
Доктор техн И. Н. Фридляндерических наук И. Н. Фридляндер
Первый промышленный алюминий получил французский ученый Сент-Клер Девиль в 1855 г. Алюминий был красив, внешне похож на серебро. Это поражало воображение. Кроме того, первые порции алюминия были необычайно дороги. Это тоже поражало. Появились алюминиевые украшения (дороже золотых). А император Наполеон III решил заменить посуду во дворце Тюильри на алюминиевую. Наполеон III не отличался дипломатическими или военными талантами, но в данном случае он оказался провидцем: спустя 100 лет алюминиевая посуда стала самым обычным предметом домашнего обихода во многих странах. Выполненные «под золото» алюминиевые ожерелья могут вызвать немалый интерес модниц, а такие же парадные пуговицы — придать блеск и внушительность генеральским мундирам.
По способу Сент-Клер Девиля с 1855 по 1890 г. было получено всего 200 тонн алюминия; за оставшиеся до конца XIX века 10 лет было выплавлено (уже по новому способу) 28 000 тонн, а в 1930 г. мировое производство алюминия составило около 300 000 тонн В годы второй мировой войны и после нее алюминий начинает вытеснять сталь, а в некоторой степени и медь. Например, в США, с 1955 по 1963 г. производство стали снизилось почти на полтора процента (со 103,2 до 101,9 млн. т), а производство алюминия увеличилось в полтора раза (с 1,5 до 2,3 млн. т в год). И в объемном выражении (не надо забывать, что алюминий втрое легче!) его потребление в США уже составляет примерно 7% от стали.
Другой пример — очень быстрый рост производства алюминия в СССР—в 2,8—3,0 раза по семилетнему плану 1959—1965 гг.
Алюминий обладает ценнейшими свойствами, которые все глубже познаются и раскрываются. И возможности этого металла в самых различных областях применения становятся все шире.
КОМПЛЕКС ЦЕННЫХ СВОЙСТВ
Алюминий — элемент третьей группы периодической системы Менделеева, плавится при 660° С и испаряется три 2060° С. Удельный вес алюминия 2,7— он примерно в три раз легче железа и меди. Кристаллическая решетка алюминия — куб с центрированными гранями и расстоянием между параллельными плоскостями — 4,04 А. Кубическая решетка, как правило, дает возможность хорошей пластической деформации металла. И действительно, алюминий прекрасно поддается обработке давлением — прокатке, прессованию, ковке, штамповке, он технологичен. Многие алюминиевые сплавы не становятся хрупкими даже при температуре жидкого водорода или гелия.
Прочность чистого алюминия невелика — примерно 6—8 кг/мм2. Но уже созданы сплавы алюминия, прочность которых в 10 раз выше: 70—75 кг/мм2, как у среднелегированной стали.
Алюминий обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью (из технических металлов только медь превосходит его по этим характеристикам). Значит, он перспективен как материал для теплообменников, а это очень важно для химической промышленности (и не в меньшей степени для изготовления домашних холодильников, радиаторов для автомобилей и тракторов). Если провода электрических передач изготовлять из алюминия, то можно увеличить расстояния между опорными мачтами — это экономия. Алюминиевая обмотка роторов электрических машин позволяет снизить их вес — снова экономия и конструктивные преимущества. Буровые станки из алюминия легки и маневренны.
В 1965 году в СССР увеличивается вдвое выпуск алюминиевых труб для нефтяной промышленности — они все больше вытесняют стальные трубы…
Высокая отражательная способность алюминия весьма нужна для производства зеркал, для мощных рефлекторов и больших телевизионных экранов. Чистый алюминий и в особенности некоторые его сплавы обладают очень высокой коррозионной стойкостью в воде, в том числе в кипящей. Алюминий практически не взаимодействует с концентрированной азотной кислотой, со многими органическими веществами и пищевыми продуктами. У алюминия малый захват нейтронов; в сочетании с коррозионной стойкостью и технологичностью это делает его одним из важнейших металлов атомной техники.
