1

HLINÍK a jeho slitiny

2

HLINÍK – aluminium Al

Al je stříbrobílý, lehký a tvárný kov, dobrý vodič elektrického proudu (asi 60 % vodivosti Cu) a tepla.

Tm = 660°C, ρ = 2698 kg/m3

Al je nejrozšířenější kov v zemské kůře a spotřebou druhý nejvýznamnější po Fe

Mechanické vlastnosti hliníku jsou poměrně nízké (v měkkém stavu Rm = 60 MPa, A = 25 %).

Rekrystalizační teplota je výrazně ovlivněna čistotou. Technický Al má čistotu 99,3 – 99,8.

3

Surovinou pro výrobu

hliníku je minerál bauxit, v

čistém stavu oxid hlinitý

Z taveniny tohoto oxidu ve směsi s kryolitem se elektrolyticky získává kovový hliník

1886 – patentována výroba hliníku

od roku 1890 zahájena výroba v průmyslovém měřítku

Hliník může být vyráběn i v práškové formě → je vyráběn z hliníku čistoty min. 99%

http//www.sweb.cz

4

•V přírodě se vyskytuje často vázaný na

kyslík jako Al2O3 a je základem drahých

kamenů rubínu a safíru, které se liší

zbarvením, které způsobují příměsi.

•Červený rubín je zbarven příměsí oxidu

chromu, modrý safír obsahuje především

stopová množství oxidů titanu a železa

5

Obě zmíněné formy korundu patří k nejvíce ceněným

drahým kamenům na světě, ale mají i významné

využití v technice.

Safírové hroty vynikají svou tvrdostí a odolností a

vybavují se jimi špičkové vědecké měřicí přístroje.

Rubín je znám jako materiál pro konstrukci prvního

laseru na světě. Titan - safírový laser vyniká

extrémně krátkými pulsy (< 50 fs)

•Rubín Safír

6

Korozní odolnost Al

• Hliník je na vzduchu stálý, pasivuje.

Tvoří se ochranná vrstvička Al2O3.

Odolává dobře mořské vodě, neutrálním

nebo oxidačním roztokům solí a

koncentrované kyselině dusičné.

Částečně se rozpouští v kyselině sírové

a neodolává silnějším zásadám.

7

Použití Al

• Všude tam, kde není na závadu nízká pevnost

a lze využít dobré elektrické i tepelné

vodivosti, nízké měrné hmotnosti, značné

odolnosti proti korozi, dobré odrazivosti

světelných paprsků.

• Vyrábí se řada polotovarů – zvláštní význam

fólie o tloušťce pod 0,1 mm.

• Z celkové produkce Al se spotřebuje asi 37 %

na polotovary z čistého Al, 15% na výrobu

tvářených slitin a 47% na slévárenské slitiny a

1% na zvláštní výrobky jako prášky apod.

8

Použití hliníku a jeho slitin

strojírenství (odlitky, konstrukční součástky, různé profily, atd.)

• Stavebnictví (fasádní profily,

profily pro výrobu dveří a oken)

• Potravinářský průmysl

(obalový materiál alobal)

• Elektrotechnika (kabely,

dráty)

• Letecký průmysl (slitiny na

bázi Al-Li

9

automobilový průmysl (části motorů, profily

pro výplně dveří, pouzdra tlumičů, atd.)

http://www.auto-revue.cz/Automobilka

http://www.porschecars.wz.cz/zajimavost/interiery

10

11

Slévárenské slitiny Al

Jsou určeny k výrobě tvarových odlitků litím do písku, do kovových forem nebo tlakově

Mechanické hodnoty odlitků značně závisí na způsobu odlévání, max. pevnost bývá asi 250 MPa

Hlavním přísadovým prvkem je Si

12

Slévárenské slitiny Al

Slitiny typu Al-Si - siluminy patří k nejvýznamnějším slitinám. Nejlepší slévárenské vlastnosti mají siluminy s eutektickým složením (cca 12 % Si). Jsou dobře odolné proti korozi, avšak pro tvarově složité odlitky se používají zřídka. Většinou se používají pevnější siluminy speciální.

Největší vliv na zvýšení pevnosti mají přísady Mg a Cu. Tyto slitiny lze vytvrzovat.

13

Slévárenské slitiny Al

Cu, Ni, popř. některé další prvky - dostáváme slitiny, které mají příznivé vlastnosti za vysokých teplot, tyto slitiny se vyznačují zvlášť nízkou teplotní roztažností a dobrými kluznými vlastnostmi, které se zlepšují s rostoucím obsahem křemíku ve slitině

Slitiny Al-Mg – mají nejvyšší měrnou pevnost a rázovou houževnatost, lepší obrobitelnost, mají horší slévárenské vlastnosti, větší pórovitost snížené těsnosti odlitku, přísada Si zlepšuje zabíhavost, zvyšuje hustotu odlitků, s přísadou Zn mají slitiny lepší odolnost proti korozi

14

Tvářené slitiny Al

Mají obsah legujících prvků obvykle v rozsahu tuhého roztoku, většina slitin je tedy poměrně málo legována, obsah legujících prvků zpravidla nepřekročí 10%.

