+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Допустимые и недопустимые контакты металлов. Популярные метрические и дюймовые резьбы

Электронику часто называют наукой о контактах. Многие знают, что нельзя скручивать между собой медный и алюминиевый провода. Медная шина заземления или латунная стойка для платы плохо сочетаются с оцинкованными винтиками, купленными в ближайшем строительном супермаркете. Почему? Коррозия может уничтожить электрический контакт, и прибор перестанет работать. Если это защитное заземление корпуса, то прибор продолжит работу, но будет небезопасен. Голая алюминиевая деталь вообще может постепенно превратиться в прах, если к ней приложить даже низковольтное напряжение.

Доступные нам металлы не ограничиваются только медью и алюминием, существуют различные стали, олово, цинк, никель, хром, а также их сплавы. И далеко не все они сочетаются между собой даже в комнатных условиях, не говоря уже о жёстких атмосферных или морской воде.

В советских ГОСТах было написано почти всё о допустимых контактах металлов, но если изучение чёрно-белых таблиц из 1000 ячеек мелким шрифтом утомляет, то правильный ответ на «медный» вопрос — нержавейка, либо никелированная сталь, из которой, кстати, и сделан почти весь «компьютерный» крепёж. В эпоху чёрно-белого телевидения были другие понятия об удобстве интерфейса, поэтому для уважаемых читателей (и для себя заодно) автор приготовил цветную шпаргалку.

И, раз уж зашла речь о металлообработке, заодно автор привёл таблицу с популярными в электронике резьбами и соответствующими свёрлами, отобрав из объёмных источников наиболее релевантное по тематике портала. Не все же здесь слесари и металлурги, экономьте своё время.

Преамбула

Да, в век 3D-печати популярность напильника с лобзиком несколько потускнела. Но клетка Фарадея для РЭА по-прежнему является преимуществом, не забываем и про защитное заземление. Да, для печати корпусов РЭА уже доступен электропроводный (conductive) ABS-пластик, но судя по источнику, его удельное сопротивление примерно в миллион раз больше меди. Дескать, пыль уже не липнет, но для заземления всё равно многовато. Напечатать же стальные детали корпуса ПК в домашних условиях пока никак невозможно, да мы и алюминий-то с оловом никак не освоим…

Что же делать? Нашему брату приходится действовать методом Микеланджело, используя для творчества вместо каменной глыбы купленные в DIY-магазине заготовки, либо вообще старые корпуса ПК. Работая как-то с корпусом от старого сервера IBM из шикарной миллиметровой стали, автор впал в ступор, потому что имеющаяся резьба была крупнее М3, но мельче #6-32 (позже выяснилось, что это М3,5). Зачем вообще понадобилось в 2003-м году использовать метизы М3,5, останется загадкой, но о существовании дробной метрической резьбы автор даже не подозревал.

UPD
Для моддеров, кстати, рынок предлагает новые, удобные инструменты арсенала домашней мастерской, и про один из них (осциллорез) я рассказываю в отдельной публикации. Арсенал принадлежностей прекрасно дополнит более привычные циркулярные мини-пилы (aka «дремели»), а отсутствие эффекта «запрессовки зубьев» упростит обработку вязких металлов типа меди и алюминия. Инструмент лёгкий, не такой неуклюжий и опасный, как «болгарка». Можно пилить металл практически на уровне носа и без риска получить рубящий удар от заклинившего или осколок от «взорвавшегося» диска. А так бывает в красочно описанных уважаемыми читателями случаях с УШМ: 300-граммовый блин «болгарки» делает 200 оборотов в секунду, потребляя до 2кВт электричества, и требует чуть ли не костюм сапёра. Работающий же осциллорез травматологи упирают себе пильной стороной прямо в ладонь, чтобы успокоить пришедшего на снятие гипсовой повязки пациента… Впрочем, вернёмся к нашим металлам.

Допустимые и недопустимые контакты металлов по ГОСТ 9.005-72

DISCLAIMER: Предоставляется «как есть». Если уважаемый читатель занимается моделизмом, автомобилизмом или робототехникой, в ГОСТе также приведены: Таблица №2 для
жестких и очень жестких
атмосферных условий, Таблица №3 для контактов, находящихся в морской воде. Ниже я предлагаю выдержку из Таблицы №1 для средних атмосферных (т.е. комнатных) условий. Буква «А» означает «ограниченно допустимый в атмосферных условиях», подробности в самом ГОСТе.

Кликабельно (спасибо, НЛО):

UPD:
Ещё цветные шпаргалки (благодарю greatvovan):
для средних атмосферных условий
для жестких и очень жестких атмосферных условий

Пара слов о металлах

Металлурги, поправляйте, если что не так. Коррозия очень объёмная и сложная тема, и я не претендую на полноту её освещения. Я лишь даю выборочные зарисовки, чтобы сформировать у читателя нужные ассоциативные ряды.
Оцинковка

Оцинкованная сталь — основная рабочая лошадка народного хозяйства. В виде различных метизов «оцинковка» встречается в магазинах стройматериалов гораздо больше, чем, например, «премиумная» нержавейка. Фабричные корпуса ПК, технологические ящички и шкафчики для оборудования чаще всего выполнены из оцинкованной холоднокатанной стали толщиной порядка 1мм (чем дешевле корпус, тем тоньше лист). «Оцинковка» достаточно прочна и хорошо проводит ток, в промышленности требуется заземление. Если разрезать корпус, то под слоем краски какого-нибудь унылого RAL7035 будет тончайшее цинковое покрытие, а под ним, скорее всего, та самая углеродистая холоднокатанная сталь. Лично у меня нет причин не доверять ГОСТ 9.005-72, поэтому после колхозинга фабричных изделий вообще не рекомендую делать электрический контакт на месте среза стали, лучше постарайтесь сберечь цинковое покрытие. А порезы и шрамы можно закрасить из балончика того же унылого RAL7035 (только заплати €10 и попробуй его найти ещё). Я пользовался автомобильной эмалью нейтрального белого или чёрного цвета (флакончик с кисточной, €2 в любом автомагазине).


АлюминийАлюминий и его сплавы бывают анодированные (с защитным слоем) и обычные (неанодированные). Алюминий легко обрабатывать в домашних условиях, но помните о коррозии. Не используйте голый алюминий в качестве проводника даже с низковольтным напряжением, иначе ток медленно обратит деталь в прах. Обработанным в мастерской алюминиевым и дюралюминиевым деталям показана полная эквипотенциальность (наведённые полями токи вроде бы по фиг, заземлять тоже можно). Алюминий совместим с цинковым покрытием, но для контакта с медью, «голой» или никелированной сталью требуется оловянная «прокладка». Ограниченно допустим контакт алюминия с нержавейкой в атмосферных условиях. Для простоты можно принять, что при контакте с другими металлами и покрытиями алюминий будет корродировать сам по себе, без помощи внешнего электричества.

Витая пара из омедненного алюминия (Copper Clad/Coated Aluminium, CCA) — это отдельная история, в домашних условиях кабель всё равно не производится.


Медь

Медь мягкая и довольно неаппетитно окисляется на воздухе, поэтому изделия из меди заключают в герметичную оболочку или лакируют. Латунные бляхи солдатских ремней и стойки для электронных печатных плат лучше сопротивляются окислению и выглядят аппетитнее позеленевшей меди, особенно если их периодически полировать (я про бляхи, конечно). При этом ни медь, ни её сплав с цинком (латунь) «не дружат» с чистым цинком и его покрытиями. Зато медь совмещается с хромом, никелем и нержавейкой. А если вы держите в руках какую-нибудь клемму, то она наверняка из лужёной (покрытой оловом) меди.