На воздухе алюминий быстро покрывается тонкой окисной пленкой. Первые слои этой пленки воспроизводят кристаллическую решетку алюминия, образуя очень прочное соединение. За последние 10 лет механизм роста окисной пленки удалось использовать для создания исключительно жаропрочных сплавов, упрочненных дисперсными частицами окиси алюминия. Специально выращивая химическим или электрохимическим способом утолщенную пленку и вводя в нее различные наполнители, можно придать ей любой цвет.
КАЖДЫЙ ДВАДЦАТЫЙ АТОМ ЗЕМНОЙ КОРЫ — АЛЮМИНИЙ
По распространенности на Земле алюминий находится на четвертом месте после кислорода, водорода и кремния и на первом месте среди металлов.
На долю алюминия в составе различных соединений приходится около 5,5% общего числа атомов земной коры (или 7,45% по весу). Конечно, не все месторождения пригодны для разработки, но тем не менее запасы алюминиевого сырья на Земле огромны.
Сент-Клер Девиль получал алюминий, вытесняя его с помощью натрия из двойного хлорида алюминия и натрия (АlСlз • NАСl). Однако настоящее промышленное производство алюминия стало возможным только после изобретения процесса электролиза глинозема, растворенного в расплавленном криолите. Электролиз алюминия, одного из наиболее электроотрицательных элементов в ряду напряжений, нельзя вести в водных растворах. По этой же причине все материалы, участвующие в электролизе, должны отличаться большой чистотой, чтобы в ванне не было примесей, способных осадиться на катоде и загрязнить алюминий.
Современные электролитические ванны работают при силе тока 130—1150 тысяч ампер; на получение 1 кг алюминия расходуется до 16 квт-ч электроэнергии. Естественно, что крупное производство алюминия возможно только в стране с развитой энергетикой. Хорошие условия для этого имеются у нас в ряде районов, особенно в Сибири — на базе дешевой электроэнергии и запасов нефелиновых руд.
Несмотря на применение довольно чистых материалов, электролизный алюминий всегда загрязнен неметаллическими включениями — частицами глинозема и углерода, водородом, железом, кремнием, натрием, титаном. Его подвергают очистке — продувке газообразным хлором, увлекающим неметаллические примеси. Получается обычный товарный алюминий, содержащий, как правило, менее 0,3% примесей, главным образом железа, кремния, титана. При повторном электролизе чистоту металла удается поднять до 99,999%. А методом зонной перекристаллизации или дистилляцией через субфторид, можно получить сверхчистый — четыре и даже пять девяток после запятой (99,9999 или 99,99999%). Такой металл может использоваться для полупроводниковых сплавов или в тех случаях, когда нужна максимальная отражательная способность и коррозионная стойкость.
ПРОЦЕСС СТАРЕНИЯ ПРИДАЕТ АЛЮМИНИЮ НЕОБЫЧАЙНУЮ ПРОЧНОСТЬ
В 1909—1911 гг. немецкий ученый А. Вильм открыл процесс, который получил название естественного старения. Оказалось, что сплав алюминия с добавками меди, магния и марганца (так называемый дуралюмин) после резкого охлаждения — закалки с 500° С и вылеживания при комнатной температуре в течение 4—5 суток, постепенно, но очень основательно увеличивает твердость и прочность, не снижая способности к деформации.
Это открытие имело величайшее значение для развития алюминиевой промышленности.
Было высказано предположение, что в процессе вылеживания закаленного дуралюмина при комнатной температуре из матрицы — пересыщенного твердого раствора меди в алюминии — выделяются мельчайшие кристаллики СuАl2, упрочняющие сплав до 36—38 кг/см2 вместо 7—8 кг/мм2 у чистого алюминия. Казалось, что механизм старения раскрыт. Но страсти еще только разгорались. Дело в том, что с помощью оптического микроскопа не удавалось найти частицы СuАl2, и реальность их существования в естеcтвенно состаренном сплаве стали подвергать сомнению. Кроме того, выделение меди из матрицы должно обязательно снижать электросопротивление сплава. А в процессе естественного старения дуралюмина оно росло. Это прямо указывало на то, что медь должна оставаться в твердом растворе.
