Алюминий

Теплопроводность и плотность алюминия

В таблице представлены теплофизические свойства алюминия Al в зависимости от температуры. Свойства алюминия даны в широком диапазоне температуры — от минус 223 до 1527°С (от 50 до 1800 К).

Как видно из таблицы, теплопроводность алюминия при комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град), что позволяет применять этот материал для изготовления радиаторов и различных теплоотводов.

Кроме алюминия, высокой теплопроводностью обладает также медь. У какого металла теплопроводность больше? Известно, что теплопроводность алюминия при средних и высоких температурах все-таки меньше, чем у меди, однако, при охлаждении до 50К, теплопроводность алюминия существенно возрастает и достигает значения 1350 Вт/(м·град). У меди же при такой низкой температуре значение теплопроводности становится ниже, чем у алюминия и составляет 1250 Вт/(м·град).

Алюминий начинает плавиться при температуре 933,61 К (около 660°С), при этом некоторые его свойства претерпевают значительные изменения. Значения таких свойств, как температуропроводность, плотность алюминия и его теплопроводность значительно уменьшаются.

Плотность алюминия в основном определяется его температурой и имеет зависимость от агрегатного состояния этого металла. Например, при температуре 27°С плотность алюминия равна 2697 кг/м 3 , а при нагревании этого металла до температуры плавления (660°С), его плотность становится равной 2368 кг/м 3 . Снижение плотности алюминия с ростом температуры обусловлено его расширением при нагревании.

Электропроводность — алюминий

Алюминий имеет высокую теплопроводность и электропроводность. Электропроводность алюминия также зависит от его чистоты.
 

А электропроводность алюминия лишь на одну треть уступает электропроводности меди. Эти обстоятельства и тот факт, что алюминий стал значительно дешевле меди ( в паши дни — примерно в 2 5 раза), послужили причиной массового использования алюминия в проводах и вообще в электротехнике.
 

В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсато — — ров. Хотя электропроводность алюминия меньше, чем у меди ( около 0 % электропроводности меди), но это компенсируется легкостью алюминия, позволяющей делать провода более толстыми: при одинаковой электропроводности алюминиевый провод весит вдвое меньше медного.
 

В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов. Хотя электропроводность алюминия меньше, чем у меди ( около 60 % электропроводности меди), но это компенсируется легкостью алюминия, позволяющей делать провода более толстыми: при одинаковой электропроводности алюминиевый провод весит вдвое меньше медного.
 

В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов. Хотя электропроводность алюминия составляет только около 60 % электропроводности меди, но это компенсируется легкостью-алюминия, позволяющей делать провода более толстыми: при одинаковой электропроводности алюминиевый провод весит вдвое меньше медного.
 

Чистый алюминий в электротехнике частично заменяет медь; из него делают провода, шины, контакты и другие изделия, которые должны обладать высокой электропроводностью. Хотя электропроводность алюминия составляет всего 65 % от электропроводности меди, плотность его более чем в три раза ниже, следовательно меньше расход металла в весовом отношении.
 

В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, конденсаторов. Хотя электропроводность алюминия меньше, чем у меди ( около 60 % электропроводности меди), по это компенсируется легкостью алюминия, позволяющей делать провода более толстыми: при одинаковой электропроводности алюминиевый провод весит вдвое меньше медного.
 

Более важным является отношение Z) / ( S 28n), где 5П — глубина проникновения магнитного потока в пазовое пространство в переходном режиме. Увеличение электропроводности алюминия за счет его охлаждения уменьшает глубину проникновения магнитного потока в тело экрана и тем самым увеличивает степень поперечного сжатия магнитного потока. Наибольшая степень сжатия обеспечивается сверхпроводящими экранами.
 

Чистый алюминий применяют в электротехнике для изготовления проводников тока. Тепло — и электропроводность алюминия несколько ниже, чем у чистой меди. Все примеси, присутствующие в алюминии, ухудшают его тепло — и электропроводность.
 

Более заметное действие оказывают примеси меди, серебра и магния, снижающие электропроводность алюминия на 5 — 10 % при том же весовом содержании. Очень сильно понижают электропроводность алюминия добавки титана и марганца.
 