Олово

Олово мягкое, но зато стойкое к коррозии (в комнатных условиях) и электрически совместимое почти со всеми, кроме чугуна, низколегированных и углеродистых сталей, магния. Не стоит паять оловом и бериллий, будьте внимательны при сборке домашнего ядерного реактора. Олово используют, чтобы из недопустимого электрического контакта получить допустимый, т.е. в качестве «прокладки». Клеммы из лужёной меди — отличный пример.
UPD:
На холод изделие выносить нельзя, а при минусовых температурах лучше не эксплуатировать вообще.


Никель

Никелем покрыты блестящие «компьютерные» винтики. Такое покрытие совместимо с медью и бронзой, латунью, оловом, хромом и нержавеющей сталью. Никель несовместим с цинком и алюминием (для алюминия лучше контакт с нержавеющей сталью, см. ниже).


Нержавейка

Нержавеющая сталь — королева

металлов сталей: прочная, пластичная, стойкая к коррозии, электропроводная, круто выглядит. Слишком тугая, чтобы резать и гнуть её дома в промышленных масштабах. Хромистые и хромисто-никелевые нержавейки электрически плохо совместимы с цинком и «голой» сталью, зато дают надёжный контакт с медью без помощи олова. Алюминий, а также азотированная, оксидированная и фосфатированная низколегированная сталь ограниченно совместимы при стандартных атмосферных условиях. Нержавейка марки А2 не «магнитится», но существуют и нержавеющие стали с магнитными свойствами. Магнитные свойства не влияют на коррозионную стойкость нержавеющей стали.

Пара слов про case modding

Если вы занимались сборкой ПК, то наверняка знаете, что болтики для монтажа приводов CD/DVD, «ноутбучных» дисков 2.5″ и флоппи-дисководов (ха-ха) используют метрическую резьбу M3. В корпусах ПК и жёстких дисках 3.5″ используется более грубая дюймовая резьба #6-32 UNC. Почему? Мягкий металл любит более грубую резьбу, к тому же адепты дюймовой системы пока лидируют на рынке технологий. Стойка 19″ использует (вы не поверите) дюймы в качестве основной меры, однако для монтажа оборудования я встречал только оцинкованные клетевые шайбы и винты с метрической резьбой М6. Дюймово-метрический дуализм в технологиях…

Обустройство своей инженерной кухни я начал с того, что купил защитные очки, набор качественных свёрл по металлу, небольшой вороток и метчики на резьбы M3 и #6-32 UNC, а заодно M4 и M6. Плашки не понадобились.

Популярые виды резьбы, используемой в компьютерной технике
ГОСТ 19257-73 рекомендует использовать следующие диаметры свёрл для металлов. Наверное, стоит учитывать и количество метчиков в наборе: чем твёрже материал, тем больше необходимость в «предварительных» метчиках. У меня их по три штуки, два «грубых» и один «финишный». А как правильно, кстати?

UPD
А как правильно — читайте комментарии, на публикацию-таки зашли мастера слесарного дела, только я не успел отсортировать всю информацию. Пользователь golf2109 любезно принёс сюда прямо из мастерской два правых столбца таблицы для обозначения того, как мягкость (вязкость) металла влияет на диаметр отверстия под резьбу, благодарю за поддержку.

Диаметр резьбы Стандартный шаг, мм Диаметр сверла, мм
ГОСТ Fe Al
M2 0.4 1,6 1.5* (-0.1)
M2,5 0.45 2.0 1.8* (-0.2)
M3 0.5 2.5 2.3 (-0.2)
M3.5 0.6 2.9 2.7* (-0.2)
M4 0.7 3.3 3.2 3.0 (-0.3)
M5 0.8 4.2 3.9 (-0.3)
M6 1.0 5.0 4.9 4.6 (-0.4)
M8 1.25 6.8 6.7 6.3 (-0.5)
M10 1.5 8.5 8.0 (-0.5)
#6-32 UNC 0.794 2.85 2.7* 2.5* (-0.35)

* Я рискнул прикинуть калибры двух дополнительных свёрл для стали и алюминия там, где по ним у меня нет данных в источниках. Обратите внимание, резьба #6-32 UNC по наружному диаметру находится между M3 и M4, а по шагу резьбы вообще ближе к M5.

UPD
Если сверлите что-то толще миллиметрового листа, читайте спойлер про СОЖ.

про СОЖ

Довольно большое значение и при сверлении, и при нарезании резьб имеет смазка и охлаждение обрабатываемых деталей и инструмента. Настоятельно рекомендую при подаче сверла не спешить и пользоваться техническими жидкостями. Режущая кромка сверла легко перегревается от сухой детали, и получается металлический отпуск. Поверьте, такой отпуск не нужен: он вызывает необратимые изменения в структуре металла и деградацию его прочностных свойств (сверло тупится гораздо быстрее, чем должно). Что делать? Вот несколько советов, которые автор встречал в разных местах.
Не сверлите большим сверлом сразу, разбейте операции примерно по 3мм: т.е. отверстие 10мм сперва проходим 3мм, потом 6мм.
Хорошенько отметьте отверстие керном. Одолжите у ребёнка пластилин, сделайте бортик вокруг планируемого отверстия так, чтобы получился мини-бассейн размером с монету. Если под рукой нет *вообще ничего*, хорошенько смешайте ложку подсолнечного масла с ложкой жидкого мыла и налейте в этот мини-бассейн, хуже не будет. Но если нужно просверлить насквозь, скажем, гирю 16кг, погуглите книгу народных рецептов «сож своими руками». Желаю всем начинающим удачной пенетрации: как говорится, берегите ваши свёрла-метчики смолоду, ведь их ждут новые идеи и интересные изобретения!

На известной китайской площадке можно приобрести «пальцевые» винтики (thumb screw), причём и на #6-32, и на M3. Материал и цвет разный.

Источники

» ГОСТ 9.005-72. Единая система защиты от коррозии и старения. Машины, приборы и другие технические изделия. Допустимые и недопустимые контакты металлов. Общие требования.
» ГОСТ 19257-73. Отверстия под нарезание метрической резьбы. Диаметры.
» Unified Coarse Thread ANSI B1.1 (резьбы UNC ANSI B1.1).

habr.com

Алюминий — свойства, харакретистики, обзорная статья

Алюминий – это пластичный и лёгкий металл белого цвета, покрытый серебристой матовой оксидной плёнкой. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Al (Aluminium) и находится в главной подгруппе III группы, третьего периода, под атомным номером 13. Купить алюминий вы можете на нашем сайте.

История открытия

В 16 веке знаменитый Парацельс сделал первый шаг к добыче алюминия. Из квасцов он выделил «квасцовую землю», которая содержала оксид неизвестного тогда металла. В 18 веке к этому эксперименту вернулся немецкий химик Андреас Маргграф. Оксид алюминия он назвал «alumina», что на латинском языке означает «вяжущий». На тот момент металл не пользовался популярностью, так как не был найден в чистом виде.
Долгие годы выделить чистый алюминий пытались английские, датские и немецкие учёные. В 1855 году в Париже на Всемирной выставке металл алюминий произвёл фурор. Из него делали только предметы роскоши и ювелирные украшения, так как металл был достаточно дорогим. В конце 19 века появился более современный и дешёвый метод получения алюминия. В 1911 году в Дюрене выпустили первую партию дюралюминия, названного в честь города. В 1919 из этого материала был создан первый самолёт.

Физические свойства

Металл алюминий характеризуется высокой электропроводностью, теплопроводностью, стойкостью к коррозии и морозу, пластичностью. Он хорошо поддаётся штамповке, ковке, волочению, прокатке. Алюминий хорошо сваривается различными видами сварки. Важным свойством является малая плотность около 2,7 г/см³. Температура плавления составляет около 660°С.
Механические, физико-химические и технологические свойства алюминия зависят от наличия и количества примесей, которые ухудшают свойства чистого металла. Основные естественные примеси – это кремний, железо, цинк, титан и медь.