Начались многолетние споры. Сторонники и противники выделения меди из твердого раствора при естественном старении, подобно представителям венецианских фамилий Монтекки и Капулетти, схватывались неизменно при каждой встрече. Положение прояснил только рентгеноструктурный анализ. А в последние годы благодаря мощным электронным микроскопам, позволяющим просматривать тонкие металлические пленки насквозь, картина стала наглядной. Истина оказалась где-то «посередине». Медь не выделяется из твердого раствора и не остается внутри него. В процессе старения она собирается в дискообразных участках толщиной в 1—3 атомных слоя и диаметром 90 А, образуя так называемые зоны Гинье — Престона. Они имеют искаженную кристаллическую структуру твердого раствора, искажается также прилегающая к зоне область твердого раствора. Число таких выделений огромно — оно выражается единицей с 16—18 нулями для 1 см3 сплава. Изменения и искажения кристаллической решетки при образовании зон Гинье — Престона и служат причиной повышения прочности дуралюмина при естественном старении. Эти же изменения увеличивают электрическое сопротивление сплава.
Можно без преувеличения сказать, что крылья самолетов удерживаются в воздухе зонами или метастабильными частицами, а если в результате нагрева вместо зон и частиц появятся стабильные выделения, крылья потеряют свою прочность и просто согнутся…
Закончить эту часть рассказа о свойствах элемента № 13 мне хочется упоминанием имен тех, кто много сделал в теории старения алюминиевых сплавов — профессоров С. Т. Конобеевского, Д. А. Петрова, Ю. А. Багаряцкого.
ФАЗЫ-УПРОЧНИТЕЛИ
Принципиально новые сплавы появляются тогда, когда открываются новые фазы-упрочнители. Во всем мире исследователи усиленно ищут новые фазы, способные вызвать значительное упрочнение сплавов, повышение их коррозионной стойкости или других важных характеристик. До настоящего времени их найдено не так много.
Марганец и еще два элемента — хром и цирконий — вводятся в небольших количествах почти во все алюминиевые сплавы. Они очень сильно влияют на структуру и свойства металла. Из сплава алюминия с марганцем изготовляли первые авиационные бензобаки. Сплавы алюминия с марганцем и магнием не упрочняются термической обработкой (не дают эффекта старения); однако они обладают высокой коррозионной стойкостью, очень хорошо свариваются плавлением (в аргоновой среде). Они прекрасно зарекомендовали себя в судостроении как конструкционный материал, из таких сплавов, например, сделаны корпуса «Ракет» и «Метеоров», судов на подводных крыльях. Из такого же сплава магналия сделаны крыша и козырьки стадиона, построенного Советским Союзом в Джакарте. Материал этот успешно выдерживает натиск времени, жаркого и влажного климата и горячего темперамента болельщиков.
Из сплавов с низким содержанием магния (или из чистого алюминия) изготовляют миллионы штук испарителей для холодильников, баки стиральных машин, радиаторы автомобилей и тракторов, резервуары для хранения жидкого кислорода, цистерны для перевозки молока и других пищевых продуктов. Успешно прошли испытания изготовленные из магналия пассажирские вагоны с креслами самолетного типа и большие товарные вагоны. Эти сплавы хорошо полируются, им можно придать разнообразные цветовые оттенки В США их начали применять вместо упаковочной жести и для изготовления консервных банок. И если в 1960 г. было выпущено всего около 1 % алюминиевых банок, то в настоящее время их изготовляют до 15—20% от общего количества.
Но вернемся к фазам алюминиевых сплавов. Сплавы, старение которых определяется в основном фазой СuАl2, отличаются средней прочностью, хорошей жаропрочностью и небольшой общей коррозионной стойкостью.
Но зато в конструкциях из таких сплавов, находящихся в напряженном состоянии, не возникают самопроизвольно коррозионные трещины (а это самый опасный дефект).