Более заметное действие оказывают примеси меди, серебра и магния, снижающие электропроводность алюминия па 5 — 10 % при том же весовом содержании. Очень сильно понижают электропроводность алюминия добавки титана и марганца.
 

Согласно нормам VDE 0202 / VII.43 изменение сопротивления алюминиевого проводника для электротехнических целей, имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 мм2, составляет 1 1 10 — 4 ом / С. При наименьшей величине электропроводности алюминия, применяемого для проводников, х 36 это соответствует критической температуре f 0 232 C. Согласно измерениям, произведенным автором, для алюминия, имеющего такую электропроводность, величина критической температуры оказывается немного больше. ГОСТ 183 — 55 рекомендует для алюминия д0 245 С.
 

Он хорошо проводит тепло и электричество. В зависимости от чистоты, электропроводность алюминия составляет 62 — 65 / а электропроводности меди.
 

При сварке меди Ml с алюминием марки А5 по слою стандартного флюса, применяемого для сварки алюминия ( АН-А1) при толщине металла до 20 мм, используют проволоку марки АД1 диаметром 2 5 мм. МПа, электропроводность сохраняется на уровне электропроводности алюминия.
 

По способности проводить электрический ток алюминий также заметно уступает меди. В отличие от меди отжиг не изменяет электропроводность алюминия.
 

Почему алюминий

Проводники из алюминия хотя и не обладают высокими эксплуатационными характеристиками, зато они:

• дешевые, по сравнению с медью;
• имеют малый вес. Так, алюминиевый провод в 3 раза легче медного;
• универсальные в применении — диапазон рабочих температур достаточно широк от –50 ⁰С до +50 ⁰С;
• стойкие к высокой влажности — до 98%;
• стойкие к коррозионным повреждениям. Хотя и здесь кроются нюансы: поверхность любого алюминиевого изделия на воздухе моментально поддается окислению и ее сразу же покрывает пленочка, защищающая провод от дальнейшего окисления.

Казалось бы продукцию из алюминия применять выгоднее, чем медную. Но она обладает и рядом отрицательных качеств. Так, недостатками проводников из алюминия считаются низкий показатель механической прочности материала, а соединение таких проводов вызывает проблемы в прохождении тока по ним. Кроме того:

• удельная проводимость алюминия не достаточно высокая — 0.0271 Ом×мм²/м;
• алюминий подвержен окислению, а его пленка, которая появляется после него, плохо проводит электрический ток. Но и здесь скрывается подвох: эта пленочка состоит из частиц верхнего слоя самого проводника, которая отделяется от общей структуры и тем самым уменьшает его диаметр. В результате этого увеличивается первоначальное сопротивление, характерное для алюминиевого провода;
• по причине повышения сопротивления пленки на алюминиевой проводке в местах, где соединяются отдельные ее части, увеличивается переходное сопротивление, из-за чего проводка нагревается. Поэтому если срок службы используемых алюминиевых проводов превышен, то это может привести к возгоранию;
• алюминий не эластичен и очень хрупкий. Причем хрупкость увеличивается после перегревания.

Применять алюминиевые провода или медные —  зависит от задач и приоритетов.

Соединение медных и алюминиевых проводов

В последнее время в быту и промышленности начало использоваться электрооборудование все более высокой мощности. Во времена СССР проводка изготавливалась в основном из дешевого алюминия. Новым требованиям ее эксплуатационные характеристики, к сожалению, уже не соответствуют. Поэтому сегодня в быту и в промышленности очень часто алюминиевые провода меняются на медные. Основным преимуществом последних, помимо тугоплавкости, является то, что при окислительном процессе их токопроводящие свойства не уменьшаются.

Часто при модернизации электросетей алюминиевые и медные провода приходится соединять. Делать это напрямую нельзя. Собственно, электропроводность алюминия и меди различается не слишком сильно. Но только у самих этих металлов. Окислительные же пленки у алюминия и меди свойства имеют неодинаковые. Из-за этого значительно снижается проводимость в месте соединения. Окислительная пленка у алюминия отличается гораздо большим сопротивлением, чем у меди. Поэтому соединение этих двух разновидностей проводников должно производиться исключительно через специальные переходники. Это могут быть, к примеру, зажимы, содержащие пасту, защищающую металлы от появления окиси. Данный вариант переходников обычно используется при на улице. В помещениях чаще применяются ответвительные сжимы. В их конструкцию входит специальная пластина, исключающая прямой контакт между алюминием и медью. При отсутствии таких проводников в бытовых условиях вместо скручивания проводов напрямую рекомендуется использовать шайбу и гайку в качестве промежуточного «мостика».