По степени очистки различают алюминий высокой и технической чистоты.  Практическое различие заключается в отличии коррозионной устойчивости к некоторым средам. Чем чище металл, тем он дороже. Технический алюминий используется для изготовления сплавов, проката и кабельно-проводниковой продукции. Металл высокой чистоты применяют в специальных целях.
По показателю электропроводности алюминий уступает только золоту, серебру и меди. А сочетание малой плотности и высокой электропроводности позволяет конкурировать в сфере кабельно-проводниковой продукции с медью. Длительный отжиг улучшает электропроводность, а нагартовка ухудшает.

Теплопроводность алюминия повышается с увеличением чистоты металла. Примеси марганца, магния и меди снижают это свойство. По показателю теплопроводности алюминий проигрывает только меди и серебру. Благодаря этому свойству металл применяется в теплообменниках и радиаторах охлаждения.
Алюминий обладает высокой удельной теплоёмкостью и теплотой плавления. Эти показатели значительно больше, чем у большинства металлов. Чем выше степень чистоты алюминия, тем больше он способен отражать свет от поверхности. Металл хорошо полируется и анодируется.

Алюминий имеет большое сродство к кислороду и покрывается на воздухе тонкой прочной плёнкой оксида алюминия. Эта плёнка защищает металл от последующего окисления и обеспечивает его хорошие антикоррозионные свойства. Алюминий обладает стойкостью к атмосферной коррозии, морской и пресной воде, практически не вступает во взаимодействия с органическими кислотами, концентрированной или разбавленной азотной кислотой.

Химические свойства

Алюминий — это достаточно активный амфотерный металл. При обычных условиях прочная оксидная плёнка определяет его стойкость. Если разрушить оксидную плёнку, алюминий выступает как активный металл-восстановитель. В мелкораздробленном состоянии и при высокой температуре металл взаимодействует с кислородом. При нагревании происходят реакции с серой, фосфором, азотом, углеродом, йодом. При обычных условиях металл взаимодействует с хлором и бромом. С водородом реакции не происходит. С металлами алюминий образует сплавы, содержащие интерметаллические соединения – алюминиды.

При условии очищения от оксидной пленки, происходит энергичное взаимодействие с водой. Легко протекают реакции с разбавленными кислотами. Реакции с концентрированной азотной и серной кислотой происходят при нагревании. Алюминий легко реагирует со щелочами. Практическое применение в металлургии нашло свойство восстанавливать металлы из оксидов и солей – реакции алюминотермии.

Получение

Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл. Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов.  Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.

Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур. При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов. Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.

Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.

В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера. В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма. Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.

Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия. Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С). Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.

Применение

Алюминий применяется в металлургии в качестве основы для сплавов (дуралюмин, силумин) и легирующего элемента (сплавы на основе меди, железа, магния, никеля). Сплавы алюминия используются в быту, в архитектуре и строительстве, в судостроении и автомобилестроении, а также в космической и авиационной технике. Алюминий применяется при производстве взрывчатых веществ. Анодированный алюминий (покрытый окрашенными плёнками из оксида алюминия) применяют для изготовления бижутерии. Также металл используется в электротехнике.

Рассмотрим, как используют различные изделия из алюминия.

Алюминиевая лента представляет собой тонкую алюминиевую полосу толщиной 0,3-2 мм, шириной 50-1250 мм, которая поставляется в рулонах. Используется лента в пищевой, лёгкой, холодильной промышленности для изготовления охлаждающих элементов и радиаторов.

Круглая алюминиевая проволока применяется для изготовления кабелей и проводов для электротехнических целей, а прямоугольная для обмоточных проводов.

Алюминиевые трубы отличаются долговечностью и стойкостью в условиях сельских и городских промышленных районов. Применяются они в отделочных работах, дорожном строительстве, конструкции автомобилей, самолётов и судов, производстве радиаторов, трубопроводов и бензобаков, монтаже систем отопления, магистральных трубопроводов, газопроводов, водопроводов.

Алюминиевые втулки характеризуются простотой в обработке, монтаже и эксплуатации. Используются они для концевого соединения металлических тросов.

Алюминиевый круг — это сплошной профиль круглого сечения. Используется это изделие для изготовления различных конструкций.

Алюминиевый пруток применяется для изготовления гаек, болтов, валов, крепежных элементов и шпинделей.
Около 3 мг алюминия каждый день поступает в организм человека с продуктами питания. Больше всего металла в овсянке, горохе, пшенице, рисе. Учёными установлено, что он способствует процессам регенерации, стимулирует развитие и рост тканей, оказывает влияние на активность пищеварительных желёз и ферментов.

Алюминиевый лист

Алюминиевая плита

Алюминиевые чушки

Алюминиевые уголки

Алюминиевая проволока

При использовании алюминиевой посуды в быту необходимо помнить, что хранить и нагревать в ней можно исключительно нейтральные жидкости. Если же в такой посуде готовить, к примеру, кислые щи, то алюминий поступит в еду, и она будет иметь неприятный «металлический» привкус.

Алюминий входит в состав лекарственных препаратов, используемых при заболеваниях почек и желудочно-кишечного тракта.

cu-prum.ru

Сплав алюминия и меди: состав, характеристики, сферы применения

Сплавы алюминия и меди востребованы в различных производственных сферах, так как обладают относительно небольшим весом, высокой прочностью, пластическими свойствами, однородной плотностью. Хорошо поддаются литью, ковке и другим видам обработки. Отличаются относительно простой технологией получения.

Сплав алюминия и меди

История открытия

История сплавов алюминия с медью начинается с опытов Х. Эрстеда в 1825 году, когда он хотел получить чистый Al методом электролиза. В действительности он получил некий состав, в который входили и другие элементы, участвующие в эксперименте.

Дальнейшие опыты по открытию чистого алюминия провёл Ф. Велер в 1827 году, когда получил 30 грамм порошка Al, а в 1845 году — расплавленные шарики. Однако метод получения был слишком трудоёмким и требовал усовершенствования.

В 1856 году А. Девиль разработал со своей исследовательской группой промышленный метод получения алюминия и открыл первое его массовое производство. В 1886 году П. Эру и Ч. Холл открыли электролитический способ, который оказался дешевле и эффективнее химического.

С 1888 по 1895 в Нейгаузене (Швейцария) открываются предприятия по массовому производству Al.

В 1906 году А. Вильм на собственном предприятии начинает разрабатывать высокопрочные алюминиево-медные сплавы. Путем опытов он получил образец, который обладал свойством самоупрочнения. Его производство было продолжено в 1911 году в Германии.

Массовые исследования сплавов пришлись на период с 1920 по 1940 год в СССР, Германии, США. Стали явно разделяться два направления экспериментов — изучение чистых и легированных составов.

Состав и структура

Фазовая диаграмма состояния алюминиевых сплавов Al-Cu имеет следующие особенности:

  1. Максимальная растворимость меди в алюминии в твёрдой фазе составляет 5,65%, которая снижается с понижением температуры. Это делает возможным проведение закалки и старения. Фаза CuAl2 играет роль упрочняющей по методу растворов, придаёт механическую и термическую прочность.
  2. Эвтектическая точка находится на 33% концентрации меди, состоит из хрупкой, но прочной фазы CuAl2, которая делает материал непригодным для практического применения. Большое количество меди существенно повышает плотность образцов. Для литья используются сплавы с концентрацией от 1 до 1,5% (для получения упрочнения) и от 6 до 8% (чтобы исключить количество хрупкой фазы CuAl2).
  3. Хорошая растворимость Cu в Al и низкая температура плавления эвтектики +5480С становятся причиной появления широкого интервала кристаллизации.

Низкая жидкотекучесть, образование пор, трещин, ликвация — характерные признаки необходимости поиска компромисса между литейными и прочностными свойствами.

Основным легирующим элементом является медь, которая приводит к созданию неравновесной эвтектической фазы. Поэтому при термообработке закалкой проводят ступенчатый нагрев расплава до +5300С с последующей выдержкой до получения стабильной фазы.