К таким сплавам, где фазе СuАl2 принадлежит доминирующая роль, относится классический дуралюмин (сплав Д1), открытый Вильмом и все еще занимающий важное место в промышленности. Из сплава Д1, в частности, делают лопасти самолетных винтов. Во время войны, когда нередко приходилось садиться на случайные площадки, не выпуская шасси, «на брюхо», лопасти сгибались при ударе о землю под прямым углом. Их тут же в полевых условиях выпрямляли и после этого снова летали с таким винтом…
Сплавы типа Д20 (Аl — Сu — Мn) удовлетворительно свариваются. Из них, в частности, изготовлены огромные сварные баки жидкого кислорода и водорода американской ракеты «Сатурн», предназначаемой для полета на Луну.
В другой группе алюминиевых сплавов (в работах с ними большая роль принадлежит профессору С. М. Воронову) упрочнителем служит соединение Mg2Si. Прочность металла изменяется от 12 до 36 кг/мм2 в зависимости от содержания Мg и Si и добавок меди и марганца. Сплавы системы Аl — Мg — применяются в судостроении, для облицовки и перекрытий зданий, изготовления металлических обоев, корпусов часов, ювелирных украшений. С их широким применением построены Дворец спорта в Киеве, Московский дворец пионеров, универмаг «Москва». В Кремлевском дворце съездов прекрасная панорама создается сочетанием золотых и черных покрытий на алюминиевом сплаве системы Аl — Мg — Si.
Эти сплавы — замечательный материал для оконных рам. Сваренные специальными машинами в стык такие рамы не имеют швов, они легки, изящны, гигиеничны и геометрически точны. На них можно создавать пленки любых цветовых оттенков. А горные или полярные области, где нет строительных материалов, куда их трудно доставить? Почему бы не транспортировать туда самолетами и вертолетами сборные алюминиевые дома? Первые десятки алюминиевых домиков уже служат полярникам, но это должно быть только началом.
В нашей стране идет огромное строительство. И лет через 15—20 для стенных панелей, подвесных потолков, крыш, оконных рам и других строительных деталей может потребоваться такое количество алюминиевых сплавов, что не хватит и сотен тысяч тонн.
И еще одна очень ответственная служба сплавов Аl — Мg — Si. Из них во всем мире изготовляют лопасти винтов для вертолетов, потому что именно эти сплавы обладают очень высокой коррозионной стойкостью. Чрезвычайно важное свойство, если иметь в виду, что даже мельчайший коррозионный дефект может резко ускорить появление и развитие усталостных трещин. Для спокойствия пассажиров хочу добавить, что усталостные трещинки развиваются в действительности очень медленно. А на вертолетах установлены приборы, подающие летчику световые или звуковые сигналы, как только появится первая трещинка. И лопасти меняют несмотря на то, что они могли бы работать еще сотни часов.
В самые последние годы стали известны сплавы алюминия, содержащие германий и серебро. Их свойства подтверждают основную мысль: если в алюминии растворено химическое соединение, содержащее атомы не менее чем двух других элементов, то можно ожидать заметного эффекта старения сплава. К сожалению, германий — редкий элемент, а серебро— драгоценный металл; они дорого стоят. Пока у сплавов с германием и серебром не будут найдены какие-либо выдающиеся свойства, эти сплавы не имеют практического значения… А вот о недавно открытой системе Аl — Мg — Li этого не скажешь: легкие и прочные сплавы с литием безусловно могут найти применение в промышленности.
БЫСТРОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПРЕОБРАЗУЕТ КРИСТАЛЛЫ
Прежде чем получить слитки или фасонные отливки, жидкий металл нужно очистить от газов и твердых неметаллических включений. Из газов в жидком алюминии растворен главным образом водород. Чем выше температура расплава, тем его больше. При остывании и кристаллизации он не успевает выделиться и остается в металле в виде мельчайших, а иногда и довольно крупных пор. Водород приносит много неприятностей — пустоты в фасонном литье, пузыри в листах и профилях, поры при сварке плавлением. И только в одном случае водород оказался весьма полезным — речь идет о так называемом пеноалюминии, напоминающем хороший голландский сыр (только пор в таком металле гораздо больше, а «слезу» он не пускает). Удельный вес пенистого алюминия может быть доведен до 0,3—0,5 г/см3. Поры в нем замкнутые, и металл свободно плавает в воде. У него исключительно низкая тепло- и звукопроводность, он режется и паяется. Чтобы получить рекордное количество пустот, жидкий алюминий, по «рецепту» профессора М. Б. Альтмана, перегревают и затем вводят в него гидрид циркония или титана, который немедленно разлагается, выделяя водород. Тут же металл, вскипающий огромным количеством пузырьков, быстро разливают в формы.
