§ 12. Алюминий и магний

Алюминий. Этот металл был впервые открыт Велером в 1827 г. В промышленность он вошел с 1845 г. Алюминий - самый распространенный металл в природе, он составляет 7,45% всей земной коры. В количественном отношении он уступает только кислороду (49,5%) и кремнию (25,7%). Однако алюминий до сих пор не найден в чистом (самородном) состоянии. Он входит в состав глины, полевых шпатов, слюды и многих других минералов. Он добывается из боксита - руды, представляющей собой глину, содержащую до 40-70% окиси алюминия.

В настоящее время алюминий получается путем электролиза в специальных ваннах, где процесс протекает при высоких температурах (до 950°С); при этом алюминий получается в жидком, расплавленном состоянии. Еще недавно алюминий ценился очень высоко. Было время, когда его применяли в ювелирном деле как очень дорогой и редкий металл; кольцо, например, сделанное из алюминия ценилось дороже золотого.

Алюминий - металл серебристо-белого цвета; он мягкий, пластичный, хорошо тянется и прокатывается в холодном состоянии. Его плотность 2,7 (т. е. он в три раза легче меди и в четыре раза легче серебра). На воздухе алюминий покрывается оксидной пленкой, предохраняющей металл от дальнейшего окисления (коррозии). Благодаря постоянно присутствующей оксидной пленке алюминий трудно поддается пайке и сварке, так как температура плавления окиси алюминия намного выше температуры плавления самого алюминия (температура ее плавления около 2050°С). Температура плавления алюминия 660°С, он кипит при 1650°С. Алюминий легко растворяется в едких щелочах. Серная и азотная кислоты его медленно разъедают; в соляной кислоте он бурно растворяется; механической обработке (резанию) поддается хорошо; хорошо тянется в проволоку и прокатывается в листы. Особенно тонкие листы (фольгу) можно получить прокаткой при температуре 430°С.

Чистый алюминий не обладает достаточными литейными свойствами, однако его сплавы, например силумин, имеют очень хорошие литейные свойства. Он жидкотекуч и его усадка не превышает 1,75%. Технический алюминий (различной степени чистоты от 96,5 до 99,7%) выпускается в виде листов, труб, фольги, проволоки, прутков, а также уголка, таврика и полосы.

Прочность чистого алюминия сравнительно невелика, но при легировании его различными добавками прочность может быть значительно повышена. Основными компонентами в сплавах, резко изменяющими свойства алюминия, являются кремний, медь, магний, цинк, а также железо, никель, марганец и хром, которые добавляются для повышения их прочности.

В настоящее время производится много различных алюминиевых сплавов. Они делятся на две группы:

1. деформируемые сплавы для обработки их механическими способами;
2. литейные сплавы, предназначенные для литья.

Художественные изделия из алюминиевых сплавов, как литейных, так и деформируемых, хорошо полируются до зеркального блеска, напоминающего никелированные поверхности. Они достаточно устойчивы и декоративны в полированном состоянии. Чистый алюминий устойчив против коррозии, а все виды сплавов менее устойчивы.

В настоящее время алюминий и его сплавы получают все большее применение в самых различных отраслях производства художественных изделий из металла. Его используют наряду с чугуном для крупных литых архитектурных деталей и скульптур, для различных предметов убранства интерьеров, которые теперь заменяют бронзовые украшения. Кроме того, алюминий применяется в ювелирном производстве, где он стал заменять серебро и золото.

На рис. 11 изображена алюминиевая литая медаль "Москва".

Рис. 11. Медаль 'Москва', литье из вторичного алюминия. Автор Рябов, 1977 г. МВХПУ

Магний. Этот металл по своему внешнему виду очень похож на алюминий. Магний -самый легкий металл, имеющий промышленное значение. Его плотность 1,74; температура плавления 650°С. По своим свойствам он значительно отличается от алюминия: он менее пластичен, его окисная пленка менее прочна, пориста и он легко корродирует. Магний устойчив к едким щелочам, но растворяется в кислотах. Он весьма распространен в природе - около 2,25% всей земной коры. Сырьевое значение в металлургии магния имеют углекислые (магнезит) и хлористые (бишофит) соединения магния.

В качестве сырья для получения магния используются также отходы, остающиеся при выварке поваренной соли. Впервые магний как химическое вещество был получен в 1808 г. (а металлический магний - в 1830 г.), т. е. до открытия алюминия. Магний обладает большой активностью к кислороду - он легко самовозгорается и горит с ярким белым свечением.

Магний в чистом виде применяется только в пиротехнике и при фотографировании для получения световых эффектов; Как конструкционный материал он применения не имеет из-за своих низких механических свойств. В основном магний идет для приготовления легких сплавов. Магниевые сплавы, подобно алюминиевым, разделяются на литейные и деформируемые.

Литейные сплавы состоят из магния, алюминия и марганца, иногда к ним добавляется цинк. В последнее время применяются также добавки меди и кадмия. При нагревании свыше 700°С магний легко окисляется и воспламеняется, поэтому при изготовлении сплавов применяются флюсы, защищающие раскаленные сплавы от соприкосновения с воздухом. Состав флюсов сложен - это хлористые и фтористые соли щелочных и щелочноземельных металлов в различных соотношениях.

Деформируемые сплавы - сплавы, обрабатываемые механическими способами, по химическому составу незначительно отличаются от литейных. Они обычно имеют те же добавки, но в меньших количествах. Эти сплавы применяются для штамповки, прессования и прокатки. Они обрабатываются в нагретом до 300-400°С состоянии. Сплавы способны закаливаться с охлаждением на воздухе.

В области художественной промышленности магниевые сплавы только начинают применяться для изготовления промышленных изделий, предназначенных для интерьера. Следует отметить, что отливки из магниевых сплавов очень хорошо меднятся и латунируются гальваническим способом и после соответствующей отделки они весьма декоративны. Особым достоинством магниевых сплавов для художественных изделий является их малый вес - они почти в четыре раза легче бронзы, что очень существенно при изготовлении крупных изделий.