Значительное количество электронов проводимости в сплавах Cu-Al существенно снижают удельное электросопротивление до уровня менее 0,02 мкОм*м. Наличие примесей железа или легирующих элементов на данную величину практически не влияют.

Алюминий

Характеристики и свойства сплава

Применение алюминия в чистом виде не выгодно по причине его малой прочности. Даже в изготовлении электронных компонентов он практически не применяется.

Свойства алюминия при добавлении меди существенно улучшаются: сохраняется пластичность, повышается прочность. В однофазных сплавах отсутствует текучая жидкая фаза, которая способна заполнять пустоты, образуемых в процессе усадки, снимать внутренние напряжения. Трудные составы имеют сложный процесс твердения и необходимо применять особые меры в процессе литья.

Существуют такие виды сплавов:

  • деформируемые, получаемые путём термической закалки и последующего старения — используются в средне нагружаемых конструкциях, выпускаются в виде проволоки, прутка, листов, профилей и труб;
  • литейные — используются для отливки сложных конструкций, обладают высокой прочностью, плохо поддаются пайке.

Чтобы улучшить литейные свойства смеси, в состав добавляют немного кремния, который увеличивает текучесть, снижает вероятность растрескивания. Негативным фактором является понижение уровня пластичности.

Механические свойства сплавов с содержанием меди от 9 до 11%:

  • высокая прочность от 500 МПа;
  • износостойкость;
  • самоупрочнение;
  • жаростойкость.

Для улучшения характеристик используются легирующие элементы:

  • марганец и титан формируют интерметаллиды, которые находятся по границам дендритных ячеек Cu-Al образуют твёрдый каркас, применяются для повышения жаропрочности образцов;
  • кремний повышает механические свойства, на снижает литейные, может применяться без термической обработки.

Изготовление

Медные сплавы с алюминием производят методом расплавления в электрических печах. Особенностью является возможность многократных циклов плавки и твердения, при которых не теряются основные свойства.

Сначала расплавляют алюминий, затем в него добавляют медь, а после получения однородного состава и легирующие элементы (железо, марганец, магний). Следующим этапом является закалка, которая позволяет избавиться от метастабильных фаз и добиться однородной плотности. Время выдержки выбирается на основе используемых легирующих компонентов и процентного содержания меди.

Где применяют сплав

Применение конструкций из алюминиево-медных сплавов:

  • пищевая промышленность;
  • автомобиле-, корабле- и самолётостроение;
  • отделочные декоративные материалы;
  • для защиты металлических изделий от коррозии;
  • в электротехнике — радиоэлементы, высоковольтные линии передач, кабеля;
  • в качестве отражателей света в лампах;
  • для изготовления дорожных знаков, указателей, таблиц.

Изделия из сплава

Достоинства и недостатки

Основные преимущества:

  • высокая прочность, пластичность;
  • хорошая обрабатываемость —резание, штамповка, ковка, вытяжка, литьё;
  • сохранение механических свойств до температуры +1750С;
  • сверхпроводимость, позволяющая использовать образцы в научных исследованиях или применять в инновационных разработках;
  • высокая коррозионная стойкость;
  • возможность эксплуатации в деталях конструкций с повышенной взрывоопасностью;
  • химическая нейтральность;
  • простота сварки.

Основным недостатком является низкая коррозионная стойкость.

После закалки некоторое время сплав имеет отличную пластичность и ему можно придавать необходимую форму. Чтобы избежать чрезмерного образования дислокаций, требуется прогрев до +3500С с последующим остыванием в воздушной среде.

metalloy.ru

Алюминий — Википедия

Алюминий
← Магний | Кремний →
мягкий, лёгкий и пластичный металл серебристо-белого цвета.

Алюминий

Название, символ, номер Алюминий / Aluminium (Al), 13
Группа, период, блок 13, 3,
Атомная масса
(молярная масса)
26,9815386(8)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ne] 3s2 3p1
Электроны по оболочкам 2, 8, 3
Радиус атома 143 пм
Ковалентный радиус 121 ± 4 пм
Радиус Ван-дер-Ваальса 184 пм
Радиус иона 51 (+3e) пм
Электроотрицательность 1,61 (шкала Полинга)
Электродный потенциал −1,66 В
Степени окисления 0; +3
Энергия ионизации

1‑я: 577,5 (5,984) кДж/моль (эВ)


2‑я: 1816,7 (18,828) кДж/моль (эВ)
Термодинамическая фаза Твёрдое вещество
Плотность (при н. у.) 2,6989 г/см³
Температура плавления 660 °C, 933,5 K
Температура кипения 2518,82 °C, 2792 K
Уд. теплота плавления 10,75 кДж/моль
Уд. теплота испарения 284,1 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,35[2] 24,2[3] Дж/(K·моль)
Молярный объём 10,0 см³/моль
Структура решётки кубическая гранецентрированая
Параметры решётки 4,050 Å
Температура Дебая 394 K
Теплопроводность (300 K) 237 Вт/(м·К)
Скорость звука 5200 м/с
Номер CAS 7429-90-5
13

Алюминий

3s23p1
Кодовый символ, указывающий, что алюминий может быть вторично переработан

Алюми́ний (Al, лат. aluminium) — элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы III группы), третьего периода, с атомным номером 13. Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Простое вещество алюминий — лёгкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

Название элемента образовалось от лат. alumen — квасцы[4].

Впервые алюминий был получен датским физиком Гансом Эрстедом в 1825 году. Он восстановил хлорид этого элемента амальгамой калия при нагревании и выделил металл. Позже способ Эрстеда был улучшен Фридрихом Вёлером, он использовал для восстановления хлорида алюминия до металла чистый металлический калий и он же описал химические свойства алюминия.

Впервые полупромышленным способом алюминий получил в 1854 г. Сент-Клер Девиль по методу Вёлера, заменив калий на более безопасный натрий. Год спустя на Парижской выставке 1855 г. он продемонстрировал слиток металла, а в 1856 г. получил алюминий электролизом расплава двойной соли хлорида алюминия-натрия.

До развития широкомасштабного промышленного электролитического способа получения алюминия из глинозема этот металл был дороже золота. В 1889 году британцы, желая почтить богатым подарком русского химика Д. И. Менделеева, подарили ему аналитические весы, у которых чашки были изготовлены из золота и алюминия[5][6].

В России алюминий назвали в то время «серебром из глины», так как главной составной частью глины является глинозём Al2O3. Промышленный способ получения металла электролизом расплава Al2O3 в криолите разработали независимо друг от друга Ч. Холл и П. Эру в 1886 г.

Соединения алюминия, например, двойная соль алюминия и калия — квасцы KAl(SO4)2 • 12H2O — известны и использовались с глубокой древности.

Распространённость[править | править код]

По распространённости в земной коре занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрация алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, оценивается от 7,45 до 8,14 %[7].

Природные соединения алюминия[править | править код]

В природе алюминий, в связи с высокой химической активностью, встречается почти исключительно в виде соединений. Некоторые из природных минералов алюминия:

  • Бокситы — Al2O3 · H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)
  • Нефелины — KNa3[AlSiO4]4
  • Алуниты — (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3
  • Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)
  • Корунд (сапфир, рубин, наждак) — Al2O3
  • Полевые шпаты — (K,Na)2O·Al2O3·6SiO2, Ca[Al2Si2O8]
  • Каолинит — Al2O3·2SiO2 · 2H2O
  • Берилл (изумруд, аквамарин) — 3ВеО · Al2О3 · 6SiO2
  • Хризоберилл (александрит) — BeAl2O4.

Тем не менее, в некоторых специфических восстановительных условиях (жерла вулканов) найдены ничтожные количества самородного металлического алюминия[8].

В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в водоёмах России колеблются от 0,001 до 10 мг/л. В морской воде его концентрация 0,01 мг/л[9].

