Сплав меди с алюминием: 2.2. Сплавы на основе меди и алюминия. Классификация, обозначение,

Содержание

2.2. Сплавы на основе меди и алюминия. Классификация, обозначение,

достоинства и недостатки. Применение сплавов как конструкционных материалов в механических устройствах (упругие элементы, опоры).

Цветные металлы (медь, алюминий, титан, магний) и их сплавы широко применяются в виде прутков, листов и лент для изготовления деталей механизмов. Но их применение должно быть обосновано, так как стоимость деталей из цветных металлов и сплавов значительно выше, чем из стали и пластмасс.

Медь в чистом виде характеризуется высокой электро- и теплопроводностью, хорошей обрабатываемостью давлением, небольшой прочностью и применяется для изготовления токопроводящих деталей. Более широкое применение получили медные сплавы: латунь и бронза. В латунях основным легирующим элементом является цинк, в бронзах – иные элементы.

Легирующие элементы

в марках медных сплавов обозначают

следующими буквами: А – алюминий, Н – никель, О – олово, Ц – цинк, С – свинец, Ж – железо, Мц – марганец, К – кремний, Ф – фосфор, Т – титан.

Латуни делят на

  • двойные содержание цинка может доходить до 50%. Марки таких латуней обозначают буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах, например Л59. Для улучшения механических, технологических и коррозийных свойств в латуни вводят кроме цинка в небольших количествах различные легирующие элементы (алюминий, кремний, марганец, олово, железо, свинец).

  • В марках многокомпонентных латуней первые цифры указывают среднее содержание меди, а последующие – легирующих элементов. Например, латунь ЛКС80-3-3 содержит 80% меди, по 3% кремния и свинца, а остальное – цинк.

Марки бронз и медно-никелевых сплавов начинаются соответственно с букв Бр и М, а следующие буквы и цифры указывают на наличие легирующих элементов и соответственно их содержание в процентах. Например, бронза БрОЦС 5-5-5 содержит олова, цинка и свинца по 5% или медно-никелевый сплав мельхиор МН19 содержит 19% никеля. Бронзы называют по основным легирующим элементам: оловянистые, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые и т.д. Широко используются оловянистые бронзы, они характеризуются высокой стойкостью против истирания, низким коэффициентом трения скольжения. Все медные сплавы отличаются хорошей стойкостью против атмосферной коррозии.

Латуни и бронзы используют в качестве конструкционных материалов. В частности, латунь Л63, отличающуюся высокой пластичностью, используют для изготовления токопроводящих и конструктивных деталей типа наконечники, втулки, шайбы, а латунь ЛК80-3Л – для изготовления литых деталей. Безоловянистые бронзы БрАЖ9-4, БрАМц9-2 обладают высокими механическими и антифрикционными свойствами, хорошо обрабатываются, поэтому используются при изготовлении небольших зубчатых и червячных колес, втулок подшипников скольжения, ходовых гаек в винтовых механизмах. Наилучшие антифрикционные свойства имеют оловянистые бронзы.

Особое место занимает при изготовлении упругих элементов из-за высокой прочности и упругости бериллиевая бронза марки БрБ2. Она немагнитна, стойка к морозу, действию пресной и соленой воды, хорошо сваривается и обрабатывается резанием. Применяют ее для изготовления ответственных деталей типа токоведущих пружинящих контактов, пружин, мембран.

Прочность медных сплавов, особенно латуней, ниже, чем сталей, а коррозионная стойкость много больше. Все латуни и большинство бронз, за исключением алюминиевых, хорошо паяются.

Чистый алюминий применяется редко, так как имеет низкую прочность. Чаще при изготовлении деталей применяют сплавы на основе алюминия. Они обладают малой плотностью, высокой электро- и теплопроводностью, коррозийной стойкостью и удельной прочностью. Алюминиевые сплавы в зависимости от технологических свойств делят на:

  • Деформируемые – Наибольшее распространение из деформируемых сплавов получили термически упрочняемые с помощью закалки и старения алюминиево-медно-магниевые и алюминиево-магниевые сплавы. Первые называют дуралюминами (марки Д1, Д16), из вторых наиболее часто применяется сплав марки АМг6. Они обладают высокими механическими свойствами, выпускаются в виде прутков, листов, труб, фасонных профилей. Их применяют для средненагруженных деталей типа стоек, крышек, втулок и т.д. К деформируемым относится высокопрочный алюминиево-магниево-цинковый сплав В95, который применяют для деталей с повышенными статическими нагрузками (валы, зубчатые колеса). Деформируемыми являются так называемые спеченные алюминиевые сплавы, отличающиеся очень высокими прочностными свойствами (модуль упругости, пределы прочности σut и текучести σу). Они бывают двух видов: САП (спеченная алюминиевая пудра) и САС (спеченный алюминиевый сплав). САП упрочняется дисперсными частицами окиси алюминия Al2O3, образуемой в процессе помола алюминиевой пудры в атмосфере азота с регулируемой подачей кислорода. Пудру брикетируют, спекают и подвергают деформации – прессованию, прокатке, ковке. В зависимости от одержания Al2O3 (прочность сплава возрастает при увеличении окиси алюминия до 20 – 22%) различают 4 марки САП (САП-1, САП-2, САП-3 и САП-4). Сплавы САС содержат до 25% кремния и 5% железа. Их получают распылением жидкого сплава, брикетированием полученных гранул и последующей деформацией. Спеченные алюминиевые сплавы применяют для изготовления высоконагруженных деталей и различных профилей.

  • Из литейных

    алюминиевых сплавов наибольше распространение получили сплавы алюминия с кремнием – силумины. Они обладают хорошими литейными и средними механическими свойствами. Силумины марок АЛ-2, АЛ-4, АЛ-9 применяют для изготовления литьем корпусов, крышек, кронштейнов и других сложных средненагруженных деталей. Алюминий и его сплавы трудно паяются.

2.3. Неметаллические материалы. Виды, свойства, применение термопластов и термореактивных пластмасс. Достоинства и недостатки пластмасс. Применение резины, бумаги, композиционных (зубчатые ремни) материалов.

Из неметаллических материалов широко используют пластмассы.

Пластмассами называют материалы, получаемые на основе природных или синтетических смол (полимеров), которые при определенных температуре и давлении приобретают пластичность, а затем затвердевают, сохраняя форму при эксплуатации. Кроме связующего вещества (полимера) в состав пластмасс входят наполнители, пластификаторы, отвердители, красители.

Полимером служат различные смолы, которые в период формирования

деталей находятся в вязкотекучем (жидком) или высокоэластичном

состоянии, а при эксплуатации – в стеклообразном или кристаллическом

состоянии.

Наполнители вводят в смолы для повышения механической прочности,

теплостойкости, уменьшения усадки и снижения стоимости пластмассы.

Наполнители могут быть в газовой (пенопласты) и твердой фазе, иметь

органическое (древесная мука, хлопковые очесы, целлюлоза, бумага, хлопчатобумажная ткань) и неорганическое (графитная, асбестовая и

кварцевая мука; углеродное и стекловолокно; стеклоткань) происхождение.

Механическая прочность пластмасс существенно зависит от наполнителя.

Пластмассы с порошкообразными, коротковолокнистыми, длиной 2 … 4 мм,

наполнителями по прочности приближаются к дуралюмину и некоторым

сортам стали. Для деталей, работающих в узлах трения, широко применяют теплопроводящие наполнители, например графит. Пластификаторы увеличивают текучесть, эластичность и уменьшают

хрупкость пластмасс. Отвердители ускоряют процесс затвердевания

пластмасс, красители придают пластмассам нужный цвет.

По поведению при нагреве полимеров пластмассы делят на:

  • Термопласты (полиэтилен, фторопласт, полистирол, полиамиды и др.) имеют свойства обратимости: при повторных нагреваниях они переходят в пластическое или вязкотекучее состояние и им можно придать необходимую форму, а затем они вновь затвердевают при охлаждении. Переход термопластов из одного физического состояния в другое может осуществляться неоднократно без изменения химического состава. Термопласты легко формуются и надежно свариваются в изделия сложных форм, устойчивы к ударным и вибрационным нагрузкам, обладают хорошими антифрикционными свойствами. Свойства термопластов сильно зависят от температуры.

  • Термореактивные пластмассы не переходят в пластическое состояние при повторном нагревании. Они имеют более высокие, чем термопласты, показатели по твердости, модулю упругости, теплостойкости, опротивлению усталостной прочности. Их свойства не так резко зависят от температуры. В зависимости от наполнителя различают монолитные (карболит), слоистые текстолит, гетинакс) и композиционные пластмассы, где наполнителем используются волокна. В термореактивных пластмассах связующими являются эпоксидные, кремнийорганические и другие смолы.

Пластмассы являются хорошими электроизоляционными материалами. Для них характерна высокая химическая и коррозионная стойкость, малая плотность и теплостойкость. Они отличаются достаточной прочностью и упругостью. Детали, изготовленные из пластмасс, имеют блестящую гладкую поверхность разных цветов. Пластмассы значительно хуже, чем металлы, сопротивляются переменным нагрузкам; они подвержены тепловому, световому и атмосферному старению – процессу самопроизвольного необратимого изменения свойств; многие из пластмасс гигроскопичны. Большим достоинством пластмасс является их высокая технологичность, обеспечивающая значительное сокращение производственного цикла. Изготовление металлических деталей осуществляется за десятки операций механической обработки, а пластмассовых – часто за одну технологическую операцию по формообразованию (прессование, выдавливание, литье под давлением и др.). Поэтому трудоемкость изготовления пластмассовых деталей уменьшается в 5 … 6 раз и более, а себестоимость продукции снижается в 2 … 3 раза, при этом получают очень высокий коэффициент использования материала, равный 0,9 … 0,95. Это приводит к значительному снижению материалоемкости и из-за малой плотности пластмасс (1,2 … 1,9 Мг/м3), к уменьшению массы конструкции в 4 … 5 раз.

Из пластмасс изготавливают зубчатые и червячные колеса, шкивы, подшипники, ролики, корпуса, зубчатые ремни, ручки управления и другие детали. Производство пластмасс развивается интенсивнее, чем таких традиционных материалов, как металлы. Это объясняется удешевлением изготовления, улучшением ряда основных параметров механизмов: уменьшением веса и инерционности звеньев, потерь на трение, повышением быстродействия.

Медь и алюминий в электротехнике

Без проводников — никуда

Медь (лат. Cuprum) — один из семи металлов, известных с глубокой древности. Значительные запасы медных руд находятся в США, Чили, России (Урал), Казахстане (Джезказган), Канаде, Замбии и Заире.

Медь входит в состав более 150 минералов, промышленное применение нашли 17 из них, в том числе: борнит (Cu5FeS4), халькопирит (медный колчедан — CuFeS2), халькозин (медный блеск — Cu2S), ковеллин (CuS), малахит (Cu2(OH)2[CO3]). Переработка сульфидных руд дает около 80% от всей добываемой меди.

В природе Встречается и самородная медь.

Чистая медь — ковкий и мягкий металл в изломе розоватого цвета, достаточно тяжелый, отличный проводник тепла и электричества, легко подвергается обработке давлением. Именно эти качества позволяют применять изделия из меди в электротехнике — в настоящее время более 70% всей производимой меди идет на выпуск электротехнических изделия. Для изделий с максимальной электропроводностью, используют так называемую «безкислородную» медь. В иных случаях годна и технически чистая медь, содержащая 0,02-0,04% кислорода.

Основные характеристики меди: удельный вес — 8,93 г/cм3, температура плавления — 1083°С, удельное электрическое сопротивление меди при 20°С 0,0167 Ом*мм2/м. Чистая медь обладает высокой электрической проводимостью (на втором месте после серебра). Именно это качество меди используют в промышленности для изготовления электротехнических шин из меди.

Медные шины изготавливаются по ГОСТ 434-78. Состояния в котором поставляются медные шины потребителю: не отожженная (маркировка — Т-твердое), отожженным (М-мягкое) и ТВ-твердые шины, изготовленные из бескислородной меди.

В деформированном состоянии прочность меди выше, чем у отожженного металла, а значения электропроводности понижены.

Сплавы, повышающие прочность и улучшающие другие свойства меди, получают введением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель. На сплавы идет более 30% меди.

Латуни — сплавы меди с цинком (меди от 60 до 90% и цинка от 40 до 10%) — прочнее меди и менее подвержены окислению. При присадке к латуни кремния и свинца повышаются ее антифрикционные качества, при присадке олова, алюминия, марганца и никеля возрастает антикоррозийная стойкость. Листы, литые изделия используются в машиностроении, особенно в химическом, в оптике и приборостроении, в производстве сеток для целлюлознобумажной промышленности.

Бронзы. Раньше бронзами называли сплавы меди (80-94%) и олова (20-6%). В настоящее время производят безоловянные бронзы, именуемые по главному вслед за медью компоненту.

Алюминиевые бронзы содержат 5-11% алюминия, обладают высокими механическими свойствами в сочетании с антикоррозийной стойкостью.

Свинцовые бронзы, содержащие 25-33% свинца, используют главным образом для изготовления подшипников, работающих при высоких давлениях и больших скоростях скольжения.

Кремниевые бронзы, содержащие 4-5% кремния, применяют как дешевые заменители оловянных бронз.

Бериллиевые бронзы, содержащие 1,8-2,3% бериллия, отличаются твердостью после закалки и высокой упругостью. Их применяют для изготовления пружин и пружинящих изделий.

Кадмиевые бронзы — сплавы меди с небольшим количества кадмия (до1%) — используют при производстве троллейных проводов, для изготовления арматуры водопроводных и газовых линий и в машиностроении.

Припои — сплавы цветных металлов, применяемые при пайке для получения монолитного паяного шва. Среди твердых припоев известен медносеребряный сплав (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; остальное — цинк).

В России медные шины изготавливают нескольких заводов: Каменск-Уральский ОЦМ, Кольчугинский ОЦМ, Кировский ОЦМ.

Мировое производство меди в 2007 году выросло на 2,5% по сравнению с 2006 г. и составило 17,76 млн. тонн. Потребление меди в 2007 году выросло на 4%, при этом медное потребление Китая взлетело на 25% за год, в то время как медное потребление в США резко упало на 20%.

Алюминий и его сплавы

Алюминий и ряд сплавов на его основе находят применение в электротехнике, благодаря хорошей электропроводности, коррозионной стойкости, небольшому удельному весу, и, что немаловажно, меньшей стоимостью, по сравнению с медью и ее проводниковыми сплавами.

В зависимости от величины удельного электросопротивления, алюминиевые сплавы подразделяют на проводниковые и сплавы с повышенным электрическим сопротивлением.

Удельная электрическая проводимость электротехнического алюминия марок А7Е и А5Е составляет порядка 60% от проводимости отожженной меди по международному стандарту. Технический алюминий АД0 и электротехнический А5Е используют для изготовления проводов, кабелей и шин. Применение в электротехнической промышленности получили низколегированные сплавы алюминия системы Al-Mg-Si АД31, АД31Е.

В земной коре содержится 8,8% алюминия. Это третий по распространенности в природе элемент после кислорода и кремния и первый — среди металлов. Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюд. Известно несколько сотен минералов Al (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и другие). Важнейший минерал алюминия — боксит содержит 28-60% глинозема — оксида алюминия Al2O3.

В чистом виде алюминий впервые был получен датским физиком Х. Эрстедом в 1825 году, хотя и является самым распространенным металлом в природе.

Производство алюминия осуществляется электролизом глинозема Al2O3 в расплаве криолита NaAlF4 при температуре 950°C.