Но во всех других случаях от водорода стараются избавиться. Самый лучший способ для этого — продувка расплава хлором. Пузырьки хлора, двигаясь через жидкий алюминий, вбирают в себя атомы и мельчайшие пузырьки водорода, захватывают взвешенные частицы шлака и окисных пленок.
Все неметаллические включения особенно вредны при медленной кристаллизации металла, поэтому при литье всегда стремятся увеличить скорость кристаллизации. Фасонные детали отливают не в земляные формы, а в металлический кокиль; при литье слитков чугунные изложницы заменяют медными с водяным охлаждением. Но даже при самом быстром отводе тепла от стенки изложницы или формы после кристаллизации первого тонкого слоя между стенкой и этой корочкой появляется воздушный зазор. Воздух очень плохо проводит тепло… Скорость отвода тепла от металла резко падает.
Долгое время все попытки радикально ускорить охлаждение стенки терпели неудачу из-за этого воздушного зазора. В конце концов верное решение было найдено, как это нередко бывает в технике, совершенно «с другой стороны»: вместо борьбы с потерями тепла в воздушном зазоре ликвидировали сам зазор. Охлаждающей водой стали орошать непосредственно кристаллизующийся металл. Так родился метод непрерывного литья алюминиевых слитков (рис. 1).
В медный или алюминиевый кристаллизатор небольшой высоты заливается жидкий металл. В кристаллизатор вдвинут поддон, заменяющий неподвижное дно. Как только начинается затвердевание алюминия, (поддон медленно опускают — постепенно и с той же скоростью, с какой идет процесс кристаллизации. А сверху непрерывно доливают жидкий металл. Процесс регулируют так, чтобы лунка расплавленного алюминия находилась в основном ниже кромки кристаллизатора, где прямо на застывающий слиток подается вода.
Освоение непрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов происходило в трудные годы войны. Но в 1945 г. на наших металлургических заводах не осталось ни одной изложницы для алюминиевых слитков. Качество литого металла радикально улучшилось. Большая роль в разработке непрерывного литья алюминия принадлежит профессорам В. А. Ливанову и В. И. Добаткину. Кстати, метод непрерывной разливки стали в черной металлургии, освоение которого началось в последующие годы, многим обязан именно успешному освоению непрерывного литья алюминия.

Рис. 1. Непрерывная отливка алюминиевых слитков. Сверху пода¬ется жидкий металл, внизу выдвигается готовый слиток
И еще одно очень важное и остроумное решение. Это производство литой алюминиевой проволоки (рис. 2) по методу В. Г. Головкина.
Из горизонтального отверстия в печи непрерывно вытягивается струя жидкого металла, опирающаяся на некотором расстоянии от печи на ролики. Прямо по выходе из печного отверстия на металл подается охлаждающаяся вода. Самое интересное в этом методе состоит в том, что жидкая струя силами поверхностного натяжения и достаточно прочной пленкой окислов удерживается в воздухе. Поэтому поверхность проволоки получается гладкой и блестящей. По прочности такая проволока не уступает обычной холоднотянутой. А потребность в ней, особенно в годы войны, когда и был создан этот метод, была громадной. Каждому, кто летал на самолете, достаточно вспомнить бесконечные ряды заклепок на крыльях, на фюзеляже. Но, может быть, далеко не все знают, что число этих заклепок на истребителе военного времени доходило до 100—200 тысяч штук, а на бомбардировщике — даже до миллиона.