Изотопы алюминия[править | править код]

Природный алюминий состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа 27Al с ничтожными следами 26Al, наиболее долгоживущего радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 тыс. лет, образующегося в атмосфере при расщеплении ядер аргона 40Ar протонами космических лучей с высокими энергиями.

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. По сравнению с другими металлами, восстановление алюминия до металла из природных оксидов и алюмосиликатов более сложно в связи с его высокой реакционной способностью и с высокой температурой плавления всех его руд, например таких, как бокситы, корунды.

Обычное восстановление до металла обжигом оксида с углеродом (как например, в металлургических процессах восстановления железа) — невозможно, так как сродство к кислороду у алюминия выше, чем у углерода.

Возможно получение алюминия посредством неполного восстановления алюминия с образованием промежуточного продукта — карбида алюминия Al4C3, который далее подвергается разложению при 1900—2000 °С с образованием металлического алюминия. Этот способ производства алюминия изучается, предполагается, что он более выгоден, чем классический электролитический способ производства алюминия процесс Холла — Эру[en], так как требует меньших энергозатрат и приводит к образованию меньшего количества CO2[10].

Современный метод получения, процесс Холла — Эру[en], был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых анодных электродов. Такой метод получения требует очень больших затрат электроэнергии и поэтому получил промышленное применение только в XX веке.

Электролиз в расплаве криолита:

2Al2O3→Na3[AlF6]4Al+3O2{\displaystyle {\mathsf {2Al_{2}O_{3}{\xrightarrow {Na_{3}[AlF_{6}]}}4Al+3O_{2}}}}

Для производства 1000 кг чернового алюминия требуется 1920 кг глинозёма, 65 кг криолита, 35 кг фторида алюминия, 600 кг анодных графитовых электродов и около 17 МВт·ч электроэнергии (~61 ГДж)[11].

Лабораторный способ получения алюминия предложил Фридрих Вёлер в 1827 году восстановлением металлическим калием безводного хлорида алюминия (реакция протекает при нагревании без доступа воздуха):

AlCl3+3K→3KCl+Al{\displaystyle {\mathsf {AlCl_{3}+3K\rightarrow 3KCl+Al}}}
Микроструктура алюминия на протравленной поверхности слитка, чистотой 99,9998 %, размер видимого сектора около 55×37 мм
  • Металл серебристо-белого цвета, лёгкий
  • плотность — 2712 кг/м³
  • температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C
  • удельная теплота плавления — 390 кДж/кг
  • температура кипения — 2518,8 °C
  • удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг
  • удельная теплоёмкость — 897 Дж/кг·K[3]
  • временное сопротивление литого алюминия — 10—12 кг/мм², деформируемого — 18—25 кг/мм², сплавов — 38—42 кг/мм²
  • Твёрдость по Бринеллю — 24—32 кгс/мм²
  • высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу
  • Модуль Юнга — 70 ГПа
  • Коэффициент Пуассона — 0,34
  • Алюминий обладает высокой электропроводностью (37·106См/м — 65 % от электропроводности меди) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), обладает высокой светоотражательной способностью.
  • Слабый парамагнетик.
  • Температурный коэффициент линейного расширения 24,58⋅10−6 К−1 (20—200 °C).
  • Удельное сопротивление 0,0262—0,0295 Ом·мм²/м
  • Температурный коэффициент электрического сопротивления 4,3⋅10−3 K−1. Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 кельвина.

Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).

Гидроксид алюминия

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с O2, HNO3 (без нагревания), H2SO4(конц), но легко реагирует с HCl и H2SO4(разб). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной промышленностью. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH4+, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель. Не допустить образования оксидной плёнки можно, добавляя к алюминию такие металлы, как галлий, индий или олово. При этом поверхность алюминия смачивают легкоплавкие эвтектики на основе этих металлов[12].

Легко реагирует с простыми веществами:

4Al+3O2→2Al2O3{\displaystyle {\mathsf {4Al+3O_{2}\rightarrow 2Al_{2}O_{3}}}}
2Al+3Hal2→2AlHal3(Hal=Cl,Br,I){\displaystyle {\mathsf {2Al+3Hal_{2}\rightarrow 2AlHal_{3}(Hal=Cl,Br,I)}}}
2Al+3F2→2AlF3{\displaystyle {\mathsf {2Al+3F_{2}\rightarrow 2AlF_{3}}}}
2Al+3S→Al2S3{\displaystyle {\mathsf {2Al+3S\rightarrow Al_{2}S_{3}}}}
2Al+N2→2AlN{\displaystyle {\mathsf {2Al+N_{2}\rightarrow 2AlN}}}
4Al+3C→Al4C3{\displaystyle {\mathsf {4Al+3C\rightarrow Al_{4}C_{3}}}}

Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:

Al2S3+6h3O→2Al(OH)3+3h3S{\displaystyle {\mathsf {Al_{2}S_{3}+6H_{2}O\rightarrow 2Al(OH)_{3}+3H_{2}S}}}
Al4C3+12h3O→4Al(OH)3+3Ch5{\displaystyle {\mathsf {Al_{4}C_{3}+12H_{2}O\rightarrow 4Al(OH)_{3}+3CH_{4}}}}

Со сложными веществами:

  • с водой (после удаления защитной оксидной плёнки, например, амальгамированием или растворами горячей щёлочи):
2Al+6h3O→2Al(OH)3↓+3h3↑{\displaystyle {\mathsf {2Al+6H_{2}O\rightarrow 2Al(OH)_{3}\downarrow +3H_{2}\uparrow }}}
  • с парами воды (при высокой температуре):
2Al+3h3O→t∘Al2O3+3h3{\displaystyle {\mathsf {2Al+3H_{2}O{\xrightarrow {t^{\circ }}}Al_{2}O_{3}+3H_{2}}}}
  • со щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов):
2Al+2NaOH+6h3O→2Na[Al(OH)4]+3h3{\displaystyle {\mathsf {2Al+2NaOH+6H_{2}O\rightarrow 2Na[Al(OH)_{4}]+3H_{2}}}}
2Al+6NaOH→2Na3AlO3+3h3{\displaystyle {\mathsf {2Al+6NaOH\rightarrow 2Na_{3}AlO_{3}+3H_{2}}}}
  • Легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:
2Al+6HCl→2AlCl3+3h3{\displaystyle {\mathsf {2Al+6HCl\rightarrow 2AlCl_{3}+3H_{2}}}}
2Al+3h3SO4→Al2(SO4)3+3h3{\displaystyle {\mathsf {2Al+3H_{2}SO_{4}\rightarrow Al_{2}(SO_{4})_{3}+3H_{2}}}}
  • При нагревании растворяется в кислотах — окислителях, образующих растворимые соли алюминия:
2Al+6h3SO4→Al2(SO4)3+3SO2+6h3O{\displaystyle {\mathsf {2Al+6H_{2}SO_{4}\rightarrow Al_{2}(SO_{4})_{3}+3SO_{2}+6H_{2}O}}}
Al+6HNO3→Al(NO3)3+3NO2+3h3O{\displaystyle {\mathsf {Al+6HNO_{3}\rightarrow Al(NO_{3})_{3}+3NO_{2}+3H_{2}O}}}
8Al+3Fe3O4→4Al2

ru.wikipedia.org

У какого металла теплоотдача выше у чугуна, алюминия, меди или стали. В порядке возрастания.

А что такое в данном случае «теплоотдача»? Теплоотдачей называют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела. Это один из способов теплопередачи. Но как его измерить? Может, Вы УДЕЛЬНУЮ ТЕПЛОЕМКОСТЬ имеете в виду? Так теплоотдача и удельная теплоемкость — разные вещи.. . Теплоотдача — процесс, как процесс может быть больше или меньше? А удельная теплоемкость — физическая величина, которую можно измерить. Наивысшая удельная теплоемкость у алюминия 0,930 кДж/(кг*К) , затем следует чугун 0,540 кДж/(кг*К) , на последнем месте — медь 0,385 кДж/(кг*К).