Основные характеристики алюминия: плотность — 2,7×103 кг/м3, удельная теплоемкость алюминия при 20°C — 0,21 кал/град, температура плавления — 658,7°C, температура кипения алюминия — 2000°C, коэффициент линейного расширения алюминия (при температуре около 20°C) : — 22,9 × 106(1/град)

Сплавы алюминия, повышающие его прочность и улучшающие другие свойства, получают введением в него легирующих добавок, таких, как медь, кремний, магний, цинк, марганец.

Дуралюмин (дюраль, дюралюминий, от названия немецкого города, где было начато промышленное производство сплава) — плав алюминия (основа) с медью (Cu: 2,2-5,2%), магнием (Mg: 0,2-2,7%) марганцем(Mn: 0,2-1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируется алюминием. Является конструкционным материалом дла авиационного и транспортного машиностроения.

Силумин — легкие литейные сплавы алюминия (основа) с кремнием (Si: 4-13%), иногда до 23% и некоторыми другими элементами: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Из него изготавливают детали сложной конфигурации, главным образом в авто- и авиастроении.

Магналии — сплавы алюминия (основа) с магнием (Mg: 1-13%) и другими элементами, обладающие высокой коррозийной стойкостью, хорошей свариаемостью, высокой пластичностью. Из них изготавливают фасонные отливки (литейные магналии), листы, проволоку, заклепки и т. д. (деформируемые магналии).

По широте применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.

Несколько интересных фактов про алюминий:

  • в теле взрослого человека присутствует до 140 мг алюминия,

  • 1 кг алюминия в автомобиле экономит более 10 л бензина на каждые 200 тысяч километров,

  • алюминий содержится даже в яблоках — до 150 мг/кг,

  • каждый 20-й из атомов, слагающих верхнюю оболочку нашей планеты — это атом алюминия,

  • суточная потребность взрослого человека в алюминии оценивается в 2,45 мг.

При более низкой удельной проводимости (около 56% от отожженной меди), алюминиевые проводниковые сплавы имеют то же назначение, что и электротехнический алюминий. Такие сплавы используют для обеспечения требований высокой прочности, ползучести и др. специальных требований. Алюминиевые шины изготавливают по ГОСТ 15176-89 из сплавов АД31 и АД31Т, реже АД0.

Мировое потребление первичного алюминия в 2007 г. составило 37,52 млн. тонн, что на 3,184 млн. тонн (или на 9,3%) больше, чем в 2006 г. Мировое производство первичного алюминия выросло в 2007 г. на 4,024 млн. тонн по сравнению с 2006 г. и достигло 38,02 млн. тонн.

Производители медной продукции

Крупнейший производитель меди на российском рынке — ГМК «Норильский никель»

Второй по величине производитель меди в нашей стране — холдинг УГМК.

Третий крупный игрок российского рынка — «Русская медная компания». В состав ЗАО «Русская медная компания» входят 11 предприятий, действующих в четырех областях России, а также на территории Казахстана

На рынке присутствуют медные шины нескольких заводов: Каменск-Уральского ОЦМ, Кольчугинского ОЦМ, Артемовского ОЦМ, Кировского ОЦМ. Кировский и Кольчугинский ОЦМ входят в состав ОАО «УГМК».

Технологии и цены

Так, как технология изготовления медных шин известна, и на всех заводах практически одинакова, для потребителя на первый план выступает соотношение цена/качество. Отечественные предприятия — лидеры отрасли в настоящее время выпускают качественную продукцию и соревнуются между собой, в основном, по цене. Но, говоря о качестве медных шин, стоит отметить, что примеси даже в очень незначительных количествах существенно снижают электропроводность меди. Поэтому браку здесь не место.

В то же время зарубежными и отечественными предприятиями предлагаются новаторские решения, позволяющие выпускать продукцию с четко заданными параметрами качества. Более того, в особо ответственных моментах изготовление медных шин происходит по собственным, иногда оригинальным, решениям.

Например, ОАО «КУЗОЦМ» выпускает коллекторные полосы из сплава меди с серебром. Такой сплав превосходит медь по эксплуатационным характеристикам, а в отличие от сплава меди с кадмием является экологически чистым. Завод производит и целый ряд электротехнических профилей ответственного назначения. В частности это — медные прямоугольные электротехнические профили, такие, как полутвердые шины, твердые шины с повышенной чистотой поверхности: шины с полным закруглением малых сторон сечения различной твердости и др.

Шины полутвердые выпускаются для удовлетворения требований ВS1432 британских стандартов по качеству поверхности и получения механических свойств, отвечающих полутвердому состоянию. Шины изготавливаются из прессованной заготовки за два прохода волочения с промежуточным отжигом, а чистовое волочение проводится с пониженной степенью деформации по сравнению с традиционной схемой изготовления твердых шин.

Шины с повышенной чистотой поверхности, предназначенные для последующего электролитического покрытия их серебром, обеспечивающего наибольшую электропроводность в месте контакта, и это диктует особые требования к шероховатости их поверхности (Rz≤0,63 мкм по ГОСТ 2789-73). Требуемый заказчиком показатель шероховатости достигнут на КУЗОЦМ целым рядом технологических приемов — применением повышенных суммарных обжатий при волочении, дополнительной подготовкой поверхности протяжки перед чистовым волочением, соответствующей обработкой канала специальной формы составных и монолитных волок. Указанный выше гарантированный уровень шероховатости (Rz≤0,63 мкм) позволяет обеспечить нанесение покрытий заданной, однородной по поверхности шины толщины. Тем самым удается создать контактные поверхности, обладающие малым переходным сопротивлением и высокой электропроводностью.

Шины с полным закруглением малых сторон сечения, то есть с радиусом закругления, равным половине толщины шины обладают определенными преимуществами по сравнению с традиционными: повышается износостойкость изоляционного покрытия вследствие отсутствия его изгибов в углах профиля, достигается существенная экономия меди, улучшаются показатели распределения токовой нагрузки по сечению шины.

Через несколько месяцев отношения российских производителей электротехнической продукции и их зарубежных конкурентов должны перейти в новую стадию. Это связано со вступлением в ВТО. С одной стороны, вступление в ВТО открывает перед российскими производителями внешний рынокС другой стороны, вступление в ВТО означает обязательное снижение ввозных экспортных пошлин, которые должны уменьшиться за 3-4 года чуть ли не в полтора раза. И главная конкуренция будет в качестве продукции.

Н. Александров.

Алюминевая бронза

Новости

02.04.2018

Алюминиевая бронза — это сплав меди, в котором алюминий — основной легирующий элемент. Содержание алюминия в таких сплавах 5 — 10 %. Изделия из бронз  БрА5БрА7, БрАМЦ9-2, БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4 имеют соломенно-желтый цвет с красноватым оттенком. По сравнению с другими бронзами алюминиевые обладают более высокой твердостью и коррозионной стойкостью. Сплавы БрА5, БрА7, БрАМЦ9-2, БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4 слабо окисляются при высоких температурах.  Алюминиевая бронза активно применяется в:

  • оборудовании, работающем в морских условиях;
  • оборудовании, работающем в коррозионной среде;
  • водоснабжении;
  • нефтяной и химической промышленность;
  • строительстве — изготовление декоративных элементов конструкций.

Также возможно применение бронз при изготовлении деталей двигателей внутреннего сгорания, так как они обладают слабой реакцией на воздействие сернистых соединений, слабо поддаются коррозии в атмосферных условиях.

Химический состав сплавом алюминиевых бронз регламентируется в Российской Федерации ГОСТом 18175-78. Соответствие химического состава сплава международным стандартам предусмотрено в ISO 428.    

Марка сплаваХимический состав сплава,%
по ГОСТ 18175-78по ISO 428Основные элементыПримеси
АлюминийЖелезоНикельМарганецЦинкМышьякМедь
БрА5CuAl54,0-6,5 0,5  max.0,8  max.0,5  max.0,5  max.0,4 max.остальное1,6
БрА7CuAl87,0-9,0 0,5  max.0,8 max.0,5  max.0,5  max. — остальное1,6
CuAl8Fe36,5-8,51,5-3,51,0 max. .0,8 max.0,5  max.остальное 
БрАМц9-2CuAl9Mn28,0-10,0 1,5 max.0,8 max.1,5 — 3,0 0,5  max.—  остальное1,7
БрАЖ9-4CuAl10Fe38,5-11,0 2,0-4,01,0  max.2,0  max.0,5 max.—  остальное1,7
БрАЖМц10-3-1,59-112,0-4,01,2 остальное0,75
БрАЖН10-4-4CuAl10Fe5Ni58,5-11,5 2,0-6,04,0- 6,0 2,0 max.0,5 max.—  остальное0,8

Один из видов цветного металлопроката, который может быть изготовлен из данного вида бронз — прутки бронзовые ГОСТ 1628-78.  Из алюминиевых бронз производят представленные ниже виды  цветного металлопроката.

Марка алюминиевой бронзыОсобенности сплава Виды изготавливаемого металлопроката
полосалентатрубапрутокпроволокапоковка
БрА5стойкость к истиранию, жаропрочность, коррозионная стойкость++++++
БрА7 стойкость к истиранию, жаропрочность, коррозионная стойкость++++++
БрАМц9-2обладает высоким сопротивлением при знакопеременной нагрузке+++++
БрАЖ9-4имеет высокие механические свойства и хорошие антифрикционные свойства+++
БрАЖМц10-3-1,5обладает высокой прочностью при повышенных температурах, отличная коррозионная, кавитационная, эрозионая стойкость++++
БрАЖН10-4-4обладает высокой прочностью при повышенных температурах, отличная коррозионная, кавитационная, эрозионая стойкость+++

 

 

Производственный отдел

Производство в соответствии с требованиями международного стандарта ISO 9001:2008

 

 

Алюминий — Медь « Калужский завод по обработке цветных металлов

ТУ 24.42.24-010-75479902-2017 Ленты из алюминия и алюминиевых сплавов, плакированные медью (АПМ). Технические условия
Описание

Лента марки АПМ, изготавливается из алюминия, с односторонним (АПМ1) или двухсторонним (АПМ2) медным покрытием.

Состав
  • Основа – алюминий А5 с химическим составом по ГОСТ 13726.
  • Покрытие – медь марки М1 с химическим составом по ГОСТ 859.

Толщина плакирующего слоя h составляет от 8 до 12% от номинальной толщины готовой ленты.

Классификация и сортамент
По виду покрытия:
  • одностороннее медное покрытие – АПМ1
  • двухстороннее медное покрытие – АПМ2
По состоянию материала:
  • мягкое (отожженное)
По виду кромок:
  • с обрезной кромкой
Технические характеристики

Сорт

Толщина H, мм

Допуск по толщине, мм

Ширина B, мм

Допуск по ширине, мм

Длина, мм

Внутренний диаметр рулона Øвнутр., мм

Масса рулона, кг

Лента

0,50

(±0,03)

40 – 200

(±0,5)

немерная

400  / 500

40 – 300

1,00

(±0,05)

1,50

(±0,10)

Возможно изготовление других типоразмеров по согласованному допуску.

Механические свойства

Состояние ленты

Временное сопротивление разрыву σB, МПа

Относительное удлинение

δ, %

Отожжённое (М)

≥90

≥8

Применение

Для изготовления заземляющих контактов и других изделий в электротехнической промышленности.

на рынке кабелей обострилась конкуренция — РБК

По словам заместителя технического директора «Холдинга Кабельный Альянс» Андрея Боева, алюминий не выдерживает конкуренции с медью в плане стойкости к токам перегрузки.

«Это очень пластичный металл. Со временем он начинает растекаться, и необходимо постоянно подтягивать контакт, которым токопроводящие жилы скрепляются между собой или с каким-либо устройством. При ослабленном контакте риск возникновения пожара очень велик. Температура плавления у алюминиевого сплава осталась та же, что и у алюминия — меньше 700 °С, то есть испытание огнем алюминиевые жилы не пройдут. Также у алюминия крайне невысокая коррозийная стойкость, и во влажной среде срок его службы значительно уменьшается. И он не прощает ошибок, которые может допустить монтажник», — поясняет Андрей Боев.

Читайте на РБК Pro

Фото: 66.ru

В РУСАЛе парируют, что современная алюминиевая проводка обладает негорючей и нетоксичной изоляцией, которая гарантирует ее безопасность.

«В новых алюминиевых сплавах с изменением кристаллической решетки и добавлением железа и других легирующих элементов была достигнута повышенная гибкость и надежное контактное соединение с оконечными устройствами. Эксплуатационные характеристики провода полностью соответствуют традиционно применяемым аналогам, но имеют ряд существенных преимуществ — они дешевле и легче почти в два раза, а также защищены от контрафакта, т. к. уменьшать диаметр кабеля экономически нецелесообразно. Срок службы кабелей из алюминиевых сплавов составляет 30 лет, такой же, как и у медных», — рассказывает директор РУСАЛа по развитию потребления алюминия в России и странах СНГ Юрий Шивилов.

В Алюминиевой ассоциации делают упор на то, что алюминиевые сплавы перед разрешением к использованию прошли множественные проверки.

«К работе над разработкой новых кабелей с алюминиевыми сплавами были привлечены ведущие НИИ: ВНИИКП, ВНИИ пожарной обороны МЧС России, Росэлектромонтаж, ведущие технические комитеты в данных областях, крупнейшие отечественные производители кабелей. Результаты работ проверялись и контролировались в Аппарате Правительства РФ, Совете Безопасности РФ, Минпромторге, Ростехнадзоре, Росстандарте. Были доказаны преимущества алюминиевых сплавов и их полная безопасность применения в проводке», — заявил председатель Алюминиевой ассоциации Валентин Трищенко.

Между тем участники кабельного рынка опасаются, что решение Минпромторга будет иметь непредвиденные последствия. «Отличить по внешнему виду инновационный сплав от обычного алюминия потребитель не сможет. Поэтому есть большая опасность того, что под видом проводки с алюминиевым сплавом в наших квартирах будут монтировать традиционный алюминиевый кабель», — считает заместитель технического директора «Холдинга Кабельный Альянс» Андрей Боев.

Фото: 66.ru

Перспективы алюминиевого сплава

Алюминиевые кабели, по словам экспертов, при одинаковой проводимости с медными «явно предпочтительнее по цене». Но пока снижения по потреблению меди не зафиксировано.

«Напротив, по нашим оценкам, потребление меди в РФ в 2018 году выросло до 290 тыс. тонн (+5 тыс. тонн к уровню прошлого года)», — рассказывает директор группы корпоративных рейтингов ACRA Максим Худалов.

В дальнейшем, по прогнозам экспертов, продолжится рост потребления меди. Также увеличится потребление алюминия в России — до 1–1,3 млн тонн в 2020–2023 годах, по данным ACRA.

По мнению представителей производства кабелей, сейчас идет активная фаза внедрения продукции с жилами из алюминиевых сплавов на рынок.

«Пик, на мой взгляд, придется на середину — конец 2020 года. В свободной продаже в строительных магазинах они появятся, скорее всего, в 2021 году. Связано это с необходимостью подготовить покупателей», — говорит гендиректор ГК «Москабельмет» Павел Моряков.

Фото: 66.ru

Конкуренция между токопроводящими жилами из разных металлов пойдет на пользу покупателю, так как он сможет выбирать из большей номенклатуры, считает Дмитрий Баранов. Это, в свою очередь, положительно скажется на отрасли. Производители для сохранения своей доли рынка будут разрабатывать новые виды кабельно-проводной продукции: с «лучшей работоспособностью, долговечностью, огнестойкостью, минимальным уровнем вреда».

«Вероятней всего, конкуренция развернется в создании наилучшей изоляции (оплетки). Применение новых материалов может позволить создать новые кабели и провода с увеличенным рабочим ресурсом, причем их стоимость может быть относительно невысокой. Не стоит забывать, что кабельно-проводная продукция применяется не только при новом строительстве, но и при проведении ремонтно-строительных работ, а это значит, что рынок ее сбыта практически неограниченный», — резюмирует Дмитрий Баранов.