Рассказывая о фазах-упрочнителях, мы подчеркивали, что они возможны только при условии растворимости соответствующих элементов в алюминии. Начиная от электролиза и кончая отливкой слитков и фасонных деталей, на заводах ведут упорную борьбу с окисными включениями. Но такова уж диалектика свойств вещества, что нерастворимые в алюминии и наносящие ему вред включения совершенно изменили свое качество, как только их превратили в тончайшие пленки. Это произошло уже в послевоенные годы.
АЛЮМИНИЙ — МЕТАЛЛ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ
Если жидкий алюминий распылить, получатся более или менее округлые частицы, сплошь покрытые тонкими пленками окиси. Эти частицы (они называются пульверизатом) размалывают в шаровых мельницах. Получаются тончайшие «лепешки» толщиной 0,1 микрона. Если такую пудру предварительно не окислить, то при соприкосновении с воздухом она мгновенно взорвется — произойдет бурное окисление. Поэтому в мельницах создают инертную атмосферу с регулируемым содержанием кислорода, и процесс окисления пудры идет постепенно.
В первый период размола насыпной вес пудры уменьшается до 0,2 г/см3, содержание окиси алюминия постепенно увеличивается до 4—8%. Размол продолжается, мелкие частицы укладываются более плотно, не слипаются между собой, так как к пудре специально добавляют жир, и насыпной вес материала повышается до 0,8 г/см3. Окисление происходит интенсивно, и содержание окиси алюминия достигает 9—14%. Постепенно жир почти полностью улетучивается и мельчайшие окисленные частицы «склепываются», сращиваются в более крупные конгломераты.
Такая «тяжелая» пудра (в ней содержится до 20— 25% окиси) уже не летит как пух, ее можно спокойно ссыпать в стаканы. Затем порошок брикетируют в прессах под давлением 30—60 кг /мм2 и при температуре 550—650° С. После этого материал приобретает металлический блеск, он имеет сравнительно высокую прочность, электро- и теплопроводность. Из брикетов можно прессовать, прокатывать, ковать трубы, листы, прутки и другие изделия. Все эти полуфабрикаты именуются САП — по первым буквам слов: «спеченный алюминиевый порошок».

Рис. 3. Так построена первичная пленка окиси на алюминии по мнению П. Д. Данкова, Д. В. Игнатьева и Н. А. Шишакова. Белые кружки — ионы кислорода, черные — ноны алюминия, двойные — атомы аяюминия
При содержании окиси алюминия 20—25% прочность САП достигает максимума — 45—48 кг /мм2. Иначе говоря, благодаря окиси прочность алюминия увеличивается в 8 раз. Объясняется это, конечно, не просто содержанием окиси алюминия, а ее дисперсностью, способом наращивания пленки, механизмом ее взаимодействия с алюминием.
Вероятно, первые молекулярные слои окиси имеют не собственную решетку, а искаженную решетку алюминия (рис. 3). Естественно, что решетка слоев алюминия, прилегающих к пленке окиси, должна искажаться (аналогично тому, как искажается решетка метастабильных частиц и матрицы). Можно не сомневаться, что через некоторое время рентгеноструктурные или электронномикроскопические исследования покажут вполне точно «стыковку» кристаллических плоскостей алюминиевой матрицы и окисной фазы. Эти изменения могут распространяться только на очень небольшую глубину. Значит, прочность материала может увеличиться только в том случае, если частицы, на которых наращивается окисная пленка, чрезвычайно малы, а сама пленка очень тонка.
Расположение окисных пленок в брикете САП можно увидеть с помощью электронного микроскопа. Пленки, частично разрушенные при брикетировании, обрисовывают контуры первичных алюминиевых частиц, образовавшихся при размалывании пудры в мельнице. Чем меньше расстояние между частицами, тем прочнее САП.