Медь и алюминий, чугун на последнем месте.

Медь, алюминий, сталь, чугун.

Коэффициенты теплопроводности материалов Медь (ГОСТ 859-78*) — 407 Вт/м·К° Алюминий (ГОСТ 22233-83) — 221 Вт/м·К° Сталь стержневая арматурная (ГОСТ 10884-81) — 58 Вт/м·К° Чугун — 50 Вт/м·К° htt p://<a rel=»nofollow» href=»http://www.electro-sila» target=»_blank»>www.electro-sila</a>. ru/teplo.htm

touch.otvet.mail.ru

Превращаем алюминий в медь!


Эта работа была прислана на наш «бессрочный» конкурс статей.


Здравствуй, о оверклокер!!!

Тебе не даёт покоя мысль о том, что твой проц или видюха раскалены до предела? Есть только два выхода: убиться или охладиться. Я расскажу о втором. Да к тому же я расскажу не о совсем традиционном методе охлаждения. Я расскажу, как сделать медь из алюминия.

Сразу предупреждаю: материал чисто теоретический, я не проделывал этого дома (да и где бы то ни было), поэтому никакой ответственности я НЕ несу. Я хочу описать способ химического превращения алюминиевого радиатора в медный (начинай вспоминать химию). Нам понадобится вот что (ниже объясню подробнее):
  1. Радиатор алюминиевый — 1 шт.
  2. Купорос медный — полкило больше, чем достаточно.
  3. Кислота или щёлочь (желательно кислота) — половина литра — больше, чем достаточно (будет раствор)
  4. Ёмкость, устойчивая к воздействию кислоты.
  5. Прибор для нагревания (газовая плита вполне подойдёт).
  6. Оверклокер со своим собственным мозгом (головным), прямыми руками и немного свободного времени.

Где достать?

(1) ты можешь найти в комповом магазе или использовать свой старый. В цветочном или хозяйственном магазине ты найдёшь (2). В качестве (3) можно использовать уксусную кислоту, которою ты можешь найти в бутылке с надписью «уксус» или в продуктовом магазине (рекомендую второй вариант, так как в уксусе кислоты максимум 9%, а в кислоте — ближе к ста). Если найдёшь более сильную кислоту (серную, соляную и пр.) — хорошо, но будь аккуратнее (позже расскажу, почему). (4) — может быть стеклянной или керамической, но не пластиковой (металлическую тоже лучше не использовать). (5) дожен быть у тебя дома на кухне. (6) — ты (по идее), найти ты себя можешь там, где ты сейчас находишься.

План действий:

Подготовить растворы кислоты и купороса (отдельно). Опустить радиатор в кислоту, чтобы снять защитную плёнку с металла. Опустить радиатор в купорос, после чего на нём выделится медь. Подготовить радиатор к использованию. Всё.

Теория:

Любишь химию? Впрочем, это совершенно неважно. Химия — наука страшная, потому что тебе может оторвать руки, ноги, голову и прочие выступающие части тела… Шутка 😉 Сначала расскажу тебе немного о растворах.

Раствор кислоты не стоит делать очень насыщенным, особенно если кислота сильная (неорганическая). Если же использовать уксусную кислоту (её легче достать), то можно сильно не разбавлять. Дело в том, что кислота нужна для того, чтобы снять с металла оксидную плёнку, которая мешает взаимодействовать металлу с медным купоросом, который представляет из себя соль (кристаллогидрат, но об этом позже). Вот пример взаимодействия оксида алюминия с кислотой (в данном случае с соляной):

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

Формула уксусной кислоты: CH3COOH — на всякий случай.

Сначала была кислота и оксид, а стала вода и соль. Главное, что мне хотелось бы сказать — не передержите радиатор в кислоте, ведь сам металл тоже взаимодействует с кислотой, а этого нам не надо. Сначала поэкспериментируй с отдельными кусками алюминия, чтобы на глаз определить скорость протекания реакции. Замечу, что оксид алюминия — амфотерный оксид, то есть взаимодействует как с кислотами, так и с щелочами. Можешь попробовать щёлочь, но я бы не рекомендовал, а вот по какой причине: Твой радиатор, скорее всего, сделан не из чистого алюминия, а из сплава. Алюминий слишком мягкий, поэтому, скорее всего он сплавлен со сталью (железом). Оксид железа не будет взаимодействовать со щёлочью, так как, по-моему, он слабо амфотерный, либо вообще основный (реагирует только с кислотами). При взаимодействии медного купороса с железом пройдёт тот же процесс, что и при взаимодействии с алюминием, поэтому желанного результата (получение меди) мы всё равно достигнем.

Ещё хотел бы предостеречь: НЕ надо использовать концентрированную (более 60%) серную или азотную кислоту — железо и алюминий в них пассивируются (образуется защитная плёнка). Разбавлять серную кислоту тоже занятие не из приятных (не знаю, как насчёт азотной): она взаимодействует с водой (гидролиз), при этом шипя, булькая и брызгаясь. Если надумаешь разбавлять, то вливай кислоту в воду, а не наоборот. Кислота тяжелее, поэтому реакция будет проходить не на поверхности воды, а поглубже, тогда брызг не будет. Да, кстати, если реакция оксида с кислотой проходит очень уж медленно, то надо всё это дело нагреть. Принцип Вант-Гоффа: При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции возрастает в 2-4 раза.

Вот тебе ещё полезная вещь — электрохимический ряд напряжений металлов:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Be, Al, Mn, Zn, Cr, Fe2+, Cd, Ni, Sn, Pb, Fe3+, H, Cu, Ag, Hg, Au.

Правило, которое должен знать каждый: Металл, стоящий в электрохимическом ряду напряжений металлов левее, вытесняет из растворов солей металл, стоящий правее. Мы имеем дело с алюминием и с железом (со степенью окисления 2+), которые стоят намного левее меди. Они будут вытеснять медь из медного купороса, а она будет выделяться на радиаторе. Реакции с металлами, стоящими в ряду напряжений в самом начале, будут проходить НУ ОЧЕНЬ активно… Иногда со взрывом… Это НЕ шутка! Хотя вряд ли ты найдёшь литиевый радиатор.

И ещё. Помни: медный купорос это кристаллогидрат, то есть его молекулы связаны с молекулами воды, хотя вещество в твёрдом состоянии:

CuSO4 * 5H2O

Поэтому разбавляй не очень сильно, ведь воды и так уже много. Реакции с алюминием и железом проходят вот так:

3CuSO4 + Al = Al(SO4)3 + 3Cu

2CuSO4 + Fe = Fe(SO4)2 + 2Cu

В этих реакциях без нагрева не обойтись. Надо кипятить радиатор 😉 ! Шутка, конечно же! А вот подогреть немного можно. А что делать? Только так можно ускорить процесс. Если немного отшлифовать поверхность радиатора (создать шероховатости), то меди выделится немного больше, хотя лучше подобной чушью не заниматься (микрограммы не играют роли).

Важно: Я искренне надеюсь на то, что тем, кто захочет проделать какие-либо из описанных мною реакций, не придёт в голову мысль вмешиваться в ход реакции руками или другими выступающими частями тела, о которых я писал выше. Химия — наука, не терпящая баловства! Ну вот уже и мораль прочитал 😉 .

Что дальше?

Если результат устраивает, то можешь тестировать заново рождённый радиатор, а можешь подшлифовать его или сделать что-нибудь в этом роде, если уж сильно хочется. Я уже говорил о том, что сначала надо проводить опыты над отдельными кусками алюминия (или железа), а уж потом переходить на радиатор. Кстати, перед опытами необходимо снять или счистить с радиатора неметаллические части (вентилятор, провода, термодатчики, термопаста) 😉

Что получилось?