Андрей Боев рассказывает, что практически все комплектующие и фурнитура на рынке приспособлены под медные провода. А при замене уже существующего провода на алюминиевый сплав необходимо менять и марку соединителей, и марку розеток.

Кроме того, кабель из алюминиевого сплава при одинаковой с медным кабелем нагрузке имеет увеличенное сечение. Соответственно, его диаметр больше. «Как это будет соотноситься с размерами уже спроектированных и построенных шахт и стояков в жилых домах, пока непонятно», — комментирует эксперт.

В мире алюминиевые сплавы в проводке жилых зданий применяются уже десятки лет, говорит Валентин Трищенко. Он поясняет, что в США, Европе и Китае доля проводки из алюминиевых сплавов на рынке составляет порядка 30%.

«Опыт Соединенных Штатов Америки, где такие сплавы производят уже около двадцати лет, показывает, что массового спроса на них нет. То есть вытеснить медь алюминиевому сплаву не удалось», — говорит Андрей Боев.

: Металлургия: образование, работа, бизнес :: MarkMet.ru

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МЕДИ

Медь (Cu) носит также латинское название «купрум», которое происходит от названия острова Кипр, богатого залежами медьсодержащих ископаемых. Медь получила широкое применение в технике и промышленности благодаря ряду ценных свойств, которыми она обладает. Важнейшими свойствами меди являются высокие электро- и теплопроводность, высокая пластичность и способность подвергаться пластической деформации в холодном и нагретом состояниях, хорошая сопротивляемость коррозии и способность к образованию многих сплавов с широким диапазоном различных свойств. По показателям электро- и теплопроводности медь уступает только серебру. Медь диамагнитна.

Чистая пресная вода и сухой воздух практически не вызывают коррозии меди. Незначительное влияние на химическую стойкость меди оказывают сухие газы, ряд органических кислот, спирты и фенольные смолы, к углероду медь пассивна. Хорошей коррозионной стойкостью обладает медь и в морской воде. При отсутствии других окислителей на медь не действуют разбавленные серная и соляная кислоты. Медь растворяется в горячей серной кислоте и легко растворяется в азотной. Она плохо сопротивляется действию аммиака, аммиачных солей и щелочных цианистых соединений. Коррозию меди вызывают также хлористый аммоний и окислительные минеральные кислоты.

Более 50% добываемой меди применяется в электротехнической промышленности. Благодаря высокой теплопроводности и коррозионной стойкости медь широко применяется в теплообменниках, холодильниках, вакуумных аппаратах и т. п. Примерно 30— 40% меди применяется в виде сплавов

Основные физические и механические свойства меди приводятся ниже:

 

Атомная масса

63,54

Плотность при 20°С, г/см3

8,96

Температура, °С:

 

плавления

1083

кипения

2600

Удельная теплоемкость, кал/г

0,092

Теплопроводность кал/(см·сек·град)

0,941

Скрытая теплота плавления, кал/г

43,3

Коэффициент линейного расширения, 1 /град

0,000017

Удельное электросопротивление,

ом-мм2/м

0,0178

Временное сопротивление меди, кГ/мм2

 

деформированной

40-50

отожженной

20-24

Предел текучести меди, кГ/мм2, при температуре, °С

 

20

7

200

5

400

1,4

Относительное удлинение меди, %:

 

Деформированной

4-6

отожженной

40-50

Предел упругости меди, кГ/мм2:

 

Деформированной

30

отожженной

7

Модуль упругости, кГ/мм2

13200

Модуль сдвига, кГ/мм2 

4240

Предел усталости меди при переменно-изгибающих напряжениях на базе 108 циклов, кГ/мм2

 

Деформированной

11

отожженной

6,7

Твердость НВ меди, кГ/мм2

 

Деформированной

90-120

отожженной

35-40

 

 

В технической меди в качестве примесей содержатся: висмут, сурьма, мышьяк, железо, никель, свинец, олово, сера, кислород, цинк и другие. Все примеси, находящиеся в меди, понижают ее электропроводность. Температура плавления, плотность, пластичность и другие свойства меди также значительно изменяются от присутствия в ней примесей.

Висмут и свинец в сплавах с медью образуют легкоплавкие эвтектики, которые при кристаллизации затвердевают в последнюю очередь и располагаются по границам ранее выпавших зерен меди (кристаллов). При нагревании до температур, превышающих точки плавления эвтектик (270 и 327°С соответственно), зерна меди разъединяются жидкой эвтектикой. Такой сплав является красноломким и при прокатке в горячем состоянии разрушается. Красноломкость меди может вызываться присутствием в ней тысячных долей процента висмута и сотых долей процента свинца. При повышенном содержании висмута и свинца медь становится хрупкой и в холодном состоянии.

Сера и кислород образуют с медью тугоплавкие эвтектики с точками плавления выше температур горячей обработки меди (1065 и 1067°С). Поэтому присутствие в меди небольших количеств серы и кислорода не сопровождается появлением красноломкости. Однако значительное повышение содержания кислорода приводит к заметному понижению (механических, технологических и коррозионных свойств меди; медь становится красноломкой и хладноломкой.

Медь, содержащая кислород, при отжиге ее в водороде или в атмосфере, содержащей водород, делается хрупкой и растрескивается. Это явление известно под названием «водородной болезни». Растрескивание меди в этом случае происходит в результате образования значительного количества водяных паров при взаимодействии водорода с кислородом меди. (Водяные пары при повышенных температурах имеют высокое давление и разрушают медь. (Наличие трещин в меди устанавливается путем испытания на изгиб и кручение, а также микроскопическим методом. В меди, пораженной водородной болезнью, после полировки хорошо видны характерные темные .включения пор и трещин.

Сера снижает пластичность меди при холодной и горячей обработке давлением и улучшает обрабатываемость резанием.

Железо растворяется в меди в твердом состоянии весьма незначительно. Под влиянием примесей железа резко снижаются электро- и теплопроводность меди, а также ее коррозионная стойкость. Структура меди под влиянием примесей железа измельчается, что повышает ее прочность и уменьшает пластичность. Под влиянием железа медь становится магнитной.

Бериллий является раскислителем по отношению к меди, несколько снижает электропроводность ее, повышает механические свойства и значительно уменьшает окисление при повышенных температурах.

Мышьяк сильно понижает электро- и теплопроводность меди. Одновременно с этим мышьяк в значительной мере нейтрализует вредное влияние примесей висмута, кислорода, сурьмы и повышает жаростойкость меди. Поэтому мышьяковистая медь с содержанием 0,3—0,5% Аз применяется для изготовления деталей специального назначения, используемых для работы в условиях восстановительной атмосферы при повышенных температурах. Мышьяк растворим в меди в твердом состоянии до 7,5%.

Сурьма очень сильно понижает электро- и теплопроводность меди. Поэтому медь, предназначенная для изготовления проводников тока, должна содержать минимальное количество сурьмы (не выше 0,002%). Растворимость сурьмы в меди при температуре образования эвтектики (64б°С) составляет 9,5%. При понижении температуры растворимость сурьмы в меди резко падает. С этим связано отрицательное влияние сурьмы при прокатке меди. Медь, подлежащая прокатке, не должна содержать сурьмы более 0,06%. В меди, предназначенной для штамповки, допускается содержание сурьмы до 0,2%.

Фосфор сильно понижает электро- и теплопроводность меди, но положительно влияет на ее механические свойства и жидкотекучесть. Фосфор широко применяется в литейном деле в качестве раскислителя  меди и оказывает положительное влияние при сварке меди.

Алюминий повышает коррозионную стойкость и снижает окисляемость меди при нормальной и повышенной температурах, значительно понижает ее электро- и теплопроводность, а также оказывает отрицательное влияние при пайке и лужении медных изделий. На механические свойства и обрабатываемость меди давлением примесь алюминия не оказывает заметного влияния. Растворимость алюминия в меди в твердом состоянии составляет 9,8%.

 

МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

 

Латуни

Сплавы, в которых основными компонентами являются медь и цинк, (называют латунями. Латуни обладают достаточно высокими механическими и технологическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью. Практическое применение в технике имеют латуни с содержанием цинка до 45%. При содержании цинка до 39% латунь имеет структуру однофазного твердого раствора цинка в меди, называемую α-латунью. Структура латуней, содержащих цинк в пределах от 39 до 43%, состоит из смеси кристаллов двух твердых растворов α+β. При содержании цинка более 50% образуется твердый раствор γ обладающий высокой хрупкостью. Максимальной пластичностью обладает латунь, содержащая примерно 32% Zn, а максимальной прочностью — латунь, содержащая 45% Zn. Латуни, структура которых состоит только из α-раствора, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии. Латуни, имеющие двухфазную структуру (α+β), обладают повышенной твердостью, хорошо обрабатываются в горячем состоянии, но в холодном состоянии пластичность их очень мала.

Температуры начала и конца кристаллизации латуней лежат близко друг от друга. Этим объясняется особенность литейных свойств латуней — малая склонность к ликвации, хорошая жидкотекучесть, склонность к образованию концентрированной усадочной раковины. Обработка латуней давлением имеет ряд особенностей.

Твердый раствор латуней β при температуре выше 500°С обладает большей пластичностью и меньшей прочностью, чем α-латуни, в то время как при комнатной температуре прочность их выше, чем у α-латуней. В связи с этим для прокатки в горячем состоянии наиболее пригодны латуни, структура которых состоит из β-раствора или α+β-раствора.

При обработке давлением в холодном состоянии латуни получают значительный наклеп и для снятия напряжений их подвергают отжигу. На свойства латуней самым решающим образом влияет величина зерна. Свойства латуней и величина зерна находятся в зависимости от температуры и продолжительности отжига, а также от степени предшествующей деформации. Для получения мелкого зерна в α-латунях требуется температура отжита в пределах 350— 450°С.

В интервале температур 200—600°С у латуней появляется хрупкость, связанная с образованием примесями свинца, сурьмы и висмута хрупких межкристаллитных прослоек. С повышением температуры эти прослойки растворяются и пластичность латуней резко возрастает.

Атмосферные условия, сухой пар, пресная и морская вода, сухие газы, уксусная кислота в спокойном состоянии, сухой четыреххлористый углерод, фторированные органические соединения, хлористый метил и бромозамещенные соединения при отсутствии влаги не вызывают заметной коррозии латуни. Сильную коррозию латуней вызывают рудничные воды, растворы йодистых солей, окисляющие растворы, азотная, соляная, фосфорная и жирные кислоты, серный ангидрид, сероводород, растворы едких щелочей, растворы аммиака. Скорость коррозии резко возрастает при повышении температуры в морской и пресной воде, в уксусной кислоте, растворах едких щелочей и других средах. Значительно возрастает скорость коррозии латуней в газах с повышением их влажности.

Большой ущерб промышленности наносится обесцинкованием и коррозионным растрескиванием латуней, которое происходит при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающих напряжений. Склонность латуней к коррозионному растрескиванию возрастает с повышением содержания цинка и с увеличением до известного предела растягивающих напряжений. Мало чувствительны к коррозионному растрескиванию латуни, содержащие менее 7% Zn. В латунях с высоким содержанием цинка коррозионное растрескивание наблюдается относительно редко, если внутренние напряжения менее 6 кГ/мм2.

Коррозионное растрескивание нагартованной латуни может наблюдаться и при лежании во влажной атмосфере. Этот вид коррозии в сильной степени зависит от влажности атмосферы и проявляется во все времена года не одинаково интенсивно, поэтому ее иногда называют «сезонным  растрескиванием ».

Медноцинковые сплавы, содержащие, кроме меди и цинка, добавки алюминия, железа, марганца, свинца, никеля и других элементов, называют специальными латунями. Они обладают повышенной коррозионной стойкостью, лучшими технологическими и механическими свойствами, а также особыми специальными свойствами.

Специальные латуни в зависимости от основного легирующего компонента обычно носят и соответствующие названия: алюминиевая, кремнистая, марганцовистая, никелевая, свинцовистая латунь и т. д.

Алюминиевые латуни находят применение в качестве коррозионно- и жаростойкого материала. Из разных марок алюминиевых латуней изготовляют конденсаторные трубки, трубы, шестерни, втулки, различные детали в авиационной и других отра елях промышленности.

При добавке в латуни алюминия резко повышаются прочность и твердость сплава и понижается пластичность. Наибольший практический интерес представляют латуни, содержащие до 4% Аl, которые хорошо обрабатываются давлением. Добавка алюминия повышает коррозионную стойкость сплава в отношении атмосферной коррозии. Однако латуни с добавкой алюминия менее устойчивы в морской воде. Кроме того, они сравнительно сильно подвержены коррозионному растрескиванию. Поэтому такие латуни не рекомендуются для длительного хранения. Кроме того, алюминий ухудшает способность латуней к пайке и лужению.

 

Кремнистые латуни обладают более высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и морской воде, чем простые латуни. Из кремнистых латуней изготовляют поковки и штамповки, литую арматуру, шестерни и детали морских судов, литые подшипники и втулки.

Под влиянием кремния значительно повышаются механические и литейные свойства сплава, а также улучшается технологический  процесс сварки и пайки.В латунях с повышенным содержанием цинка кремний значительно повышает твердость и уменьшает пластичность. Примеси алюминия, железа, сурьмы, мышьяка и фосфора в кремнистых латунях являются вредными, так как ухудшают антифрикционные, коррозионные, литейные и другие свойства латуней.

Марганцовистые латуни характеризуются более высокой прочностью, твердостью и коррозионной стойкостью по сравнению с простыми латунями. (Применяются они в виде полос, листов, прутков, а также поковок в судостроении и в других отраслях промышленности.

При содержании марганца в латунях до 4% значительно повышаются временное сопротивление, пределы пропорциональности и упругости без понижения пластичности. Понижение удлинения, ударной вязкости наблюдается при содержании в латунях марганца выше 4%. Марганцевые латуни хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии. Стойкость их к воздействию хлоридов, морской воды и перегретого пара значительно выше, чем у обычных латуней. Склонность марганцевых латуней к коррозионному растрескиванию весьма значительна.

Никелевые латуни обладают хорошей коррозионной стойкостью, повышенными механическими свойствами и стойкостью против истирания, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состояниях. Применяются никелевые латуни для изготовления конденсаторных трубок для морских судов, манометрических трубок, сеток бумагоделательных машин я других изделий. Под влиянием никеля у латуней повышается коррозионная стойкость в атмосферных условиях, морской воде и в условиях бактериологической коррозии, а также резко уменьшается склонность к коррозионному растрескиванию.

Свинцовистые латуни относятся к числу так называемых автоматных латуней. Они хорошо обрабатываются резанием, обладают повышенными антифрикционными свойствами и хорошо деформируются в холодном состоянии. Значительная часть существующих марок свинцовистых латуней относится к группе специальных латуней, носящих название мунц-металл. Коррозионная стойкость латуней резко повышается в условиях воздействия морской воды при добавке в них 0,5—1,5% Sn «морские латуни». Эти латуни имеют удовлетворительные механические, технологические и литейные свойства. По химическому составу они относятся к оловянным латуням. Наибольшее применение имеют латуни марок ЛO70-1 и ЛO62-1. Из латуни марки ЛО70-1 изготовляют трубки конденсаторов морских судов и -различной теплотехнической аппаратуры. Латунь марки ЛO62-1 применяют для изготовления деталей, от которых требуется повышенная коррозионная стойкость. Выпускается она в виде полос, листов и прутков.