Удельное сопротивление

это влияет на потерю мощности

• Платы, устанавливаемые в компьютерах, оснащаются протравленными медными дорожками.
• Медь также используется для изготовления самых разных элементов, применяемых в электронных устройствах.
• В трансформаторах и электродвигателях она представлена обмоткой, которая изготавливается из этого материала.

Можно не сомневаться, что расширение сфер применения этого материала будет происходить с дальнейшим развитием технического прогресса. Хотя, кроме меди, существуют и другие материалы, но все же конструктора при создании оборудования и различных установок используют медь. Главная причина востребованности этого материала заключается в хорошей электрической и теплопроводности этого металла, которую он обеспечивает в условиях комнатной температуры.

Удельная электропроводность некоторых веществ (таблица)

Удельная проводимость приведена при температуре +20 °C:

Химические свойства

По химическим свойствам алюминий принадлежит к числу весьма активных металлов, обладающих амфотерными свойствами. В ряду активности он занимает место за щелочноземельными металлами. Но в чистом виде как на воздухе, так и в воде он может храниться очень долго, так как его поверхность со временем покрывается тонким и очень прочным слоем окиси, которая предохраняет его от окисления.

Для того чтобы наблюдать окисление алюминия на воздухе, необходимо сначала освободиться от защитной пленки.

Для этого алюминий сначала протирают наждачной шкуркой, а затем кипятят в щелочи. Окись алюминия, как и сам металл, проявляет амфотерные свойства, а потому растворяется в щелочи. После этого алюминий опускают в раствор какой-либо соли ртути, например нитрата ртути Hg(NO₃)₂. Алюминий как более активный металл вытесняет ртуть из ее соли:

2Аl + 3Hg(NO₃)₂ = 2Al(NO₃)₃ + 3Hg

Ртуть отлагается на поверхности алюминия, образуя сплав алюминия с ртутью — алюминиевую «амальгаму» (сплавы ртути с металлами называются амальгамами). Такой сплав не способен образовывать защитную пленку окиси, а алюминий в амальгаме постепенно окисляется до окиси алюминия по уравнению:

4Аl + 3O₂ = 2Аl₂O₃

Но поскольку амальгама покрывает алюминий неравномерно, окисление идет местами и окись алюминия заметна на поверхности металла в виде пушистой щетки (рис. 3).

Интересно взаимодействие алюминия с галогенами — с бромом и йодом. Для реакции используются порошкообразный алюминий и жидкий бром, а для реакции с йодом— смесь порошка йода с алюминием.

Во всех случаях алюминий ведет себя как восстановитель.

Рис. 3. Образование окиси алюминия на амальгированной поверхности металл.

При высокой температуре алюминий вытесняет некоторые металлы из их окислов. Это свойство нашло применение. Если смешать окись железа с алюминиевым порошком и поджечь с помощью магниевой вспышки, то произойдет реакция:

Fe₂О₃ + 2Аl = Аl₂O₃ + 2Fe

которая сопровождается выделением большого количества тепла. За счет этого тепла образующееся свободное железо плавится и может быть выпущено из тигля, в котором происходит реакция, через находящееся внизу отверстие. Такая выплавка металлов называется алюминотермией; в технике она применяется очень широко. Некоторые металлы можно получить только алюминотермическим путем. Этот процесс был впервые осуществлен Н. Н. Бекетовым.

Алюминий является амфотерным металлом. В различных условиях он ведет себя по-разному. В растворе щелочи алюминий вытесняет из воды водород, образуя соль алюминиевой кислоты — алюминат натрия (или калия), в котором он играет роль кислотообразующего элемента:

Из кислоты алюминий вытесняет водород:

В этом случае он проявляет металлические свойства. Концентрированные азотная и серная кислоты на алюминий не действуют, так как на его поверхности образуется защитная пленка, предохраняющая металл от дальнейшего окисления. В разбавленном виде азотная кислота на алюминий также не действует, а серная действует в слабой степени.