Я уверен, что все оверклокеры знакомы с радиаторами из алюминия, в которых имеется медный пятак-вставка в подошве. В покрытом по моему способу слоем меди радиаторе (именно слоем, ведь изнутри он не реагировал) принцип охлаждения примерно такой же. Так вот, если сравнивать радиаторы со вставкой с тем, что по идее должно получиться после прочтения данного текста, то можно сказать о преимуществах и недостатках того, о чём я писал:

Преимущества:

Металлы плотнее соединены между собой, следовательно, тепло лучше передаётся между ними и они не распадаются (вставки-пятаки могут выпадать, а в моём способе слои металлов соединены химическим путём гораздо прочнее).

Имеется не только маленькое круглое пятно меди на подошве, а весь радиатор покрыт равномерным (при правильном проведении реакций) слоем меди, что благоприятно сказывается на температурном режиме охлаждаемого девайса.

Тепло хорошо проводится в рёбрах радиатора (если они были достаточно тонкие, то могли даже полностью стать медными), что обеспечивает (при хорошем продуве) сильную отдачу тепла, что нам и нужно.

Моим способом можно даже «сварить» две металлические детали, плотно прижав их друг к другу при проведении реакции в купоросе.

Недостатки:

Радиатор не полностью медный (как и в радиаторах с медными пятаками)

Может получиться не совсем ровная поверхность радиатора, если реакции проходили бурно (например, в кипящей воде), хотя это исправимо.

ВЫВОД:

Возможно, существенного улучшения ситуации с охлаждением и не произойдёт, но мне кажется, что пара-тройка градусов выигрыша тоже неплохо (искренне надеюсь на то, что этот выигрыш будет больше). Весь материал чисто теоретический и направлен на общее развитие умственных способностей оверклокера. Просто должно быть приятно осознание того, что всё сделано своими руками и продумано не хуже, чем у производителей радиаторов с медными вставками.

Послесловие…

Надеюсь, что интересно было не только мне. Весь материал придуман лично мною, поэтому, если мои идеи каким-либо образом совпадают или пересекаются с чужими, то довожу до общего сведения, что я ни у кого не воровал идеи, а это просто совпадение. Прошу прощения, если я допустил какие-либо ошибки или неточности в тексте.

Желаю успехов оверклокерам в их нелёгком деле!


Мне показалась очень интересной сама идея, поэтому статья опубликована, хотя я далёк от уверенности, что всё задуманное можно воплотить в жизнь. Автор не зря несколько раз подчёркивал, что материал чисто теоретический и прежде чем «варить» свой алюминиевый радиатор, нужно потренироваться на алюминиевых кусочках. Я бы даже посоветовал предварительно хорошенько разобрать статью с теоретической точки зрения, прежде чем переходить к практическим экспериментам. Самое первое предположение, которое приходит в голову, что радиатор покроется тончайшим слоем меди, если замещение всё же пойдёт, после чего реакция прекратится. Впрочем, полагаю, что хорошо разбирающиеся в химии читатели найдут ещё множество причин, по которым подобное превращение алюминиевого радиатора в медный невозможно. Предлагаю обсудить статью в конференции.

Doors4ever

overclockers.ru

Медь — Википедия

Медь
← Никель | Цинк →
пластичный металл красно-розового цвета

Самородная медь

Название, символ, номер Медь/Cuprum (Cu), 29
Атомная масса
(молярная масса)
63,546(3)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d10 4s1
Радиус атома 128 пм
Ковалентный радиус 117 пм
Радиус иона (+2e) 73 (+1e) 77 (K=6) пм
Электроотрицательность 1,90 (шкала Полинга)
Электродный потенциал +0,337 В/ +0,521 В
Степени окисления 3, 2, 1, 0
Энергия ионизации
(первый электрон)
 745,0 (7,72) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.) 8,92 г/см³
Температура плавления 1356,55 K (1 083,4 °С)
Температура кипения 2 567 °С
Уд. теплота плавления 13,01 кДж/моль
Уд. теплота испарения 304,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,44[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 7,1 см³/моль
Структура решётки кубическая гранецентрированая
Параметры решётки 3,615 Å
Температура Дебая 315 K
Теплопроводность (300 K) 401 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-50-8

Медь (Cu от лат. Cuprum) — элемент одиннадцатой группы четвёртого периода (побочной подгруппы первой группы) периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Простое вещество медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). C давних пор широко используется человеком.

Медь — один из первых металлов, хорошо освоенных человеком из-за доступности для получения из руды и малой температуры плавления. Этот металл встречается в природе в самородном виде чаще, чем золото, серебро и железо. Одни из самых древних изделий из меди, а также шлак — свидетельство выплавки её из руд — найдены на территории Турции, при раскопках поселения Чатал-Гююк[3]. Медный век, когда значительное распространение получили медные предметы, следует во всемирной истории за каменным веком. Экспериментальные исследования С. А. Семёнова с сотрудниками показали, что, несмотря на мягкость меди, медные орудия труда по сравнению с каменными дают значительный выигрыш в скорости рубки, строгания, сверления и распилки древесины, а на обработку кости затрачивается примерно такое же время, как для каменных орудий[4].

В древности медь применялась также в виде сплава с оловом — бронзы — для изготовления оружия и т. п., бронзовый век пришёл на смену медному. Сплав меди с оловом (бронзу) получили впервые за 3000 лет до н. э. на Ближнем Востоке. Бронза привлекала людей прочностью и хорошей ковкостью, что делало её пригодной для изготовления орудий труда и охоты, посуды, украшений. Все эти предметы находят в археологических раскопах. На смену бронзовому веку относительно орудий труда пришёл железный век.

Первоначально медь добывали из малахитовой руды, а не из сульфидной, так как она не требует предварительного обжига. Для этого смесь руды и угля помещали в глиняный сосуд, сосуд ставили в небольшую яму, а смесь поджигали. Выделяющийся угарный газ восстанавливал малахит до свободной меди:

2CO+(CuOH)2CO3→2Cu+3CO2+h3O{\displaystyle {\mathsf {2CO+(CuOH)_{2}CO_{3}\rightarrow 2Cu+3CO_{2}+H_{2}O}}}

На Кипре уже в 3 тысячелетии до нашей эры существовали медные рудники и производилась выплавка меди.

На территории России и сопредельных стран медные рудники появились за два тысячелетия до н. э. Остатки их находят на Урале (наиболее известное месторождение — Каргалы), в Закавказье, в Сибири, на Алтае, на территории Украины.

В XIII—XIV вв. освоили промышленную выплавку меди. В Москве в XV в. был основан Пушечный двор, где отливали из бронзы орудия разных калибров. Много меди шло на изготовление колоколов. Из бронзы были отлиты такие произведения литейного искусства, как Царь-пушка (1586 г.), Царь-колокол (1735 г.), Медный всадник (1782 г.), в Японии была отлита статуя Большого Будды (храм Тодай-дзи) (752 г.).

С открытием электричества в XVIII—XIX вв. большие объёмы меди стали идти на производство проводов и других связанных с ним изделий. И хотя в XX в. провода часто стали делать из алюминия, медь не потеряла значения в электротехнике[5].

Латинское название меди Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где было богатое месторождение.

У Страбона медь именуется халкосом, от названия города Халкиды на Эвбее. От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных и бронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья. Второе латинское название меди Aes (санскр. ayas, готское aiz, герм. erz, англ. ore) означает руда или рудник.

Слова медь и медный встречаются в древнейших русских литературных памятниках. Славянское *mědь «медь» не имеет чёткой этимологии, возможно, исконное слово[6][7]. В. И. Абаев предполагал происхождение слова от названия страны Мидия: *Мѣдь из ир. Мādа- через посредство греч. Μηδία[8]. Согласно этимологии М. Фасмера, слово «медь» родственно др-герм. smid «кузнец», smîdа «металл»[8].