Добавка в латуни железа повышает механические и технологические свойства сплава главным образом вследствие того, что задерживает рекристаллизацию латуни и способствует получению мелкого зерна. При содержании железа более 0,03% латуни становятся магнитными. Поэтому для антимагнитных латуней содержание железа допускается не выше 0,03%. Особо благоприятное влияние на повышение механических свойств и улучшение коррозионной стойкости оказывает железо в сочетании с марганцем, никелем и алюминием.

Сурьма и сера сильно ухудшают качество латуней. Примеси сурьмы вызывают разрушение латуней при обработке давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Под влиянием сурьмы увеличивается склонность латуней к коррозионному растрескиванию.

При содержании в латунях свыше 0,5% Аs они в значительной мере теряют свою пластичность за счет образования на границах зерен хрупких прослоек химического соединения. (Вместе с тем содержание мышьяка до 0,02% предохраняет латуни от обесцинкования, что повышает коррозионную стойкость их в морокой воде.

Небольшие количества фосфора повышают механические свойства латуней и способствуют измельчению зерна в литье. При повышенном содержании фосфора он выделяется в виде отдельной составляющей с температурой плавления около 700°С, увеличивая твердость и снижая пластичность латуней.

В зависимости от способа изготовления изделий и полуфабрикатов из латуней их разделяют на литейные и деформируемые.

Литейные  латуни предназначены для отливки различных коррозионностойких, антифрикционных и других деталей в кокиль, в землю и центробежным способом.

Деформируемые латуни подвергают всем видам горячей и холодной обработки давлением.

Изменяя режимы обработки давлением, получают латуни с различными механическими свойствами: мягкие, твердые, особо твердые.

Мягкая латунь обладает высокой пластичностью. Достигается это обработкой давлением в отожженном состоянии. Степень мягкости полуфабрикатов из таких латуней характеризуется (Величиной предела прочности и относительного удлинения, а для лент и листов — глубиной продавливания по Эриксону.

Твердая латунь характеризуется повышенной прочностью ((твердостью) и пони жени ой пластичностью. Повышенная прочность таких латуней достигается обработкой давлением с высокими степенями обжатия (упрочнением). Обычно требуемые механические свойства полуфабрикатов достигаются при степени нагартовки не менее 30%.

Особо твердая латунь получается холодной обработкой давлением (прокаткой и волочением) с высокой степенью деформации. Таким путем из латуни марки Л68 изготовляют ленты и полосы с временным сопротивлением не менее 62 кГ/мм2 и относительным удлинением не менее 2,5%. Из часовой латуни марки ЛС63-3 изготовляют ленты и полосы с временным сопротивлением не менее 64 кГ/мм2 и относительным удлинением не более 5%.

Установлен следующий порядок маркировки латуней: первая буква Л указывает название сплава (латунь), а следующая за ней цифра обозначает среднее содержание меди в сплаве.

Для специальных латуней приняты следующие обозначения элементов: А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец, К — кремний, С — свинец, О—олово, Н — никель. Первые две цифры, стоящие за буквенным обозначением, указывают среднее содержание меди в процентах, а последующие цифры — содержание других элементов; остальное (до 100%) составляет цинк.

Буква Л в конце наименования марки указывает на то, что латунь литейная, отсутствие этой буквы—латунь предназначена для обработки давлением.

 

Бронзы

Бронзами называют сплавы меди с различными элементами, кроме цинка и некоторых сплавов с марганцем и никелем.

Оловянные бронзы обладают хорошими механическими, антифрикционными и технологическими свойствами, а также высокой .коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, «в сухом и влажном водяном паре, в пресной и морской воде, в сухих газах и кислороде при нормальной температуре.

Оловянные бронзы имеют очень малую усадку и поэтому все наиболее сложные по конфигурации отливки изготовляют из таких бронз. Они не дают сосредоточенной усадочной раковины, и поэтому для отливки изделий из них нет необходимости иметь большие прибыли. Оловянные бронзы мало чувствительны к перегреву, отлично воспринимают пайку и сварку, не дают искры при ударах, немагнитны и .морозостойки.

Оловянные бронзы с содержанием более 22% Sn очень хрупки и не имеют практического применения. Вследствие увеличения хрупкости с повышением содержания олова для обработки давлением применяют оловянные бронзы, содержащие не более 7— 8% Sn. Оловянные бронзы имеют большую склонность к обратной ликвации. При резко выраженной обратной ликвации на поверхности отливок появляются хрупкие выделения в виде белых пятен (оловянного пота), отрицательно влияющих на качество отливок. Они быстро разрушаются под воздействием рудничных вод, содержащих соли-окислители, и в растворах аммиака. Возрастает скорость коррозии оловянных бронз в газах при высоких температурах в присутствии хлора, брома, йода, а также в сернистом газе в присутствии влаги. Значительное влияние на свойства оловянных бронз оказывают примеси.

Фосфор повышает механические, литейные и антифрикционные свойства оловянных бронз, а свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием. В сплавах, обрабатываемых давлением, содержание фосфора допускается не более 0,5%. При более высоком содержании фосфора оловянные бронзы не поддаются горячей обработке давлением.

Железо  при его содержании в оловянных бронзах до 0,03% является полезной примесью, так как способствует образованию мелкозернистой структуры, повышает механические свойства и задерживает рекристаллизацию. При более высоком содержании железа резко снижаются коррозионные и технологические свойства оловянных бронз.

Вредными примесями в оловянных бронзах являются алюминий, кремний, магний, висмут, мышьяк и сера.

Маркировка бронз производится по тому же принципу, что и латуней. Впереди стоят буквы Бр. (бронза), а затем следуют буквенные обозначения элементов, входящих в состав сплава, и за ними цифры, указывающие среднее содержание элемента в процентах.

Сплавы меди с другими элементами, кроме олова и цинка, называют специальными (безоловянными) бронзами. По литейным свойствам оловянные бронзы превосходят специальные. Однако по другим свойствам специальные бронзы обладают более высокими показателями.

Алюминиевые бронзы превосходят оловянные по механическим свойствам и коррозионной стойкости в атмосферных условиях, морской воде, углекислых растворах, а также в растворах многих органических кислот (лимонной, уксусной, молочной). Они кристаллизуются в узком интервале температур, обладают высокой жидко текучестью, не склонны к ликвации, морозостойки, немагнитны и не дают искры при ударах. К недостаткам алюминиевых бронз следует отнести то, что они трудно поддаются пайке мягкими и твердыми припоями, имеют повышенную объемную усадку и недостаточно устойчивы к воздействию перегретого пара.

Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости в алюминиевые бронзы чаще всего добавляют железо, никель, марганец. Железо способствует образованию более мелкой структуры и повышает механические свойства алюминиевых бронз. Никель значительно повышает прочность, твердость, коррозионно- и жаростойкость алюминиевых бронз. Такие сплавы удовлетворительно переносят обработку давлением и применяются для деталей ответственного назначения как сплавы высокой прочности. Марганец повышает коррозионно- и жаростойкость алюминиевых бронз.

Примеси висмута и серы ухудшают механические, технологические свойства и поэтому являются вредными примесями в алюминиевых бронзах. Цинк также оказывает отрицательное «влияние на технологические и антифрикционные свойства алюминиевых бронз.

В наклепанном состоянии прочность алюминиевых бронз значительно возрастает. В широком диапазоне изменяются механические свойства алюминиевых бронз в результате термической обработки.

Бериллиевые  бронзы   имеют высокие пределы прочности, упругости, текучести и усталости; а также высокую электро- и теплопроводность, твердость, износоустойчивость, сопротивление ползучести, коррозионную стойкость и высокое сопротивление коррозионной усталости.

В связи с весьма ценными свойствами, которыми обладают бериллиевые бронзы, они получили широкое применение в технике для изготовления пружин, мембран, пружинящих контактов и т. д. Добавка некоторых количеств никеля и кобальта в бериллиевые бронзы является полезной. Ухудшают качество бериллиевых бронз примеси железа, алюминия, кремния, магния и фосфора. Весьма вредными примесями в бериллиевых бронзах являются свинец, висмут, сурьма.

Марганцевые бронзы при удовлетворительных механических свойствах обладают высокой пластичностью, хорошей коррозионной стойкостью и способностью сохранять механические свойства при повышенных температурах, поэтому их применяют для изготовления деталей, работающих при высоких температурах.

Кремнистые бронзы обладают высокой пластичностью и хорошими литейными свойствами. Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости в кремнистые бронзы обычно добавляют марганец и никель. Такие бронзы имеют высокие механические и антифрикционные свойства, отлично свариваются и паяются, немагнитны, в значительной мере сохраняют свои свойства при низких температурах, не дают искры при ударах и хорошо обрабатываются давлением как «в горячем, так и в холодном состоянии, обладают хорошей коррозионной «стойкостью в пресной и морской воде и в атмосфере сухих газов: хлора, брома, фтора, фтористого водорода, сероводорода, сернистого газа, аммиака, хлористого водорода. В присутствии влаги коррозионная стойкость кремнистых бронз снижается. (Кремнистые бронзы удовлетворительно сопротивляются воздействию щелочей, кроме растворов высоких концентраций, и при высоких температурах. Они быстро корродируют в кислых рудничных водах, содержащих в растворе сернокислую окисную соль железа, а также в растворах солей хромовых кислот и хлорного железа.

В бронзах, обрабатываемых давлением, содержание железа не должно быть выше 0,2—0,3%, так как при более высоком содержании железа заметно снижается коррозионная стойкость сплава. Под «влиянием свинца кремнистые бронзы легко разрушаются при обработке давлением в горячем состоянии, поэтому кремнистые бронзы, предназначенные для горячей обработки давлением, не должны содержать свинца более 0,01 %. Примеси висмута, мышьяка, сурьмы, серы, фосфора являются очень вредными и содержание их в кремнистых бронзах не должно превышать 0,002%.

Свинцовые   бронзы имеют высокие антифрикционные свойства и применяются для изготовления высоконагруженных подшипников с большим удельным давлением.

Состав бронзы, способы ее получения и изготовления готовых изделий выбираются в зависимости от назначения, условий эксплуатации и предъявляемых к ним требований.

По способу изготовления все бронзы разделяют на две группы: литейные и деформируемые.

Литейная бронза предназначена для получения деталей путем литья в песчаные формы, в кокиль, центробежным способом и по выплавляемым моделям. Литейные бронзы широко «применяют для изготовления различной арматуры, антифрикционных «деталей, для художественного литья и других целей.

Деформируемая бронза «предназначена для изготовления полуфабрикатов — поковок, фасонных профилей, прутков круглого, квадратного, прямоугольного и шестигранного сечения, полос, ленты, листов, проволоки и труб путем ковки, прессования, горячей и холодной прокатки.

Из оловянистых бронз в качестве деформируемых материалов применяются бронзы, содержащие до 8% Sn.

Легко обрабатываются давлением алюминиевые бронзы, содержащие обычно до 12% А1: алюминиевожелезные, алюминиево- марганцевые, алюминиевожелезоникелевые и др.

Хорошо поддаются обработке давлением кремнемарганцовистые бронзы марки Бр. КМцЗ-1 и бериллиевые бронзы. Бериллиевые бронзы в закаленном состоянии обла дают высокой пластичностью, а после отпуска они приобретают высокую упругость, прочность и твердость.

В зависимости от назначения, физических, механических и других свойств деформируемую бронзу разделяют на жаропрочную, износостойкую, конструкционную, приборную, пружинную и т. д.

Деформируемая жаропрочная бронза обладает хорошей прочностью при высоких температурах. К таким бронзам относятся кремнистоникелевая марки Бр. КШ-З, алюминиевая Бр.АЖН10-4-4, а также бронзы марок Бр. АЖ9-4 и Бр. АЖМц 10-3-1,5, хотя две последние марки обладают меньшей жаропрочностью. Кроме того, к жаропрочным бронзам относится целый ряд специальных сплавов: хромистая бронза, хромоциркониевые бронзы, хромо- кадмиевые бронзы, хромоцинковые бронзы н др.

Деформируемая износостойкая бронза применяется для изготовления деталей трения. К этой группе сплавов относятся оловянистые, алюминиевые, кремнистые и бариллиевые бронзы. Прутки из оловянистой бронзы марки Бр.ОФ6,5-0,15 применяются для подшипников, изготовляемых в виде втулок, работающих в условиях средней трудности по удельным давлениям и скоростям скольжения или при повышенных нагрузках и малых скоростях скольжения. По сравнению с литейными бронзы оловянистые деформируемые имеют более низкую износостойкость.

Бронзы алюминиевые уступают оловяни стым по сопротивлению заеданию и износостойкости. Однако они обладают большей прочностью и твердостью. В условиях средней трудности и при хорошей смазке алюминиевые бронзы работают надежно. Из алюминиевых бронз изготовляют червячные передачи, направляющие втулки, неответственные подшипники :в виде втулок и другие детали.

Бериллиевая бронза успешно применяется в условиях трения-качения, где недопустимы остаточные деформации материала (в шаровых сочленениях приборов и агрегатов и др.).

Бронза кремнистомарганцовистая в качестве коррозионно- и износостойкого материала используется для изготовления сеток и решеток, работающих в сточных водах, испарителях, дымовых фильтрах и т. д.

Деформируемая конструкционная бронза применяется для изготовления деталей, которые в процессе эксплуатации испытывают силовую нагрузку и от которых одновременно требуются коррозионная стойкость и специальные физические свойства.

Полуфабрикаты из алюминиевых бронз, легированных железом, никелем и марганцем, нашли широкое применение для нагруженных деталей в различных конструкциях химического аппаратостроения, в судостроении, в авиации и общем машиностроении. Этому способствует сочетание в указанных сплавах высоких прочностных характеристик при достаточно высоких пластических свойствах и ударной вязкости с большой коррозионной стойкостью.

Бронзы кремнемарганцовистая (Бр. КМцЗ-1) и кремнистоникелевая (Бр. КН1-3)

при хорошей коррозионной стойкости и достаточно высокой прочности обладают высокой пластичностью. Из бронзы Бр. КМцЗ-1 в отожженном состоянии изготовляют очень тонкие ленты (толщиной до 0,05 мм). При

Алюминиевожелезные бронзы (типа Бр. АЖН 10-4-4) и бронза марки Бр. КН1-3, обладающие высокой жаропрочностью, применяются для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах.

Деформируемая приборная бронза применяется для изготовления деталей, приборов и аппаратов. В зависимости от условий службы для изготовления деталей приборов и аппаратов могут применяться различные высокопрочные конструкционные бронзы, пружинные бронзы и др.

Деформируемая пружинная бронза применяется для изготовления пружин и пружинных деталей различного типа и назначения. В качестве пружинных бронз широко применяются оловянистые бронзы Бр. ОФ6,5-0,15, Бр. ОФ4-0,25, Бр. ОЦ4-3, алюминиевая бронза А7 и бериллие- вые бронзы марок Бр. Б2, Бр. БНТ1,9 к Бр. БНТ1,7.

Оловянистые и алюминиевые бронзы обладают повышенной упругостью и прочностью в нагартованном состоянии. Бериллиевые бронзы, мягкие и пластичные в закаленном состоянии, получают высокую упругость и твердость после отпуска. Пружины из бериллиевых бронз по своим свойствам при нормальной и повышенных температурах превосходят все другие пружины.

Мягкая бронза легко штампуется и гнется. Мягкость бронз достигается обработкой давлением и отжигом при высокой температуре для полного снятия внутренних напряжений и восстановления структуры. Бронзы деформируемые дисперсионно твердеющие называются мягкими в состоянии закалки, а последующий отпуск резко повышает твердость и прочность. Мягкие бронзы применяются тогда, когда по условиям технологии изготовления детали подвергаются дополнительной деформации (штамповке, гибке).

