Алюміній має кубічну гранецентровану кристалічну гратку. Найближча відстань між двома атомами становить 2,863Å. Період кристалічної гратки алюмінію a = 4,0414 Å, при кімнатній температурі. Кристалічна ґратка стабільна при температурах від 4К до температури плавлення 933К. Параметр ґратки дуже слабо змінюється від наявності домішок. Атомний радіус алюмінію визначений як половина між найближчими атомами-сусідами в кристалічній структурі і рівний 1,43Å. 

Теоретична густина алюмінію обрахована за параметрами його кристалічної гратки становить 2,69872 г/см³. Експериментальні дані густини  для полікритсалічного алюмінію 99,996% чистоти становлять 2,6989 (при 20 °C) г/см³. Так, густина розплавленого алюмінію чистотою 99,996%, що на 6,6% менше, ніж у твердого металу, і при температурі 973 К становить 2357 кг/м³ і майже лінійно знижується до 2304 кг/м³ при температурі 1173 К.

Термічне розширення відпаленого алюмінію чистотою 99,99% при температурі 293 К становить 23•10−6 і практично лінійно зростає до 37,3•10−6 К−1 при температурі 900 К.

Теплопровідність повністю відпаленого алюмінію в твердому стані знижується з ростом температури від 2,37 (298 К) до 2,08 Вт•см−1•К−1 (933,5 К) і при температурах вище 100 К вона малочутлива до чистоти металу. При нагріванні алюмінію і переході його з твердого стану в рідкий у нього різко зменшується теплопровідність: з 2,08 до 0,907 Вт•см−1•К−1, а далі з ростом температури вона збільшується і при температурі 1000 оС складає 1,01 Вт•см−1•К−1.

Питомий опір алюмінію високої чистоти (99,99%) при температурі 20 °C становить 2,6548•10−8. Провідність алюмінію сильно залежить від його чистоти, причому вплив різних домішок залежить не тільки від концентрації цієї домішки, а й від того чи вона знаходиться в твердому розчині чи поза ним. Найбільш сильно підвищують опір алюмінію домішки Хрому, Літію, Мангану, Магнію та Ванадію. Питомий опір ρ (мкОм•м) відпаленого алюмінієвого дротика в залежності від вмісту домішок (%) можна приблизно визначити за наступною формулою:

ρ = 0,0264 + 0,007Si + 0,0007Fe + 0,04(Ti + V + Cr +Mn)

При температурі 1,175 ± 0,001 К алюміній переходить в надпровідний стан. Питомий опір алюмінію при переході з твердого стану в рідкий стрибком зростає з 11 до 24 МкОм•см.

Температура плавлення алюмінію дуже чутлива до чистоти металу і для високочистого алюмінію (99,996%) становить 933,4 К (660,3 °C), а температура початку кристалізації алюмінію за Міжнародною шкалою температур (1968 р.) вважається рівною 660,37 °C і використовується протягом десятків років для калібрування термопар. Підвищення зовнішнього тиску збільшує температуру плавлення алюмінію, і вона досягає 700 °C при тиску близько 100 МПа.

Температура кипіння алюмінію становить приблизно 2452 °C, прихована теплота плавлення чистого алюмінію — 397 Дж•г−1, а прихована теплота випаровування 9462Дж•г−1. Ср алюмінію при 0 °C становить 0,90 Дж•г−1•К−1, зі збільшенням температури вона зростає і визначається рівнянням:

Ср = С0 + bT,

де С0 — теплоємість при температурі 0 °C;

     b = 2,96•10−3; T — температура, К.

Поверхневий натяг σ має максимальне значення при температурі плавлення і з ростом температури він знижується:

σ = 868 — 0,152(t — tп),

де σ — поверхневий натяг, Н/м; 

    t — температура, 

   °C; tп — температура плавлення алюмінію, °C.

В'язкість алюмінію при температурі плавлення становить 0,012 Па•с і збільшується при наявності навіть невеликого вмісту твердих включень, наприклад, оксиду алюмінію і нерозчинних домішок. З ростом температури в'язкість знижується.

 

 

Алюміній отримують електролізом розчину глинозему (техн. Al2O3) в розплавленому кріолітіNa3[AlF6] при 950–960 °C. Склад електроліту 75-90% за масою Na3[AlF6], 5-12% AlF3, 2-10% CaF2, 1-10% Al2O3, молярне відношення NaF/AlF3 = 2,20-2,85 .

Промисловий комплекс з отримання алюмінію включає виробництво