Возможности алюминиевых сплавов как материала художественного литья: сирена работы скульптора Ги Револя — символ мореплавания, украшающий зданне технического колледжа в Страсбурге (Франция)
Можно ли считать принципиально новый способ упрочнения, основанный на образовании дисперсных частиц из нерастворимых соединений, характерной особенностью именно алюминия и окиси алюминия? По всей видимости, и другие соединения могут создавать тончайшие пленки и дисперсные частицы, способные упрочнять металлы. Но их еще предстоит искать, систематически исследуя различные окислы, карбиды, нитриды…
Благодаря тому, что природа дисперсных образований в обычных стареющих алюминиевых сплавах и в САП различна, эти материалы очень различаются и по своим свойствам. САП сохраняет высокую прочность до 500—600° С, а все алюминиевые сплавы переходят при этой температуре в полужидкое или вязкое состояние. Тысячи часов при температурах до 500° С в общем мало сказываются на прочности САП, потому что взаимодействие окисных частиц и алюминиевой матрицы мало меняется после нагрева. Сплавы же алюминия при таком испытании совершенно теряют прочность, так как зоны и метастабильные фазы превращаются в стабильные фазы или стабильные фазы вновь переходят в твердый раствор.
САП не нуждается в закалке, по коррозионной стойкости он близок к чистому алюминию, совершенно не подвержен коррозии под напряжением и межкристаллической коррозии. По электропроводности и теплопроводности этот материал ближе к чистому алюминию, чем стареющие сплавы такой же прочности. Характерная особенность САП — адсорбция огромного количества влаги разветвленной поверхностью окисленных частиц.
Поэтому САП необходимо хорошо дегазировать в вакууме, нагревая материал до точки плавления алюминия. Из САП можно изготовлять поршни двигателей, работающие при температуре до 400 и даже 450° С, материал этот перспективен для судостроения и химического машиностроения. При бурении глубоких скважин, когда температура пород может достигать 300—400° С, могут найти применение трубы из САП.
Заканчивая рассказ о применении алюминия как конструктивного материала, надо упомянуть и о его спеченных сплавах с кремнием, никелем, железом, хромом, цирконием (они называются САС — по первым буквам слов «спеченный алюминиевый сплав»).
У них низкий коэффициент линейного расширения, и это позволяет использовать их в сочетании со сталью в механизмах и приборах. У обычного же алюминия коэффициент линейного расширения примерно вдвое выше, чем у стали, и это вызывает большие напряжения, искажения размеров и нарушения точности.
Важное применение могут иметь спеченные алюминиевые сплавы и как материал оболочки ядерных реакторов с водяным охлаждением.
АЛЮМИНИЙ В ХИМИЧЕСКОМ МАШИНОСТРОЕНИИ
Алюминий только начинают применять в химическом машиностроении, но возможности его очень велики благодаря двум качествам — малому удельному весу и стойкости против коррозии.
Заводам и лабораториям нужны во все больших количествах очень чистая вода и другие химические вещества, свободные от примесей. Значит, конструктивным материалом аппаратов может быть либо дорогая нержавеющая сталь, либо гораздо более дешевые алюминиевые сплавы. Они нужны, в частности, для изготовления насосов и вентиляторов, болтов, гаек, заклепок. Алюминиевые поверхности теплообменников меньше загрязняются и поэтому повышают эффективность аппаратов, во многих случаях позволяют уменьшить их размеры и сократить расходы на перекачку жидкостей. Промежутки времени между чистками значительно увеличиваются, а в некоторых случаях необходимость в чистке аппаратов вообще отпадает.
Алюминий не искрит, и поэтому алюминиевые резервуары с легковоспламеняющимися или взрывчатыми веществами безопасны. Из алюминия, его сплавов и САП можно изготовлять резервуары и аппараты для хранения и переработки пищевых масел, так как алюминий не является катализатором в окислительных процессах, которые ведут к прогорклости масла.
Алюминий дороже простой углеродистой стали (это не значит, что он дороже нержавеющей стали!). Но если рассчитать стоимость алюминиевых и стальных изделий и конструкций с учетом последующей коррозии, то оказывается, что во многих случаях алюминий и его сплавы гораздо экономичнее для химических предприятий. Алюминиевые сплавы должны стать одним из главных конструкционных материалов в химической промышленности.