Полутвердая бронза применяется для изготовления мембран, трубок Бурдона, фланцев, гроссов и других деталей крепления, от которых требуется повышенная прочность. Бронзы этой группы при повышенной прочности и твердости сохраняют достаточную пластичность для обработки штамповкой и гибкой. Для получения необходимых свойств бронзы полутвердые подвергаются обработке давлением со средними степенями деформации 10—30%.

Твердая бронза обрабатывается давлением со степенями деформации 30— 50%. Эта бронза обладает повышенной прочностью, твердостью и упругостью, низкой пластичностью и применяется для изготовления пружин, контактов, втулок и других деталей.

Особо твердая бронза имеет высокие пределы упругости, прочности и твердости и пониженную пластичность. Требуемые свойства бронза приобретает после обработки давлением с высокой степенью деформации (более 50%). Таким путем изготавливают особо твердые ленты и полосы из кремнемарганцовистой бронзы марки Бр.КМц3-1,оловянофосфористой бронзы марки Бр. ОФ6,5-0,15 и оловяиноцинковой бронзы марки Бр. ОЦ4-3.

 

МЕДНОНИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ

Медноникелевые сплавы условно разделяют на конструкционные и электротехнические. К конструкционным медионикелевым сплавам относятся коррозионностойкие сплавы типа мельхиор, сплавы меди, никеля и цинка типа нейзильбер и коррозионно- стойкие упрочняющиеся сплавы меди, никеля и алюминия типа куниаль.

Мельхиор. Сплавы этого типа обладают высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, сухих газах и в атмосферных условиях, они хорошо противостоят действию щелочных растворов солей и органических соединений. Структура сплавов типа мельхиор представляет собой твердый раствор и поэтому они хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состояниях.

Мельхиор марки МНЖМцЗО-0,8-4,0 обладает большой стойкостью в среде парового конденсата. По устойчивости против действия ударной !(турбулентной) коррозии он превосходит практически все другие известные сплавы. Благодаря этим свойствам мельхиор марки МНЖМцЗО-0,8-1,0 применяется для конденсаторных труб морскигз судов, работающих в особо тяжелых условиях. Мягкие конденсаторные трубы, изготовляемые в соответствии с ГОСТ 10092—62, имеют временное сопротивление не менее 38 кГ/мм2 и относительное удлинение в- пределах 03%, а полутвердые трубы 50 кГ/мм2 и 10% соответственно.

Нейзильбер — сплав, обладающий наилучшими свойствами из группы тройных сплавов меди с никелем и цинком. Он представляет собой твердый раствор никеля и цинка и меди, обладает хорошей коррозионной стойкостью, красивым серебристым цветом, повышенной прочностью и удовлетворительной пластичностью в холодном и горячем состояниях. На воздухе нейзильбер не окисляется и достаточно стоек в растворах солей и органических кислот. Применяется этот сплав для изготовления медицинского инструмента, технической посуды, телефонной аппаратуры, паровой и водяной арматуры, изделий санитарной техники, точной механики, бытовой посуды и художественных изделий. Полуфабрикаты из нейзильбера поставляются в виде полос, ленты, прутков и проволоки.

Куниаль  А — сплав меди с никелем и алюминием. Он хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состояниях. Полуфабрикаты из этого сплава производят в виде прессованных прутков с временным сопротивлением не менее 70 кГ/мм2 и относительным удлинением не менее 7%.

Куниаль  Б обладает хорошей коррозионной стойкостью. Полуфабрикаты из него изготовляют в виде полос толщиной 0,5— 3 мм для пружин. Полосы из сплава куниаль Б обладают временным сопротивлением не менее 56 кГ/мм2 и относительным удлинением не менее 3%.

Электротехнические медно- никелевые  сплавы. К ним относятся сплавы типа ТП и ТБ, термоэлектродный сплав с высоким содержанием никеля— копель, реостатный сплав константан и сплав манганин.

Сплав ТП применяется для изготовления компенсационных проводов к платина- платинородиевой термопаре, а сплав ТБ применяется для изготовления компенсационных проводов к платина-золотой и палладий -платинородиевой  термопарам.

Копель— сплав, применяемый в качестве отрицательного термоэлектрода термопар хромель — копель и железо—копель, а также в виде компенсационных проводов. Копель имеет максимальную термоэлектродвижущую силу но сравнению с другими  меднооникелевыми сплавами такого же назначения и практически нулевой температурый коэффициент электросопротивления. Этот сплав является также хорошим материалом для реостатов и нагревательных устройств с рабочей температурой до 600°С.

Константан —сплав, отличающийся высокой термоэлектродвижущей силой, малым температурным коэффициентом, (постоянством электросопротивления. Сплав применяется для реостатов, термопар, нагревательных приборов с рабочей температурой до 500°С. Температурный коэффициент электросопротивления сплава в интервале 20—100°С составляет 2 • 10 6 1/град.

Манганин. Сплав широко применяют в качестве прецизионного (материала с высоким омическим сопротивлением. В паре с медью он обладает незначительной термоэлектродвижущей силой, что позволяет почти полностью избавиться от термотоков. При 20°С электросопротивление сплава в виде лент, полос и проволоки составляет 0,42—0,48 ом •мм2/м.

Сплавы никеля + Аноды, графит, припой… › Русский металл

Изготовим сплав никеля в различных формах и химсоставах.

   Сплавы никеля многочисленны, общее количество используемых в промышленности больше нескольких тысяч. Приведем основные.

Ални сплавы – сплав железо-никель-алюминий (никель 20-35%, алюминий 11-18%). Имеют высокие магнитные свойства и применяются для производства магнитов литьем, металлокерамическим способом или электроискровыми методами (ввиду твердости и хрупкости). Могут легироваться кобальтом, кремнием (алниси сплавы)

Алюмель – сплав алюминий-кремний-марганец остальное никель и кобальт (алюминий 1,8-2,5%, кремний 0,85-2%, марганец 1,8-2,2%, кобальт 0,6-1%). Легируется цирконием и бором. Применяется как отрицательный электрод в термопаре хромель-алюмель и в качестве компенсационного провода.

Инвар – сплав никель-железо (никель 34,5%, железо 65,5%) обладает малым коэффициентом теплового расширения и используется для производства мер длины и деталей контролирующей аппаратуры. Имеет разновидности (суперинвар) с особенно низким коэффициентом расширения.

Инконель – жаропрочный сплав никель-хром-железо (хром 15%, железо 9%). Может легироваться титаном, алюминием, молибденом. Служит конструкционным материалом в производстве реактивных двигателей.

Константан – медно-никелевый сплав (никель 39—41%, марганец 1-2%, медь остальное) обладает малой зависимостью электропроводности от температуры. Используется для производства реостатов, измерительных приборов (за исключением приборов высокого класса точности).

Копель – медно-никелевый сплав (никель 43%, марганец 0,5%) схож с константаном. Никелевый сплав, обладающий максимальной термоэлектродвижущей силой в термопаре с хромелем, используется отрицательным термоэлектродом в термопарах и для производства компенсационных проводов.

Куниаль – сплав медь-никель-алюминий. Существуют куниаль А (никель 12-15%, алюминий 2,3-3%) и куниаль Б (никель 5,5-6,5%, алюминий 1,2-2,8%). Сплавы никеля корозионностойки и прочны, а куниаль Б еще и морозостойкая, поэтому используется в криогенной технике. Распространенные марки: МНА6-1,5 и МНА13-3.

Манганин – сплав никеля с преобладанием меди и добавлением никеля 2,5—3,5%, марганца (11,5—13,5%). Обладает очень малой зависимостью электропроводности от температуры (но при комнатной температуре). Используется при производстве эталонных сопротивлений и измерительных приборов.

Мельхиор – сплав меди с никелем (в основном) 5-30%. Коррозионностоек и применяется в кораблестроении. А сплавы с большим содержанием никеля применяются для изготовления посуды и пр.

Монель – никелевые сплавы с медью легируется марганцем, железом. Имеет хорошую коррозионную стойкость в щелочах и кислотах, жаростоек, прочен. Используется в текстильной, нефтеперерабатывающей, медицинской, химической промышленностях.

Нейзильбер – сплав медь-никель-цинк (никель 5-35%, цинк 13-45%). Имеет высокие эстетические качества, применяется для изготовления посуды, благодаря своей удовлетворительной электропроводности, используется в электротехнике. Также применяется в производстве мединструментов и многом другом.

Никель кремнистый производится в виде лент и полос. Используется для производства деталей электротехнических приборов и устройств.

Никель марганцевый применяется для изготовления сетки никелевой управления ртутных выпрямителей.

Нимоник – жаропрочный никелевый сплав (группа никелевых сплавов) с добавлением хрома, титана и алюминия. Легируется кобальтом, молибденом. Производится в форме труб, листов, прутков, поковок. Используется в качестве конструкционного материала в производстве реактивных двигателей.

Нитинол – сплав никеля с титаном (титан 55 %, никель 45 %). Обладает эффектом памяти.

Нихром – класс никелевых жаростойких сплавов (никеля 65—80%, хром 15—30%). Легируется алюминием, кремнием, редкоземельным металлами. Жаростоек обладает высоким электрическим сопротивлением, используется, благодаря чему, как материал для производства нагревательных элементов, а также для изготовления деталей, работающих при высокой температуре.

Пермаллой – класс сплавов никеля с железом. Обладают высокой магнитной проницаемостью, низкой коэрцитивной силой, и низкими потерями на гистерезис. Поставляется в виде ленты 0,003-0,5 мм. Применяется в технике связи, радиотехнике.

Платинит – железоникелевый сплав (никель 42-46 %, углерод 0,15%, остальное железо). Сплав 46Н используется в пайке с керамикой. Применяется для производства биметаллических обмедненных лент и проволоки, используемых в производстве электровакуумных приборов.

Свинцовый нейзильбер – производится в виде полосы и используется в часовой промышленности.

Сплав ТБ – производится в виде проволоки. Используется для изготовления компенсационных проводов.

Сплав ТП – также производится в виде проволоки и применяется для изготовления компенсационных проводов.

ТД-никель – сплав никеля с примесью высокодисперсных окислов тория.

Хастелой – класс никелевых сплавов с молибденом, хромом, железом. Корозионностоек в кислотах. Производится в виде отливок, проволоки, прутков, листов. Используется в основном в химической промышленности.

Хромель – сплав никеля с хромом, жаростоек и имеет определенные термоэлектрические свойства, благодаря чему используется в качестве положительного термоэлектрода в термопарах, а также для производства компенсационных проводов.

Элинвар – класс железоникелевых сплавов, упругие свойства которых имеют слабую температурную зависимость, что позволяет использовать их для производства деталей, где это необходимо (например, мембран, пружин).

Ниже приведены марки никелевых сплавов.
МН0,6; МН16; МН19; МН25; МН95-5; МНА13-3; МНА6-1,5; МНЖ5-1; МНЖКТ5-1-0,2; МНЖМц10-1-1; МНЖМц28-2,5-1,5; МНЖМц30-1-1; МНМц 60-20-20; МНМц 68-4-2; МНМц3-12; МНМц40-1,5; МНМц43-0,5; МНМцАЖ3-12-0,3-0,3; МНЦ12-24; МНЦ15-20; МНЦ18-20; МНЦ18-27; МНЦС16-29-1,8; Н70М28; Н70М28Ф; НК0,2; НМЖМц28-2,5-1,5; НМц1; НМц2; НМц2,5; НМц5; НМцАК2-2-1; НХ9; НХ9,5; Х15Н55М16В; Х20Н80; ХН55ВМТФКЮ.

 

автор: russkijmetall ru

Алюминиево-медные сплавы – обзор

4.11.3.4 Меднение

Медь с гальваническим покрытием используется как в декоративных, так и в технических целях. Основные металлы включают железо и сталь, цинк и цинковые отливки под давлением, сплавы алюминия, магния, меди и никеля и даже пластмассы после активации и нанесения никеля химическим способом. Области применения включают производство печатных плат, электрические соединители, декоративное или функциональное покрытие в автомобилестроении, бытовой технике, сантехнике, ручках и различных товарах.Медь также используется в качестве грунтовки для некоторых других металлических покрытий. Медь используется для обработки стали, потому что ее легче полировать полировкой, чем сталь ( 32 ).

Для гальванопокрытия меди обычно используются три типа ванн: кислый сульфат, пирофосфат меди и цианид меди. Все они используются в нескольких областях. Кислые сульфатные растворы наиболее распространены в производстве печатных плат, но в других областях их коррозионная природа может быть профилактической, в то время как пирофосфат используется, когда требуется хорошая макрорассеивающая способность и менее коррозионный раствор ( 33 ).Растворы цианида меди используются уже давно, но стали менее популярными после разработки никеля и других способов обеспечения необходимой яркости и других свойств.

Кислотно-сульфатная ванна состоит из сульфата меди, который растворяется в виде CuSO 4 · 5H 2 O в растворе серной кислоты. Количество медного купороса составляет 150-250 г л -1 , а концентрированной серной кислоты 30-75 г л 1 в обычном растворе.Хлориды в виде NaCl могут быть добавлены 30–150 мг л 1 для ускорения растворения анода и поверхностно-активных веществ для хорошего смачивания. Существует ряд запатентованных добавок для улучшения белизны, твердости, мелкозернистой структуры, сглаживания поверхности и т.п. ( 34 ). Катодная плотность тока находится в диапазоне 1–20 Адм -2 , но большая часть покрытия выполняется при 2–3 Адм -2 . Эксплуатация осуществляется при комнатной температуре, но также распространены температуры до 45 °C. Более высокие концентрации и повышенная температура позволяют использовать плотности тока в верхней части диапазона.Ванна проста в обслуживании, а выход по току близок к 100%, что делает ее выгодным выбором для толстых отложений. При использовании добавок кисло-сульфатные ванны могут обладать хорошей микрорассеивающей способностью для выравнивания шероховатых поверхностей. Кроме того, меньшее содержание меди и более концентрированная серная кислота увеличивают мощность броска, но снижают эффективность тока. Кислотно-сульфатные ванны могут привести к образованию отложений с плохой адгезией к стальным, цинковым и алюминиевым подложкам в результате обменной реакции, если только не применяется удар меди.Это можно сделать из цианидной ванны.

Содержание хлоридов должно поддерживаться в определенных пределах. Слишком большое количество хлорида приведет к матовым отложениям, а очень большое количество — к осаждению хлорида меди на анодах, которые будут поляризоваться. Сульфат меди является очень агрессивным раствором для многих металлов, поэтому корзины и крючки анодов должны быть титановыми. Аноды изготовлены из меди высокой чистоты с содержанием фосфора 0,02–0,08 % для обеспечения растворения. Рекомендуется использование анодов в мешках и фильтрация раствора, особенно если производится блестящее покрытие.Воздушное перемешивание требуется при высокой производительности. Методы импульсного тока применялись для кисло-сульфатного меднения для улучшения механических и физических свойств покрытия, например, более мелкозернистой структуры, повышенной твердости, снижения пористости и улучшения выравнивания. Методы импульсного тока также применялись для покрытия сквозных отверстий при производстве печатных плат.

Пирофосфатно-медные ванны состоят из пирофосфата меди(ii) Cu 2 P 2 O 7 ·3H 2 O и пирофосфата калия (или натрия) K 4 P 7 4 1 0 3 90 90, 9 0 3 9 0 1 0 9 0 1 3 9 0 9 0 аммиак и цитраты или оксалаты.Медь находится в виде пирофосфатного комплекса. Соотношение содержания меди и пирофосфата имеет решающее значение. Количество металлической меди 22–38 г л 1 , иона пирофосфата (P 2 O 7 4− ) 150–250 г л − 9,0017 18 90 массовое отношение пирофосфата к меди 7–8 ( 34 , 35 ). Избыток пирофосфата необходим для удержания меди в растворе и для повышения проводимости. Аммиак используется для улучшения однородности и яркости покрытия.Нитраты также могут быть добавлены для уменьшения поляризации, а цитраты или оксалаты действуют как буфер. Ортофосфаты будут образовываться в растворе при гидролизе пирофосфата. Он усиливает коррозию анода и действует как буфер, но раствор следует выбросить, если концентрация превышает 100 г л 1 . pH раствора обычно составляет 8,2–8,8. При значениях рН ниже 7 происходит разрушение пирофосфатного комплекса и возможно выпадение в осадок пирофосфата меди. При значениях pH выше 11 может выпадать в осадок гидроксид меди.