■ 77. Перечислите химические свойства алюминия и обоснуйте свой ответ уравнениями реакций. (См. Ответ) 78. Почему ртуть называют «алюминиевым ядом»? 79. Почему бытовые изделия из алюминия служат длительное время и не подвергаются окислению? 80. Что такое алюминотермия? 81. Сухая смесь состоит из порошков алюминий, железа и угля. При обработке 6 г этой смеси соляной кислотой выделилось 4,48 л водорода, а при обработке того же количества смеси раствором едкого кали — 3,36 л водорода. Определите состав смеси в граммах. 82. Имеется 200 г пиролюзита, содержащего 87% двуокиси марганца. Сколько алюминия потребуется для восстановления из него марганца алюминотермическим путем. 83. Как следует обработать алюминий, чтобы он окислялся на воздухе? 84. В трех пробирках находятся разбавленные кислоты — соляная, серная и азотная. Как, имея кусочки алюминия, определить, в какой пробирке какая кислота? 85. Сколько алюмината натрия получится при взаимодействии со щелочью 27 г алюминия? (См. Ответ)

Прокат и низкосортный материал

Электротехнический алюминий, полученный в ходе литейного производства, принимают отдельно. Обычно это узлы для станков, автомобильные, самолетные элементы. Поршневой лом содержит кремний. Пункты проката принимают в Москве электротехнический алюминий с никелем, если компонента не более 2,8%.

Низкий сорт электротехнического алюминия – дробленый, стружка. Материал сортируют по типу сплава. Отдельный класс – разносортная стружка.

Особенности сдаваемого алюминия

Высоко ценится на пунктах проката в Москве электротехнический алюминий, очищенный от изоляции. При наличии трансформаторов их обязательно убирают с шины. Жилы очищают механически, поскольку обжиг ведет к расплавлению, появлению потеков на металле. Недопустимо наличие бумаги.

Самый ценный алюминий – блестящий, чистый. Наличие масла – повод снижения стоимости из-за засора. Если внутри присутствует жила из стали, необходима разделка. Не принимают изделия со следами окисления, краски. Перед сдачей необходимо удалить проволочную решетку, поврежденные части, содержащие примеси элементы.

Источники и примеры металлолома

Электротехнический алюминий широко распространен. Это тонкие или толстые провода, кабели, используемые в проводке в жилищах, крупных коммуникационных сетях. В новых системах алюминиевые детали встречаются реже долговечной меди, а вот в старых широко распространены. Поскольку многие меняют проводку на медную, количество электротехнического алюминия, годного на вторсырье, велико.

Важно и полезно

Сдавать электротехнический алюминий в Москве могут частные лица, предприятия, крупные компании

Это не только финансово выгодно, но и важно для экологии. Вторичная переработка, утилизация металлических сплавов помогает защитить среду, сохранить баланс планеты, уберечь человека от опасностей, связанных с окислением металла

Переработанный алюминий используется в производственных процессах, что экономит затраты, бережет ресурсы.

◄ Назад к новостям

Электропроводность — алюминий

Электропроводность алюминия зависит от содержания в нем примесей.
 

Электропроводность алюминия составляет 62 — 65 % от электропроводности меди. На воздухе алюминий покрывается тонкой, но прочной пленкой окиси, защищающей его от коррозии. Соли ртути, щелочи, соляная кислота и некоторые ее соли сильно разъедают его.
 

Электропроводность алюминия при добавлении различных металлов ( особенно марганца и титана) понижается. Сплавы типа твердых расгворов обладают наименьшей электропроводностью в закаленном состоянии и наибольшей-в отожженном. Обрабатываемость резанием чистого алюминия плохая.
 

Электропроводность алюминия зависит от степени чистоты металла и понижается с увеличением содержания в нем примесей.
 

Электропроводность алюминия, применяемого вместо меди для проводов, составляет 65 % электропроводности меди.
 

Электропроводность алюминия сильно зависит от примесей и мало от механической и тепловой обработки. Чем чище состав алюминия, тем выше его электропроводность и лучше противодействие химическим воздействиям. Обработка, прокатка и отжиг значительно влияют на механическую прочность алюминия. При холодной обработке увеличивается его твердость, упругость и прочность на растяжение.
 