Медь обозначалась алхимическим символом «♀» — «зеркало Венеры», и иногда сама медь именовалась алхимиками тоже как «венера». Это связано с тем, что богиня красоты Венера (Афродита), являлась богиней Кипра[9], и из меди делались зеркала. Этот символ Венеры также был изображён на брэнде Полевского медеплавильного завода, им с 1735 по 1759 годы клеймилась полевская медь, и изображён на современном гербе города Полевской[9][10]. С Гумёшевским рудником Полевского, — крупнейшим в XVIII—XIX веках месторождением медных руд Российской империи на Среднем Урале, — связан известный персонаж сказов П. П. Бажова — Хозяйка медной горы, покровительница добычи малахита и меди. По одной из гипотез, она является преломлённым народным сознанием образом богини Венеры[9].

Самородная медь

Среднее содержание меди в земной коре (кларк) — (4,7-5,5)·10−3% (по массе)[2]. В морской и речной воде содержание меди гораздо меньше: 3·10−7 % и 10−7 % (по массе) соответственно[2].

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит Cu2CO3(OH)2. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн[11]. Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах — медистые песчаники и сланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа — Удокан в Забайкальском крае, Жезказган в Казахстане, меденосный пояс Центральной Африки и Мансфельд в Германии. Другие самые богатые месторождения меди находятся в Чили (Эскондида и Кольяуси) и США (Моренси)[12].

Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %.

Кристаллы меди

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.

Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.

Медь обладает высокой тепло-[13] и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5-58 МСм/м[14]. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры. Медь является диамагнетиком.

Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем и другие.

Атомная плотность меди (N0) = 8,52⋅1028{\displaystyle 8,52\cdot 10^{28}} (атом/м³).

Изотопы меди[править | править код]

Природная медь состоит из двух стабильных изотопов — 63Cu (изотопная распространённость 69,1 %) и 65Cu (30,9 %). Известны более двух десятков нестабильных изотопов, самый долгоживущий из которых 67Cu с периодом полураспада 62 часа[15].

Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз.

Пирометаллургический метод[править | править код]

  • Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS2. Халькопиритное сырьё содержит 0,5-2,0 % Cu. После флотационного обогащения исходной руды концентрат подвергают окислительному обжигу при температуре 1400 °C :
2CuFeS2+O2⟶Cu2S+2FeS+SO2↑{\displaystyle {\mathsf {2CuFeS_{2}+O_{2}\longrightarrow Cu_{2}S+2FeS+SO_{2}\uparrow }}}
2FeS+3O2⟶2FeO+2SO2↑{\displaystyle {\mathsf {2FeS+3O_{2}\longrightarrow 2FeO+2SO_{2}\uparrow }}}

Затем обожжённый концентрат подвергают плавке на штейн. В расплав для связывания оксида железа добавляют кремнезём:

FeO+SiO2⟶FeSiO3{\displaystyle {\mathsf {FeO+SiO_{2}\longrightarrow FeSiO_{3}}}}

Образующийся силикат в виде шлака всплывает, и его отделяют. Оставшийся на дне штейн — сплав сульфидов FeS и Cu2S — подвергают бессемеровской плавке. Для этого расплавленный штейн переливают в конвертер, в который продувают кислород. При этом оставшийся сульфид железа окисляется до оксида и с помощью кремнезёма выводится из процесса в виде силиката. Сульфид меди частично окисляется до оксида и затем восстанавливается до металлической (черновой) меди:

2Cu2S+3O2⟶2Cu2O+2SO2{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}S+3O_{2}\longrightarrow 2Cu_{2}O+2SO_{2}}}}
2Cu2O+Cu2S⟶6Cu+SO2{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}O+Cu_{2}S\longrightarrow 6Cu+SO_{2}}}}

Получаемая металлическая (черновая) медь содержит 90,95 % металла и подвергается дальнейшей электролитической очистке с использованием в качестве электролита подкислённого раствора медного купороса. Образующаяся на катоде электролитическая медь имеет высокую чистоту до 99,99 % и используется для изготовления проводов, электротехнического оборудования, а также сплавов.

CuO+h3↑⟶Cu+h3O+Q↑{\displaystyle {\mathsf {CuO+H_{2}\uparrow \longrightarrow Cu+H_{2}O+Q\uparrow }}}

Гидрометаллургический метод[править | править код]

Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в растворе аммиака; из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом:

CuSO4+Fe⟶Cu↓+FeSO4{\displaystyle {\mathsf {CuSO_{4}+Fe\longrightarrow Cu\downarrow +FeSO_{4}}}}

Электролизный метод[править | править код]

Электролиз раствора сульфата меди:

CuSO4⇄Cu2++SO42−{\displaystyle {\mathsf {CuSO_{4}\rightleftarrows Cu^{2+}+SO_{4}^{2-}}}}
K−:Cu2++2e⟶Cu0{\displaystyle {\mathsf {K^{-}:Cu^{2+}+2e\longrightarrow Cu^{0}}}}
A+:2h3O−4e⟶O2+4H+{\displaystyle {\mathsf {A^{+}:2H_{2}O-4e\longrightarrow O_{2}+4H^{+}}}}
2CuSO4+2h3O⟶2Cu↓+O2↑+2h3SO4{\displaystyle {\mathsf {2CuSO_{4}+2H_{2}O\longrightarrow 2Cu\downarrow +O_{2}\uparrow +2H_{2}SO_{4}}}}

Возможные степени окисления[править | править код]

В соединениях медь проявляет две степени окисления: +1 и +2. Первая из них склонна к диспропорционированию и устойчива только в нерастворимых соединениях (Cu2O, CuCl, CuI и т. п.) или комплексах (например, [Cu(NH3)2]+). Её соединения бесцветны. Более устойчива степень окисления +2, которая даёт соли синего и сине-зелёного цвета. В необычных условиях и комплексах можно получить соединения со степенью окисления +3, +4 и даже +5. Последняя встречается в солях купраборанового аниона Cu(B11H11)23−, полученных в 1994 году.

Простое вещество[править | править код]

Не изменяется на воздухе в отсутствие влаги и диоксида углерода. Является слабым восстановителем, не вступает в реакцию с водой и разбавленной соляной кислотой. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, «царской водкой», кислородом, галогенами, халькогенами, оксидами неметаллов. Вступает в реакцию при нагревании с галогеноводородами.

На влажном воздухе медь окисляется, образуя основный карбонат меди(II) (внешний слой патины):

2Cu+h3O+CO2+O2⟶ (CuOH)2CO3↓{\displaystyle {\mathsf {2Cu+H_{2}O+CO_{2}+O_{2}\longrightarrow \ (CuOH)_{2}CO_{3}\downarrow }}}

Реагирует с концентрированной холодной серной кислотой:

Cu+h3SO4⟶ CuO+SO2↑ +h3O{\displaystyle {\mathsf {Cu+H_{2}SO_{4}\longrightarrow \ CuO+SO_{2}\uparrow \ +H_{2}O}}}

С концентрированной горячей серной кислотой:

Cu+2h3SO4⟶ CuSO4+SO2↑ +2h3O{\displaystyle {\mathsf {Cu+2H_{2}SO_{4}\longrightarrow \ CuSO_{4}+SO_{2}\uparrow \ +2H_{2}O}}}

С безводной горячей серной кислотой:

2Cu+2h3SO4 →200oC Cu2SO4↓+SO2↑ +2h3O{\displaystyle {\mathsf {2Cu+2H_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow {200^{o}C}}\ Cu_{2}SO_{4}\downarrow +SO_{2}\uparrow \ +2H_{2}O}}}

C разбавленной серной кислотой при нагревании в присутствии кислорода воздуха:

2Cu+2h3SO4+O2→t∘ 2CuSO4+2h3O{\displaystyle {\mathsf {2Cu+2H_{2}SO_{4}+O_{2}{\xrightarrow {t^{\circ }}}\ 2CuSO_{4}+2H_{2}O}}}

ru.wikipedia.org

Разное

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о