Самым большим преимуществом пирофосфатной ванны является то, что раствор почти нейтрален, поэтому он подходит для легко подвергающихся коррозии поверхностей. Катодная плотность тока составляет от 0,5 до 8 Адм -2 , а выход по току составляет почти 100%. Может потребоваться поджигание медью, если не используется разбавленная ванна. Контроль добавок имеет важное значение для правильной работы ванны. Для улучшения свойств покрытия доступны многие органические и металлические добавки, но они разлагаются во время эксплуатации, что может иметь неблагоприятные последствия, например, делая наплавку хрупкой.Ванна также более чувствительна к органическим примесям, чем ванны с кислым сульфатом.

Цианидные ванны содержат цианид меди CuCN в качестве источника меди. Выбор количества меди зависит от желаемой производительности и толщины слоя; типичное количество составляет 75 г л 1 CuCN ( 32 , 34 ). Существует избыток цианида в виде цианида калия или натрия, который образует водорастворимые комплексные ионы с цианидом меди. Типичное количество составляет 130 г л 1 KCN.Избыток также способствует растворению анода и улучшает качество покрытия. Что касается щелочного цианида, то в ванну добавляют гидроксид калия или натрия для увеличения проводимости и щелочности раствора и для уменьшения разложения цианида ( 36 ). Типичное количество составляет 30 г л 1 КОН. Небольшое количество, около 15 г л -1 карбоната щелочного металла добавляют для буферных целей. Однако карбонат будет образовываться из-за распада цианида, когда он окисляется под действием кислорода воздуха.Карбонат будет накапливаться в растворе, и его необходимо удалить, когда его количество превысит примерно 90 г л -1 .

Выбор соли зависит от цены, желаемой производительности и практики обслуживания ванны. Соли калия обладают большей проводимостью, допускают более высокие плотности тока и обеспечивают более равномерное распределение покрытия, но их также дороже покупать и обслуживать, поскольку избыточные карбонаты, образующиеся в ванне, нельзя вымораживать, а можно либо обновить ванну, либо более время от времени необходимо проводить сложное химическое осаждение солями кальция.

Для предотвращения образования рыхлой пленки в результате обменной реакции необходимо использовать защитный раствор. Аноды должны быть из чистой меди, без примесей фосфора. Пирофосфат и аммиак растворяют аноды. Отношение анода к катоду должно быть 2:1.

Ресурсы: Стандарты и свойства — Микроструктуры меди и медных сплавов: Алюминиевые бронзы

Обзор

Алюминиевые бронзы

используются благодаря сочетанию высокой прочности, отличной коррозионной стойкости и износостойкости.Сплавы алюминиевой бронзы обычно содержат 9-12% алюминия и до 6% железа и никеля. Сплавы в этих пределах состава упрочняются за счет сочетания упрочнения твердого раствора, холодной обработки и выделения фазы, богатой железом. Высоколегированные алюминиевые сплавы подвергаются закалке и отпуску. Алюминиевые бронзы используются в морском оборудовании, валах и компонентах насосов и клапанов для обработки морской воды, кислых шахтных вод, неокисляющих кислот и промышленных технологических жидкостей. Они также используются в таких приложениях, как подшипники скольжения для тяжелых условий эксплуатации и пути станков.Они обозначаются UNS от C60800 до C64210. Отливки из алюминиевой бронзы обладают исключительной коррозионной стойкостью, высокой прочностью, ударной вязкостью и износостойкостью, а также хорошими литейными и сварочными характеристиками. Отливки из алюминиевой бронзы обозначаются как UNS C95200 до C95900.

Микроструктура алюминиевых бронз с содержанием алюминия менее 11% состоит из альфа-твердого раствора и богатой железом и никелем каппа-фазы. Каппа-фаза поглощает алюминий из альфа-твердого раствора, предотвращая образование бета-фазы, если только содержание алюминия не превышает 11%.Каппа-фаза повышает механическую прочность алюминиевых бронз без снижения пластичности. Снижение пластичности алюминиевых бронз происходит при образовании бета-фазы. Бета-фаза более твердая и хрупкая, чем альфа-фаза. Бета образуется, если материал подвергается закалке или быстрому охлаждению, который затем превращается в твердую игольчатую мартенситную структуру. Отпуск мартенсита приводит к образованию альфа-структуры с выделениями каппа. Очень желательна закаленная структура, она обладает высокой прочностью и твердостью.Медленно охлаждающиеся, так как литые структуры состоят из альфа- и каппа-фаз. Каппа присутствует в пластинчатой ​​форме и тонко разделен во всех альфа-областях. Добавление железа и никеля также подавляет образование гамма-двойной основной фазы, которая оказывает вредное воздействие на свойства алюминиево-медных сплавов.

ПРИМЕЧАНИЕ: Размер файла Увеличенный и Наибольший Вид микрофотографий значительно больше, чем показанная миниатюра. Увеличенный вид Изображения имеют размер от 11K до 120K в зависимости от изображения. The Largest View изображений имеют размер от 125K до почти 500K.


Номинальный состав:
Cu 90,83, Al 6,5, Fe 2,4, Sn 0,27

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Пластина
Обработка: Горячекатаный
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 125 микрон
Сплав: С61300
Состояние:
Материал: Алюминиевая бронза, 6-7.5 Ал
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 90,83, Al 6,5, Fe 2,4, Sn 0,27

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Стержень
Обработка: Экструдированные и холоднотянутые
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 125 микрон
Сплав: С61300
Состояние:
Материал: Алюминиевая бронза, 6-7.5 Ал
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 87.1, Al 9.3, Fe 3.6

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Стержень
Обработка: Экструдированный и холоднотянутый 10%
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 25 микрон
Сплав: С62400
Состояние:
Материал: Алюминиевая бронза, 10-11.5 Ал
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 83,8, Al 12,0, Fe 4,2

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Стержень
Обработка: Экструдированный
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 50 микрон
Сплав: С62500
Состояние:
Материал: Алюминиевая бронза, 12.5-13,5 Ал
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 82,5, Al 9,7, Ni 4,9, Fe 2,9

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска:
Обработка: После закалки из 857C
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 25 микрон
Сплав: C63000
Состояние:
Материал: Никель-алюминиевая бронза, 9.0–11,0 алюминий, 4,0–5,5 никель
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 82,5, Al 9,7, Ni 4,9, Fe 2,9

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Стержень
Обработка: Экструдированные и холоднотянутые
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 125 микрон
Сплав: C63000
Состояние:
Материал: Никель-алюминиевая бронза, 9.0–11,0 алюминий, 4,0–5,5 никель
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 80,4, Al 8,9, Ni 5,0, Fe 4,7, Mn 1,0

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска:
Обработка: Экструдированный
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 125 микрон
Сплав: С63200
Состояние:
Материал: Никель-алюминиевая бронза, 8.7-9,5 алюминий, 4,0-4,8 никель
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 80,4, Al 8,9, Ni 5,0, Fe 4,7, Mn 1,0

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска:
Обработка: Закалка от 927°С и отпуск при 705°С
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 500 микрон
Сплав: С63200
Состояние:
Материал: Никель-алюминиевая бронза, 8.7-9,5 алюминий, 4,0-4,8 никель
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 85,8, Al 10,2, Fe 4,0

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Литой
Обработка: Отливка, отжиг при 621°C и закалка в воде
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 500 микрон
Сплав: С95400
Состояние:
Материал: Алюминиевая бронза, 10-11.5 Ал
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 85,8, Al 10,2, Fe 4,0

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Литой
Обработка: Отожженный и с печным охлаждением
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 50 микрон
Сплав: С95400
Состояние:
Материал: Алюминиевая бронза, 10-11.5 Ал
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 85,8, Al 10,2, Fe 4,0

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Литой
Обработка: Отжиг при 621°C и закалка в воде
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 25 микрон
Сплав: С95400
Состояние:
Материал: Алюминиевая бронза, 10-11.5 Ал
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 85,8, Al 10,2, Fe 4,0

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Литой
Обработка: Литье и закалка из 913C
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 125 микрон
Сплав: С95400
Состояние:
Материал: Алюминиевая бронза, 10-11.5 Ал
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 78 мин, Al 10,0-11,5, Ni 3,0-5,5, Fe 3,0-5,0, Mn 3,5

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Литой
Обработка: Литой и термообработанный
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 250 микрон
Сплав: С95500
Состояние:
Материал: Никель-алюминиевая бронза, 10-11.5 Al, 3-5,5 Ni, Mn 3,5
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 81,4, Al 8,9,5, Ni 4,7, Fe 4,0, Mn 1,0

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Литой
Обработка: Отожженный при 621°C и воздушное охлаждение
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 25 микрон
Сплав: С95800
Состояние:
Материал: Никель-алюминиевая бронза, 9 Al, 4.5 Ni
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 81,4, Al 8,9,5, Ni 4,7, Fe 4,0, Mn 1,0

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Литой
Обработка: Литье и закалка из 857C
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 25 микрон
Сплав: С95800
Состояние:
Материал: Никель-алюминиевая бронза, 9 Al, 4.5 Ni
Источник: Университет Флориды


Номинальный состав:
Cu 81,4, Al 8,9,5, Ni 4,7, Fe 4,0, Mn 1,0

Увеличенный вид микрофотографии
Увеличенный вид микрофотографии

Семейство сплавов: Алюминиевые бронзы
Форма выпуска: Литой
Обработка: Литье и закалка из 857C
Травитель:
Длина линейки шкалы: ~ 125 микрон
Сплав: С95800
Состояние:
Материал: Никель-алюминиевая бронза, 9 Al, 4.5 Ni
Источник: Университет Флориды

Анодные материалы из алюминиево-медного сплава для высокоэнергетических алюминиевых аккумуляторов на водной основе

Физико-химические характеристики сплавов Al-Cu

Металл Al является одним из наиболее привлекательных анодных материалов в постлитиевых батареях ввиду его многочисленных достоинств , такие как низкая стоимость и высокое содержание Земли, а также высокая плотность заряда и гравиметрическая/объемная емкость по сравнению с Na, K и Zn ( рис.1а и Дополнительную таблицу 1) 10,21,24,25 . Чтобы решить присущую ему проблему необратимости из-за оксидного слоя, здесь мы разрабатываем периодически выровненные металлические/интерметаллические гальванические пары Al/Al 2 Cu в сплаве E-Al 82 Cu 18 для улучшения зачистки/покрытия Al в AR -АМС, отличающиеся от эвтектического сплава Zn-Sn для сведения к минимуму измельчения активных материалов и последующей потери электрического контакта в ЛИА 38 , и эвтектического сплава Zn-Al для решения проблем с дендритами металлического цинкового анода в перезаряжаемых цинк-ионных батареях на водной основе 39 .При допущении, что все атомы Al могут принимать участие в электрохимической зачистке/осаждении, теоретические объемная и гравиметрическая емкости сплава E-Al 82 Cu 18 оцениваются как г -1 .

Рис. 1: Достоинства металлического алюминиевого анода и характеристики микроструктуры эвтектических сплавов Al-Cu.

a Сравнение электрохимических свойств, стоимости и распространенности Al, Zn, K, Na и Li. b Схема, иллюстрирующая процедуру получения пластинчатого наноструктурированного сплава E-Al 82 Cu 18 , состоящего из чередующихся ламелей α-Al (серый) и интерметаллида Al 2 Cu (темно-желтый). c Фотография готовых листов из сплава E-Al 82 Cu 18 с размерами ~13 см × ~1,5 см × ~400 мкм. Масштабная линейка, 1 см. d Рентгенограммы E-Al 82 Cu 18 (розовая линия), интерметаллического Al 2 Cu (синяя линия) и монометаллического Al (зеленая линия) электродной фольги.Образцы линий показывают справочные карты 04–0787 и 25–0012 для гранецентрированного кубического Al (желтые линии) и объемно-центрированного тетрагонального Al 2 Cu (синие линии) в соответствии с JCPDS соответственно. e Репрезентативная оптическая микрофотография пластинчато-наноструктурированного сплава E-Al 82 Cu 18 с межпластинчатым расстоянием ~420 нм. Масштабная линейка, 5  мкм. f СЭМ изображение E-Al 82 Cu 18 в обратно рассеянных электронах с различными контрастами, соответствующими ламелям α-Al и интерметаллида Al 2 Cu, а также соответствующее картирование элементов Cu (зеленым) и Ал (в красном).Масштабная линейка, 1  мкм. г HRTEM-изображение E-Al 82 Cu 18 на границе Al 2 Cu/Al. Масштабная линейка, 2 нм. h , i БПФ-картины выбранных красных и розовых ящиков в интерметаллической фазе Al 2 Cu ( h ) и металлическом Al ( i ). j HRTEM-изображение Al/Al 2 O 3 межфазной области. Масштабная линейка, 2 нм. k БПФ-картины выбранной области в аморфном слое Al 2 O 3 в j .

Сплав E-Al 82 Cu 18 получают дуговым плавлением чистых металлов Al (99,994 %) и Cu (99,996 %) с эвтектическим составом 82:18 (ат.%), а затем водой. циркуляционное печное охлаждение для образования несмешивающихся эвтектоидов α-Al и Al 2 Cu посредством реакции затвердевания эвтектики (рис. 1б, в) 40,41 . Рентгеновская дифракция (РФА) демонстрирует спонтанное разделение фаз α-Al и Al 2 Cu в свежеприготовленном сплаве E-Al 82 Cu 18 (рис.1d), с двумя наборами характеристических рентгенограмм, соответствующих плоскостям (111), (200), (220) и (311) гранецентрированного кубического (ГЦК) металла Al (JCPDS 04-0787) и (110 ), (200), (211), (112), (202), (222), (420), (402) плоскости объемно-центрированного тетрагонального (bct) Al 2 Интерметаллическое соединение Cu (JCPDS 25-0012 ), соответственно. Оптическая микрофотография листов сплава E-Al 82 Cu 18 показывает, что эвтектическое затвердевание образует упорядоченную пластинчатую наноструктуру из чередующихся ламелей α-Al и интерметаллида Al 2 Cu толщиной ~150 нм и ~270 нм ( Инжир.1e и дополнительный рисунок 1), т. е. расстояние между ламеллярами ~ 420  нм. Эта микроструктура также иллюстрируется изображением обратно рассеянных электронов на сканирующем электронном микроскопе (SEM) и соответствующим картированием элементов Al и Cu с помощью энергодисперсионной спектроскопии (EDS). Как показано на рис. 1f, атомы Al и Cu периодически распределяются в сплаве E-Al 82 Cu 18 в зависимости от наличия чередующихся наноламелей Al и Al 2 Cu. На рисунке 1g показано изображение, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа (HRTEM) высокого разрешения межфазной области Al/Al 2 Cu, если смотреть вдоль осей их зон <111> и <10\(\bar{2}\)>.Ввиду фазового разделения, вызванного эвтектической реакцией 40,41 , присутствуют отчетливо изолированные области монометаллического Al и интерметаллического Al 2 Cu, которые идентифицируются по их картинам быстрого преобразования Фурье (БПФ) ГЦК- и ОЦТ-кристаллографических структур ( Рис. 1з, и). Благодаря высокой оксофильности Al 10,11,22,23,24,25,34,35 целесообразно наблюдать тонкую аморфную оксидную оболочку толщиной ~4 нм на составляющих ламелях α-Al E-Al 82 Cu 18 сплав (рис.1к, л). Тем не менее, измерения рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) показывают, что в дополнение к химическому состоянию Al 3+ из-за образования слоя Al 2 O 3 компоненты Al и Cu в поверхностном слое Сплав E-Al 82 Cu 18 находится в основном в металлическом состоянии из-за проводящих ламелей Al 2 Cu (дополнительный рисунок 2a, b), которые не только облегчают перенос электронов через аморфный Al 2 O 3 поверхностный слой, но в паре с соседними ламелями алюминия образуют локализованные гальванические пары Al/Al 2 Cu в процессах заряда/разряда 36,37,42 .