Электропроводность алюминия составляет 60 % электропроводности меди, а плотность в 3 2 раза меньше, чем у меди. Таким образом, масса алюминиевого провода при равной электропроводности приблизительно в 2 раза меньше. Однако механические свойства алюминия, такие, как прочность — и текучесть, значительно ниже, чем у меди.
 

Электропроводность алюминия зависит от степени чистоты металла и понижается с увеличением содержания в нем примесей.
 

Электропроводность алюминия составляет 60 % электропроводности меди.
 

На электропроводность алюминия сильно влияет его чистота.
 

Различные примеси влияют на электропроводность алюминия, но в неодинаковой степени. Наиболее сильно снижают электропроводность примеси хрома, ванадия и марганца. В небольшой степени электропроводность алюминия зависит от степени его деформации и режима термической обработки. Отрицательное влияние деформации на электропроводность устраняется отжигом.
 

Примеси Si резко снижают электропроводность алюминия, так как они образуют с алюминием твердый раствор Al-Si. Железо с алюминием твердого раствора не образует, поэтому его влияние на электропроводность проволоки невелико.
 

Так как примесь ванадия снижает электропроводность алюминия, то загрязнение гидроокиси алюминия ванадатом натрия недопустимо. Промывка гидроокиси алюминия горячей водой обычно обеспечивает достаточно полное удаление ванадата натрия. При относительно большом содержании V2O5 в боксите приходится принимать специальные меры для вывода ванадата натрия из цикла. Для этого часть оборотного раствора охлаждают до 25 — 30 С. При охлаждении из раствора выпадает ванадиевый шлам, представляющий собой смесь соды, фосфата и ванадата натрия. Ванадиевый шлам является источником получения ванадия.
 

Электропроводность и носители тока

Электропроводность всех веществ связана с наличием в них носителей тока (носителей заряда) — подвижных заряженных частиц (электронов, ионов) или квазичастиц (например, дырок в полупроводнике), способных перемещаться в данном веществе на большое расстояние, упрощенно можно сказать, что имеется в виду что такая частица или квазичастица должна быть способна пройти в данном веществе сколь угодно большое, по крайней мере макроскопическое, расстояние, хотя в некоторых частных случаях носители могут меняться, рождаясь и уничтожаясь (вообще говоря, иногда, возможно, и через очень небольшое расстояние), и переносить ток, сменяя друг друга.

Поскольку плотность тока определяется для одного типа носителей формулой:

j→=qnv→cp.,{\displaystyle {\vec {j}}=qn{\vec {v}}_{cp.},}

где q{\displaystyle q} — заряд одного носителя,

n{\displaystyle n} — концентрация носителей,

v→cp.{\displaystyle {\vec {v}}_{cp.}} — средняя скорость их движения,

или j→=∑iqiniv→icp.{\displaystyle {\vec {j}}=\sum _{i}q_{i}n_{i}{\vec {v}}_{icp.}} для более чем одного вида носителей, нумеруемых индексом i,{\displaystyle i,} принимающим значение от 1 до количества типов носителей, у каждого из которых может быть свой заряд (возможно отличающийся величиной и знаком), своя концентрация, своя средняя скорость движения (суммирование в этой формуле подразумевается по всем имеющимся типам носителей), то, учитывая, что (установившаяся) средняя скорость каждого типа частиц при движении в конкретном веществе (среде) пропорциональна приложенному электрическому полю (в том случае, когда движение вызвано именно этим полем, что мы здесь и рассматриваем):

v→cp.=μE→,{\displaystyle {\vec {v}}_{cp.}=\mu {\vec {E}},}

где μ{\displaystyle \mu } — коэффициент пропорциональности, называемый подвижностью и зависящий от вида носителя тока в данной конкретной среде.

Отсюда следует, что для электропроводности справедливо выражение:

σ=qnμ,{\displaystyle \sigma =qn\mu ,}

или:

σ=∑iqiniμi{\displaystyle \sigma =\sum _{i}q_{i}n_{i}\mu _{i}} — для более чем одного вида носителей.

Проводимость — алюминий

Проводимость алюминия, отнесенная к массе металла, в 1 5 — 2 раза выше, чем у меди.
 