Slitiny Al-Mg – tyto slitiny se nevytvrzují, protože i při velmi rychlém ochlazení se dosáhne malého stupně přesycení a při stárnutí se pevnost jen málo zvýší, tyto slitiny mají výbornou odolnost proti korozi, zejména v mořské vodě a jsou významným konstrukčním materiálem i ve strojírenství a chemii

15

Tvářené slitiny Al

Al-Mn - zvyšuje pevnost, tvárnost i odolnost proti korozi, slitiny tohoto složení se používají náhradou za čistý hliník tam, kde jsou požadavky vyšší pevnosti i dobré chemické odolnosti

Slitiny Al-Mg-Si - na rozdíl od slitin Al-Mg je lze vytvrdit, jsou dobře tvárné a svařitelné, mají dobrou korozní odolnost a schopnost povrchových úprav, používají se zejména v letectví a stavebnictví

16

Tvářené slitiny Al Slitiny Al-Cu-Mg – duraly dosahují značné

pevnosti po vytvrzení, jejich předností je přirozené stárnutí, nevýhodou je malá odolnost proti korozi

Ni - ve slitinách zvyšuje pevnost, zejména i za zvýšených teplot, obsah bývá 1 až 2 % v kombinaci s Cu, popř Mg, tvoří slitiny používané na výkovky pracující za tepla

Slitiny Al-Zn-Mg-Cu – jsou to nejpevnější slitiny hliníku, mají velmi dobré mechanické vlastnosti i ve svarech a dobrou stálost na vzduchu, nedostatkem je sklon ke korozi pod napětím, nižší lomová houževnatost a vyšší vrubová citlivost než u duralů. (slitina AlZn6Mg2Cu po TZ až 580 MPa).

17

Tvářené slitiny Al

Slitiny Al-Li – Li je vysoce reaktivní prvek, snadno oxidující na vzduchu, proto jsou tyto slitiny taveny a odlévány v ochranné atmosféře argonu nebo ve vakuu, hlavní přínos spočívá v jejich o 5 až 10 procent nižší hmotnosti a zvýšeném modulu pružnosti v tahu, pevnost v tahu je srovnatelná s pevností duralů. Bývají komplexně legované dalšími prvky.

18

Tvářené slitiny Al

19

20

Tepelné zpracování -

vytvrzování

• Účelem tepelného zpracování je získat určitý nerovnovážný stav struktury, který zajišťuje požadované vlastnosti výrobku.

• Vytvrzovat se dají pouze slitiny s chemickým složením pod segregační čarou.

21

Vytvrzování Skládá se

a) rozpouštěcího žíhání

b) rychlého ochlazení c) stárnutí

a) Tímto pojmem rozumíme ohřev a dostatečnou výdrž na takové teplotě, při které dojde k maximálnímu převedení přísady do tuhého roztoku hliníku. Při homogenizačním ohřevu nesmí dojít k překročení teploty solidu, aby nedošlo k natavení hranic zrn slitiny. V takovém případě dochází k degradaci mechanických vlastností materiálu.

22

Vytvrzování

b) Rychlé ochlazení

Provádí se nejčastěji do vody. Cílem je vznik přesyceného tuhého roztoku při teplotě okolí, u kterého je obsah rozpuštěné příměsi vyšší než odpovídá její rovnovážné rozpustnosti při dané teplotě. Veškerá manipulace se slitinou se musí provádět co nejrychleji, aby nedocházelo k částečnému rozpadu tuhého roztoku. U masivnějších součástí, kde hrozí nebezpečí deformací se používají jiná, méně razantnější ochlazovací média. Po rychlém ochlazení je slitina měkká, dobře tvárná.

23

Vytvrzování

c) Stárnutí

Přesycený tuhý roztok je termodynamicky nestabilní, dochází k jeho rozpadu. U některých slitin dochází k rozpadu přesyceného tuhého roztoku již při teplotě okolí - pochod označujeme jako přirozené stárnutí. Při umělém stárnutí se proces urychlí ohřevem.

Při delší výdrži na teplotě stárnutí dochází k nežádoucímu hrubnutí rovnovážného precipitátu, klesá tvrdost. Toto stádium označujeme jako přestárnutí.

24

VOJTĚCH, D.: Kovové materiály. Praha:2006

25

Lithium • Je nejlehčím kovem vůbec - je dvakrát lehčí

než voda. Lehčími prvky jsou už jen vodík a hélium

• Lithium je stříbrobílý alkalický kov a hoří červeným plamenem. Toho využila NASA v roce 1991 k monitorování zemské magnetosféry: vypustila satelit, který ve výši stovek kilometrů rozprášil mj. lithiové páry. Ty, zionizovány vlivem ultrafialového záření Slunce a geomagnetických silokřivek, vytvořily plazmatická rudá oblaka.

26

Lithium

• Slitiny lithia s hliníkem, kadmiem, mědí a

manganem jsou velmi lehké a současné

značně mechanicky odolné a používají

se při konstrukci součástí letadel.

• Li pomáhá léčit stavy při

maniodepresivní psychóze (pozor, je

možné se předávkovat)

27

• lithiové baterie - předčí výkonem, spolehlivostí, délkou života a lehkostí všechny ostatní typy baterií, napájejí kardiostimulátory a vysílačky, připevňované na delfíny a ptáky kvůli sledování jejich pohybu.

• Lithiové feroelektrické paměti bude možno zkonstruovat tak, že nebudou potřebovat pro uchování svých dat žádné vnější zdroje - budou je totiž mít obsaženy v sobě.

• Výroba těchto materiálů se odehrává dnes často v rozměrech molekul či skupin atomů ( v nanorozměrech – mluví se o nanotechnologiích).

28

• Li - jako palivo do termojaderných reaktorů (probíhají výzkumy)

• lithiové sloučeniny používají k čištění plynů.

• Otevřená ložiska mohou zajišťovat předpokládanou spotřebu tohoto kovu na 200 let

• I v Čechách máme přírodní nerostné zásoby lithia