Электрохимические характеристики сплавов Al–Cu

Для исследования влияния пассивирующего оксидного слоя на поведение электродов на основе алюминия при снятии/осаждении алюминия электрохимические измерения проводятся в симметричной ячейке с использованием 2 M Al(OTF) 3 водных электролитов с различной концентрацией кислорода ( C O2 ), которые регулируются продувкой O 2 или N 2 в течение разного времени (дополнительная таблица 2).На рисунке 2а показан репрезентативный профиль напряжения симметричного элемента E-Al 82 Cu 18 во время зачистки/покрытия Al при плотности тока 0,5 мА см −2 по сравнению с профилями симметричного Al 2 Cu и Алюминиевые, в O 2 -продувном водном электролите Al(OTF) 3 с C O2  = 13,6 мг л −1 . Симметричная ячейка E-Al 82 Cu 18 демонстрирует относительно плоские и симметричные плато напряжения на этапах зачистки/напыления алюминия, несмотря на то, что напряжение гистерезиса постепенно увеличивается до ~180 мВ от начальных 150 мВ, вероятно, из-за постоянного образования пассивирующего оксида. в таком электролите с высокой концентрацией кислорода (дополнительный рис.3а). Это резко контрастирует с монометаллической симметричной ячейкой Al, в которой нестабильное перенапряжение достигает ~ 2000–3000 мВ из-за побочных реакций, таких как реакция выделения водорода и реакция окисления Al (рис. 2a и дополнительный рис. 3b). ) 11,14 . В то время как для симметричной ячейки Al 2 Cu требуется начальное высокое перенапряжение ~ 400  мВ, чтобы отделить Al от термодинамически стабильной интерметаллической фазы Al 2 Cu. По мере того, как очищенный Al полностью участвует в последующих циклах зачистки/осаждения, перенапряжение постепенно снижается до ~195 мВ (рис.2а и дополнительный рис. 3в), что сравнимо со значением E-Al 82 Cu 18 симметричной ячейки из-за образования дополнительных гальванических пар Al/Al 2 Cu 36,37,42 .

Рис. 2: Зависимость характеристик алюминиевого покрытия/зачистки эвтектических сплавов Al-Cu от концентрации кислорода.

a , b Алюминиевые профили напряжения зачистки/покрытия электродов E-Al 82 Cu 18 (розовая линия), Al 2 Cu (синяя линия) и электродов из чистого алюминия (зеленая линия) в их собранные симметричные ячейки в 2 M водном электролите Al(OTF) 3 с C O2  = 13.6 ( a ) и 0,13 мг L -1 ( b ), которые очищаются O 2 и N 2 в течение 2 ч соответственно. Плотность тока: 0,5 мА см -2 . c , d Спектры EIS собранных симметричных ячеек E-Al 82 Cu 18 , Al 2 Cu и чистого Al в 2 M Al(OTF) 3 6 водном электролите с C 4 O2  = 13,6 ( c ) и 0,13 мг л −1 ( d ).Символы представляют собой необработанные данные симметричных ячеек E-Al 82 Cu 18 (розовые сферы), Al 2 Cu (синие ромбы) и чистого Al (зеленые квадраты), а линии представляют подходящие данные E -Al 82 Cu 18 (розовая линия) и Al 2 Cu (синяя линия).

В то время как в водном электролите Al (OTF) 3 с низкой концентрацией кислорода, эти электроды на основе алюминия имеют поверхностное окисление, которое необходимо уменьшить для улучшения зачистки / покрытия алюминия (дополнительный рис.3а–в). Как показано на дополнительном рис. 3d, перенапряжения этих симметричных клеток на основе Al явно уменьшаются по мере того, как C O2 снижается до 0,13 мг л -1 . На рисунке 2b сравниваются начальные профили напряжения симметричных ячеек E-Al 82 Cu 18 , Al 2 Cu и Al во время зачистки / покрытия Al при 0,5 мА  см −2 в N 2 — очищенный Al(OTF) 3 водный электролит с C O2  = 0.13 мг л -1 . Вследствие значительного подавления образования дополнительного оксида симметричная ячейка E-Al 82 Cu 18 имеет стабильные плато напряжения всего ~ 53 мВ, что составляет только одну шестую от начальных перенапряжений (~ 300 мВ). которые используются для удаления Al из интерметаллической матрицы Al 2 Cu для последующего циклического удаления/осаждения Al в симметричных ячейках Al 2 Cu. Меньшая поляризация ячейки E-Al 82 Cu 18 , вероятно, связана с ламеллярной наноструктурой электрода E-Al 82 Cu 18 , в котором составляющий металлический α-Al и интерметаллид Al 2 Cu ламели играют различную роль в циклах зачистки/покрытия алюминиевых сплавов.В силу их различных коррозионных потенциалов 36,37,42 менее благородный α-Al термодинамически предпочитает работать в качестве электроактивного материала для обеспечения носителей заряда Al 3+ , а более благородный Al 2 Cu пары с составляющим α-Al образуют локальные гальванические пары, запускающие удаление алюминия, и служат двумерным наноструктурой для направления последующего покрытия алюминием. Независимо от того, в каком электролите C O2 от 13,6 до 0,13 мг л −1 , ламеллярная наноструктура улучшает поведение алюминия при зачистке/покрытии E-Al 82 Cu 18 (дополнительный рисунок.3a) по сравнению с монометаллическим алюминием, который в качестве безосновного электрода подвергается усиливающемуся процессу поляризации из-за неконтролируемого отрыва / покрытия алюминия и неизбежного выделения водорода и реакций окисления алюминия (дополнительный рисунок 3b) 11,23 . Их различное поведение при снятии/покрытии алюминия дополнительно исследовано с помощью циклической вольтамперометрии (CV) в водном электролите N 2 с продувкой Al(OTF) 3 с C O2  = 0,13 мг л

–1 где материалы E-Al 82 Cu 18 , Al 2 Cu и Al используются в качестве рабочего электрода и противоэлектрода, а алюминиевая проволока используется в качестве электрода сравнения в трехэлектродной конфигурации ячейки.Как показано на дополнительном рисунке 4, электрод E-Al 82 Cu 18 демонстрирует улучшенные симметричные характеристики зачистки / покрытия алюминия с начальным потенциалом всего 0   В по сравнению с Al / Al 3+ и улучшенным плотность тока по сравнению с другими электродами на основе алюминия. Это резко контрастирует с интерметаллидом Al 2 Cu с прочными ковалентными связями Cu–Al и монометаллическим Al с естественным оксидным слоем, потенциалы начала отщепления Al которых достигают ~96 и ~172  мВ соответственно вдоль низкие плотности тока.Гальваническая пара Al/Al 2 Cu, усиленная кинетикой удаления/осаждения алюминия, также демонстрируется измерениями спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) симметричных ячеек E-Al 82 Cu 18 , Al 2 Cu и Al ( Дополнительный рис. 5a–c). На рис. 2c, d показаны репрезентативные графики Найквиста, сравнивающие спектры EIS всех симметричных ячеек на основе Al в O 2 — и N 2 — очищенных водных электролитах Al(OTF) 3 с C O2  = 13.6 и 0,13 мг л -1 соответственно. При этом симметричные ячейки E-Al 82 Cu 18 имеют характерные полукруги в области высоких и средних частот и наклонные линии в области низких частот, в отличие от ячеек Al 2 Cu и Al с значительно большие диаметры полуокружностей. На высоких частотах точка пересечения на действительной оси представляет собственное сопротивление как электролита, так и электрода ( R I ). В диапазоне средних частот диаметр полукруга соответствует параллельному соединению сопротивления переноса заряда ( R CT ) алюминиевой зачистки/покрытия и элемента постоянной фазы (CPE).Наклон наклонной линии на низких частотах — это сопротивление Варбурга ( Z w ). На основе этих общих дескрипторов в эквивалентной схеме (дополнительный рис. 5d) спектры EIS анализируются с использованием сложного нелинейного метода аппроксимации наименьших квадратов. На дополнительных рисунках 6a, b сравниваются значения R I и R CT всех электродов на основе Al в водных растворах Al(OTF) 3 с различными C O2 900, где E-Al 82 Cu 18 всегда имеет самые низкие значения R I и R CT .При C О2 91 365 = 0,13 мг L -1 , то R 91 365 девяносто один тысяча триста шестьдесят четыре Я Е-Al 82 18 Cu электрода составляет всего ~ 3 Ом, потому что образует оксидную ультратонкий слой к облегчить зачистку/покрытие алюминия. Электрод E-Al 82 Cu 18 , запускаемый периодическими гальваническими парами Al/Al 2 Cu, имеет сопротивление R CT ~160 Ом, что более чем в двадцать раз ниже, чем у монометаллического Al с более толстым пассивирующим оксидным слоем (~ 3880   Ом) (дополнительная таблица 3).

Чтобы определить особую роль α-Al и наноламелей Al 2 Cu в электродах E-Al 82 Cu 18 , картирование ex-situ методом СЭМ-ЭДС проводится после глубокого удаления алюминия и нанесения покрытия на 1 мА см -2 в течение 10 ч в водном электролите Al(OTF) 3 с C O2  = 0,13 мг л -1 (рис. 3а). Как показано на типичном изображении СЭМ в обратно рассеянных электронах электрода E-Al 82 Cu 18 , очищенного от алюминия (левая вставка на рис.3а), составляющие ламели α-Al в качестве электроактивных материалов селективно растворяются в процессе удаления алюминия, в то время как интерметаллические ламели Al 2 Cu остаются, чтобы сформировать ламеллярно-наноструктурный двумерный рисунок. Это также иллюстрируется соответствующим картированием элементов Al и Cu SEM-EDS (левые вставки на рис. 3a), где атомы Al распределяются вдоль богатых Cu ламелей Al 2 Cu. Во время последующего процесса гальванопокрытия алюминия алюминий встраивается в оголенные E-Al 82 Cu 18 вдоль сформированных на месте структурных двумерных наноструктур Al 2 Cu.Как показано на изображениях элементного картирования SEM-EDS E-Al 82 Cu 18 с покрытием Al 82 Cu 18 (правые вставки на рис. 3a), электроосажденные атомы Al равномерно распределяются в каналах, зажатых между Al 2 Cu ламели, то же, что и нетронутый E-Al 82 Cu 18 (рис. 1e). В соответствии с профилями напряжения процессов зачистки/напыления алюминия, энергоэффективность (ЭЭ) оценивается как ~99,4% в соответствии с уравнением \({{{{\rm{EE}}}}}}=\int I {V} _ {{{{{{\ mathrm {зачистки}}}}}}} (t) {{{{{\ mathrm {d}}}}}}} t/\ int I {V} _ { {{{{{\mathrm{plating}}}}}}}(t){{{{{\mathrm{d}}}}}}t\), что указывает на высокую обратимость Al E-Al 82 Cu 18 электрод.Здесь I — плотность тока, V зачистки ( t ) и V покрытия ( t ) — напряжения зачистки и покрытия в момент времени ( 9193 ).

Рис. 3: Электрохимические характеристики симметричных ячеек на основе Al.

a Типичный профиль напряжения зачистки/покрытия (розовая линия) E-Al 82 Cu 18 симметричные ячейки в 2 M Al(OTF) 3 водный электролит с C   9,013 O213 мг л -1 . Плотность тока: 1 мА см -2 . Вставки: репрезентативные изображения СЭМ и соответствующие картирования элементов Al (красный) и Cu (зеленый) SEM-EDS для электрода E-Al 82 Cu 18 после удаления алюминия (слева) и последующего нанесения алюминия ( правильно). Масштабные линейки, 1  мкм. b Сравнение скоростей для симметричных ячеек электродов E-Al 82 Cu 18 (розовая линия), Al 2 Cu (синяя линия) и Al (зеленая линия) в 2 M Al (OTF) 3 водный электролит с C O2  = 0.13 мг л −1 при различных плотностях тока 0,5, 1,0, 1,5, 2,5 мА см −2 . Вставка: увеличенные профили напряжение-время, сравнивающие поведение электродов E-Al 82 Cu 82 Cu 18 (розовая линия) и Al 2 Cu (синяя линия) при различных плотностях тока. c Долговременная циклическая стабильность алюминиевых зачисток/покрытий для симметричных ячеек на основе электродов E-Al 82 Cu 18 (розовая линия), Al 2 Cu (синяя линия) и Al (зеленая линия) в 0.5 мА см −2 в 2 M Al(OTF) 3 водный электролит с C O2  = 0,13 мг л −1 . Вставка: эволюция напряжения для Al (слева), Al 2 Cu (в центре) и E-Al 82 Cu 18 (справа). д е Спектры ЭИС E-Al 82 Cu 18 ( d ), Al 2 Cu ( e ) и Al ( f 9 симметричные ячейки до и после измерения циклов зачистки/покрытия в течение 240 ч, 240 ч и 24 ч, соответственно, в 2 M водном электролите Al(OTF) 3 с C O2  = 0.13 мг л -1 . Символы квадрата и кружка представляют собой необработанные данные E-Al 82 Cu 18 ( d ), Al 2 Cu ( e ) и Al ( f ) симметричных ячеек до и после Al зачистки/покрытия в течение 240 ч соответственно, в которых линии представляют данные их подгонки.