Очень сильно понижают проводимость алюминия добавки титана и марганца. Прокатка, протяжка и отжиг алюминия аналогичны соответствующим операциям для меди. Из алюминия может прокатываться очень тонкая ( до 6 — 7 мк) фольга, применяемая в качестве обкладок в бумажных конденсаторах.
 

SAP составляет 75 % проводимости обычного алюминия.
 

Разные примеси в различной степени снижают проводимость алюминия.
 

Все примеси, так же как и в меди, снижают проводимость алюминия, которая несколько ниже, чем у меди.
 

Сечение проводов линии И — 3 определяем по ( 6 — 19), подставляя в нее проводимость алюминия у32 м / ( Ом — мм2), длины участков сети, м, активные мощности, протекающие по участкам сети, кВт, номинальное напряжение и потерю напряжения, В.
 

Магнитная индукция в проводнике при таком скачкообразном повышении величины В показана на рис. 2 для различных моментов безразмерного времени; кривые относятся к случаю, когда проводимость соответствует проводимости алюминия.
 

Приведены результаты исследования функциональных связей между допусками на конструктивно-технологические параметры и величинами номинальных энергетических параметров, в качестве которых выбраны число витков статора, длина пакетов статора и ротора, проводимость алюминия ротора, длина витка обмотки статора, диаметр провода и величина воздушного зазора.
 

Примеси мышьяка, сурьмы, кадмия, железа, никеля, кобальта, свинца, висмута, золота, галлия, кремния и цинка при содержании их до 1 % мало понижают проводимость алюминия в отожженном состоянии, что объясняется образованием интерметаллидных фаз. Примеси меди, серебра, магния влияют на проводимость в большей степени, а титан, ванадий, хром и марганец резко снижают ее, последнее объясняется образованием твердых растворов.
 

Алюминиевые провода хорошо противостоят коррозии, но механическая прочность и электрическая проводимость их ниже, чем у медных. Проводимость алюминия в 1 65 раза меньше, чем проводимость меди, но алюминий легче меди примерно в три раза, поэтому при равных по меди сечениях алюминиевого провода требуется примерно в два раза меньше по весу, чем медного. Алюминий легко соединяется с другими металлами, что ведет к его разложению, и очень чувствителен к механическим воздействиям, из-за чего требует очень бережного обращения.
 

Алюминиевые оболочки имеют высокую механическую прочность. Достаточная проводимость алюминия при определенных условиях обеспечивает использование оболочки трехжильного кабеля в качестве нейтрали в че-тырехпроводной электрической сети, а также экрана.
 

Бренды токопроводящего клея

Существует несколько производителей токопроводящего клея как за рубежом, так и отечественные, которые гарантируют высокие показатели электропроводности.

1. Контактол. Вероятно, самый известный состав среди радиолюбителей. Токопроводящий клей контактол обладает высокой эластичностью, достаточной прочностью, изготавливается на основе серебра и быстро высыхает, что обеспечивает быстры и удобный монтаж. Купить токопроводящий клей этой марки можно в любом радиолюбительском магазине, однако, сами профессионалы в этой области отзываются о нем довольно плохо. Но есть и положительные отзывы.
   Контактол
2. Элеконт. Токопроводящий клей, который пригодится каждому автовладельцу. Это эпоксидный состав. Отзывы о нем также не обнадеживают.
   Элеконт
3. Done deal. Это зарубежный представитель этого вида клея. Токопроводящий клей done deal обладает повышенной надежностью и прочностью, что делает его лучшим, по сравнению с отечественными аналогами.
   Done Deal
4. Homakoll. Довольно популярная марка токопроводящего клея, которая уже давно зарекомендовала себя на рынке. Используется крупными компаниями как клей электропроводящий для напольных покрытий с антистатическим действием.
   Homakoll
5. Mastix. Эта компания представляет электропроводящий клей для ремонта подогрева заднего стекла. токопроводящий клей mastix считается одним из лучших в этом сегменте.
   Mastix
6. ТПК-Э. Марка отличается своими техническими характеристиками. Такой клей будет функционировать в при самом широком диапазоне температур. От -190 до +200 °C. Используется на предприятиях.