Благодаря ламеллярно-наноструктурному рисунку Al 2 Cu, который улучшает кинетику удаления/осаждения Al составляющих ламелей α-Al, симметричная ячейка E-Al 82 Cu 18 демонстрирует лучшие характеристики по скорости в водный электролит Al(OTF) 3 с C O2 = 0.13 мг л -1 . Как показано на рис. 3б, симметричная ячейка E-Al 82 Cu 18 имеет постоянно увеличивающийся гистерезис ~31, ~56 и ~103 мВ при увеличении плотности тока от 0,5 до 1,0, 1,5 и 2,5 мА см −2 . Эти напряжения гистерезиса значительно ниже значений симметричных ячеек на основе интерметаллических Al 2 Cu (~51, ~95 и ~192 мВ) и монометаллических Al (~1750, ~2990 и ~4530 мВ) электродов. На рисунке 3c сравнивается циклическая стабильность алюминиевых зачисток/покрытий всех симметричных ячеек на основе алюминия.Очевидно, что профиль напряжения симметричной ячейки E-Al 82 Cu 18 не показывает явных колебаний при длительном циклировании при 0,5 мА см −2 в течение более 2000 ч, за исключением небольшого снижения перенапряжения. от начального ~ 53 мВ до конечного ~ 37 мВ, вероятно, из-за образования все меньшего и меньшего количества оксида (правая вставка на рис. 3c) и незначительного выделения водорода (дополнительный рис. 7a). Это контрастирует с симметричными ячейками Al 2 Cu и Al с гораздо большим гистерезисом напряжения и флуктуациями при 180 ч и 26 ч соответственно (рис.3с). При увеличении времени циклирования происходят серьезные побочные реакции выделения водорода и окисления алюминия наряду с процессами удаления / покрытия алюминия, особенно в монометаллической симметричной ячейке Al (левая вставка на рис. 3c и дополнительный рис. 7b). Генерация водорода определяется с помощью газовой хроматографии на месте (дополнительный рисунок 7c). Производство водорода увеличивает значение pH электролитов, чтобы облегчить окисление металлического алюминия и, таким образом, усугубить побочные реакции 11,43 , что приводит к повреждению корпуса элемента и утечке электролита (дополнительный рис.8). Как свидетельствуют более интенсивные полосы комбинационного рассеяния и изменение химического состояния Al в спектрах XPS (дополнительные рисунки 9 и 10), действительно образуется дополнительный Al 2 O 3 на монометаллическом алюминиевом электроде после 40 зачистки/покрытия. циклы. В то время как в симметричной ячейке E-Al 82 Cu 18 поверхностный оксид электрода E-Al 82 Cu 18 , вероятно, ниже предела обнаружения для измерений рамановской спектроскопии (дополнительные рис.11 и 12), что позволяет осуществлять высокообратимую зачистку/покрытие алюминия при низком перенапряжении. Кроме того, на электродах E-Al 82 Cu 18 не наблюдается никаких пузырьков во время процессов зачистки / покрытия алюминия (дополнительный рисунок 7b). Улучшенная циклическая стабильность электрода E-Al 82 Cu 18 также подтверждается незаметным изменением спектров EIS во время процессов зачистки/осаждения алюминия (рис. 3d). Относительно начальных значений R I и R CT они увеличиваются только на ~2 и ~20 Ом после 120 циклов соответственно, что значительно меньше, чем у интерметаллических Al 2 Cu электродов (~ 8 и ~290 Ом) (рис.3e и дополнительную таблицу 4). В то время как монометаллическая алюминиевая симметричная ячейка имеет значения R I и R CT , которые увеличиваются до ~ 36 и ~ 8855   Ом только после 12 циклов (рис. 3f и дополнительная таблица 4). Благодаря высокой обратимости снятия/покрытия алюминия электрод E-Al 82 Cu 18 по-прежнему сохраняет исходную ламеллярную наноструктуру даже после более чем 1000 циклов (2000 часов) (дополнительный рисунок 13a), в отличие от электродам Al 2 Cu и Al, которые выполняются только в течение 125 и 20 циклов зачистки/покрытия Al соответственно.Как показано на дополнительном рис. 13b, c, на электродах Al 2 Cu и Al появляется большое количество трещин. Все эти электрохимические и структурные особенности подтверждают эффективное поведение Al электрода E-Al 82 Cu 18 при зачистке/осаждении из-за его ламеллярной наноструктуры из чередующихся интерметаллических пластин Al 2 Cu и α-Al.

Характеристики электрохимического накопления энергии полных элементов с ионами алюминия

Для разработки полных элементов на основе E-Al 82 Cu 18 на основе AR-AMB для практического использования, катодный материал Al 3+ предварительно интеркалированный марганец оксид (Al x MnO 2 · n H 2 O) получают модифицированным гидротермальным методом.На дополнительном рисунке 14a, b показаны изображения СЭМ и ПЭМ с малым увеличением в исходном состоянии Al x MnO 2 · n H 2 O, демонстрирующие иерархическую наноструктуру, состоящую из нанолистов толщиной n ~ 10  . Изображение HRTEM нанолистов Al x MnO 2 · n H 2 O иллюстрирует природу слоистой кристаллической структуры (вставка на дополнительном рисунке 14b). Согласно спектральным характеристикам колебаний Mn-O 44,45 , характерные полосы комбинационного рассеяния на 506, 573 и 641  см -1 раскрывают структуру типа бирнесита (дополнительный рис.14в) 46 . Это дополнительно подтверждается явными дифракционными пиками на рентгенограммах Al x MnO 2 · n H 2 O при 2θ = 10,9°, 25,2°, 36,7°, 6 к отражениям 001, 002, 110 и 020 бернессита (JCPDS 43–1456) (дополнительный рисунок 14d). Дифракционные пики, отклоняющиеся от соответствующих линий, указывают на предварительную интеркаляцию гидратированного катиона Al 3+ . Что касается положения дифракционного пика 001, расстояние между слоями нанолистов Al x MnO 2 · n H 2 O оценивается как 0.811 нм, что согласуется с наблюдениями на изображении HRTEM (вставка на дополнительном рисунке 14b). Спектр РФЭС свидетельствует о присутствии атомов Al, Mn и O в свежеприготовленных нанолистах Al x MnO 2 · n H 2 O (дополнительный рис. 15a), где Значение x оценивается как ~ 0,12 согласно анализу оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES) (дополнительная таблица 5). В спектре XPS Al 2 p с высоким разрешением (дополнительный рис.15б) характерный пик при энергии связи 75,0 эВ приписывается предварительно интеркалированным катионам Al 3+ , которые взаимодействуют с листами MnO 6 для корректировки химических состояний Mn 3+ и Mn . 4+ (дополнительный рис. 15в) 12,15 . O 1 s РФЭС-анализ показывает, что в основном существуют три кислородсодержащих соединения, т.е. до пиков при энергиях связи 529.8, 530,9 и 533,0  эВ (дополнительный рис. 15d) 7,47 . При этом последняя отнесена как к кристаллической воде, так и к конституционной воде, которые идентифицируются термогравиметрическим анализом (ТГА) при температуре ниже 510 °С. Как показано на профиле ТГА (дополнительный рисунок 15e), потеря веса ниже 120  ° C связана с удалением кристаллической воды 48 . При повышении температуры от 120 °С до 510 °С соответствующая потеря массы приписывается конституционной воде за счет образования гидратированного Al 3+ с высокой энтальпией 49 .

На рисунке 4a показаны репрезентативные кривые циклической вольтамперометрии (ЦВА) полных элементов AR-AMB, собранных с анодом из сплава E-Al 82 Cu 82 Cu 18 или монометаллическим алюминиевым анодом и Al x MnO 2 2 · n H 2 O катод, т.е. E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 или Al | |Al x MnO 2 , в 2 M Al(OTF) 3 водном электролите с C O2 = 0.13 мг л -1 . Хотя оба E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 и Al | |Al x MnO 2 Элементы AR-AMB имеют тот же катодный материал, что и Al x MnO 2 · n H 2 0 различные аноды, т. е. пластинчатый наноструктурированный E-Al 82 Cu 18 и монометаллический Al, что указывает на важность анодов на основе Al в определении электрохимических характеристик полных ячеек AR-AMB.Благодаря улучшенным свойствам E-Al 82 Cu 18 , обеспечивающим быструю кинетику реакции интеркаляции/деинтеркаляции Al 3+ в Al x MnO 24 · · H 2 O, E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 ячейка показывает повышенную плотность тока и положительно сдвинутые напряжения анодных/катодных пиков по сравнению с Al | |Al x MnO 2 .При скорости сканирования 0,1 мВ с −1 анодный и катодный пики E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 может достигать ~1,647 и ~1,491 В соответственно при разности потенциалов ~156 мВ. В то время как разница напряжений анодного и катодного пиков увеличивается до ~ 673 мВ при увеличении скорости сканирования до 3 мВ с -1 (дополнительный рис. 16a), она все еще намного меньше, чем у Al   | |Al x MnO 2 ячейка при скорости сканирования 0.2 мВ с -1 (~ 863 мВ) (дополнительный рисунок 16b). Эти наблюдения указывают на улучшенную скоростную способность E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 ячейка. Как показано на дополнительном рисунке 16c, E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 элемент может достигать удельной емкости до ~478 мАч г −1 (исходя из массы загрузки Al x MnO 41 2 ) в 0.1 мВ с −1 и сохраняет ~249 мА·ч г −1 при 3 мВ с −1 (т. е. время разряда 467 с), даже сравнимое с Al | |Al x MnO 2 элемент (262 мА·ч г −1 ) при 0,2 мВ с −1 (7000 с).

Рис. 4: Электрохимические характеристики полных ячеек с ионами алюминия на водной основе.

a Репрезентативные CV-кривые для полного E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 (розовая линия) и Al | |Al x MnO 2 (зеленая линия) Al-ионные элементы в 2 M Al(OTF) 3 водный электролит с C O2  = 0.13 мг л -1 . Скорость сканирования: 0,1 мВ с −1 . b Типичные профили напряжения E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 (розовая линия) и Al | |Al x MnO 2 (зеленая линия) клеток при удельном токе 0,1 A g −1 . c Сравнение производительности и кулоновской эффективности для E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 (розовые сферы) и Al | |Al x MnO 2 ячеек (зеленые квадраты), которые выполняются при различных удельных токах от 0.от 1 до 5 A g −1 . d Спектры EIS E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 и Al | |Al x MnO 2 полные ячейки. Символы розовой сферы и зеленого квадрата представляют собой необработанные данные E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 и Al | |Al x MnO 2 полные ячейки, тогда как светло-розовые и темно-зеленые линии представляют данные их подгонки соответственно. e Сохранение емкости и кулоновская эффективность E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 (розовые сферы) и Al | |Al x MnO 2 ячеек (зеленые квадраты) при длительном циклическом измерении заряда/разряда при 0,5 A g −1 .

На рисунке 4b и дополнительном рисунке 17a, b показаны репрезентативные профили напряжения для гальваностатического заряда и разряда E-Al 82 Cu 18   | |Al x MnO 2 и Al | |Al x MnO 2 Элементы AR-AMB, с плато напряжения, согласующимися с соответствующими окислительно-восстановительными пиками на кривых CV из-за интеркаляции/деинтеркаляции Al 3+ через Al x MNO 2 · N H N H 2 O + 3 ( Y x ) E + ( y ​​ x ) Al 3+ ↔ Al y ​​ MnO 2 · n H 2 O (рис.4a и дополнительный рисунок 16a, b) 12 , что продемонстрировано анализом XPS катода Al x MnO 2 после разряда и заряда (дополнительные рисунки 18 и 19). Как показано на дополнительных рисунках 18a, b для Mn 2 p и Al 2 p разряженного Al y ​​ MnO 2 интеркалирование Al 3+ 916 приводит к значение достигает 0,56, что сопровождается изменением химического состояния Mn от Mn 3+ и Mn 4+ до Mn 2+ .Что касается заряженного Al x MnO 2 , то содержание Al снижается до x  = ~11 за счет деинтеркаляции Al 3+ , где химическое состояние Mn изменяется на Mn 3+ и Mn 4+ из Mn 2+ (дополнительный рис. 19a, b). В состоянии заряда или разряда содержание F и S остается постоянным, вероятно, из-за физической адсорбции лигандов OTF на поверхности Al x MnO 2 (дополнительные рис.18г, д и 19г, д). Очевидно, что использование анода из сплава E-Al 82 Cu 18 приводит к тому, что E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 для демонстрации более высокого плато разряда и меньшей поляризации напряжения, что приводит к значительному повышению энергоэффективности. Как видно из разности напряжений заряда/разряда (Δ E ) при удельном токе 100 мА g −1 (~0,2 C) 50 , Δ E уменьшается до 0.17 В E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 из 0,52 В Al | |Al x MnO 2 . Кроме того, разрядная емкость E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 достигает ~480 мА·ч г −1 , что в ~1,5 раза больше, чем у Al | |Al x MnO 2 (~328 мА·ч г −1 ). Даже когда скорость увеличивается до 10 °C (т. е. 5000 мА g −1 ), он по-прежнему сохраняет/выдает емкость ~194/~190  мА·ч g −1 за 6 мин (рис.4c) с высокой кулоновской эффективностью ~ 98% (дополнительный рисунок 20). Для сравнения, зарядно-разрядная емкость Al | |Al x MnO 2 уменьшается до ~ 42/~ 33  мАч г -1 (рис. 4c) с более низкой кулоновской эффективностью ~ 78% (дополнительный рис. 20). В результате E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 достигает наивысшей удельной энергии ~672 Втч кг −1 (плотность энергии 815 Втч л −1 на основе объема катода) при 100 7 г·А·ч и удерживает ~212 Втч кг -1 при 5000 мА g -1 (дополнительный рис.21) 51 , сопоставимо с репрезентативными LIB (дополнительная таблица 6). Эти электрохимические свойства накопления энергии E-Al 82 Cu 18  | Ячейка |Al x MnO 2 обусловлена ​​улучшенной кинетикой удаления алюминия/покрытия ламельно-наноструктурированного E-Al 82 Cu 18 . Как показано в анализе EIS (рис. 4d и дополнительный рисунок 22a, b), E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 имеет значения R I и R CT на ~18 Ом и ~1836 Ом меньше, чем у Al| | Al x MnO 2 (дополнительный рис.22c, d и дополнительную таблицу 7). На дополнительном рисунке 23 показано поведение саморазряда E-Al 82 Cu 18   | |Al x MnO 2 ячейка. Подобно Al | |Al x MnO 2 , Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 имеет явное падение напряжения в первые 10 ч. Из-за медленной кинетики интеркаляции Al 3+ в Al x MnO 2 E-Al 82 Cu 18  | |Al x MnO 2 показывает плато напряжения в последующие 190 часов с низкой скоростью саморазряда ~0.57 мВ ч −1 . Более того, E-Al 82 Cu 18  | Ячейка | Al x MnO 2 также демонстрирует улучшенную циклическую стабильность при выполнении гальваностатического заряда / разряда при 500 мА g -1 в диапазоне напряжений от 0,5 до 1,8 В (дополнительный рисунок 24). Как показано на рис. 4e, он сохраняет ~ 83% начальной емкости после 400 циклов, а кулоновская эффективность составляет ~ 99% (дополнительный рис. 25). При резком сравнении Al | |Al x MnO 2 ячейка претерпевает быструю деградацию емкости, а также низкую кулоновскую эффективность в десятки циклов, вероятно, из-за плохой обратимости монометаллического Al (рис.4e и дополнительный рис. 25). Наряду с емкостью на уровне элемента 66,7 мА·ч · г −1 и удельной энергией 90,2 Втч кг −1 , которые оцениваются в соответствии с методологией практической оценки технологий алюминиевых аккумуляторов 25 , наш полный E-Al 82 Медь 18  | |Al x MnO 2 Элемент превосходит современные алюминиевые батареи (дополнительная таблица 8).

Кабель из алюминиевого сплава

VS Медный кабель

Кабель из алюминиевого сплава

VS Медный кабель



Просмотры сообщений: 3383

Силовой кабель из алюминиевого сплава представляет собой силовой кабель нового типа, изобретенный материалом из алюминиевого сплава серии AA8030 в качестве проводника с использованием специальной технологии уплотнения и обработки отжигом и других передовых технологий, в то время как медный кабель представляет собой электрический кабель с медью . в качестве его проводника, который широко используется в настоящее время.Кабель из алюминиевого сплава представляет собой кабель, в котором в качестве проводников добавляются микроэлементы на основе обычного алюминия . Хотя это модернизированная версия кабеля из чистого алюминия, он по-прежнему имеет очевидные недостатки по сравнению с медным кабелем.

Кабель из алюминиевого сплава

VS Медный кабель

кабель алюминиевого сплава

имеет слабую коррозионную устойчивость

Коррозия проводника кабеля — это в основном электрохимическая коррозия металла, то есть электролитическая батарея, вызванная помехами оригинальной батареи или блуждающим током, возникающим на поверхности металла. Магний , медь, цинк , кремний, и другие элементы добавляются в процесс производства кабеля из алюминиевого сплава для повышения его сопротивления ползучести, а также добавляется процесс термообработки.

Условия эксплуатации кабеля сложны, и алюминий с более низким электродным потенциалом в среде, содержащей электролиты, отличается от других добавленных металлических элементов, что приводит к образованию пути тока, приводящего к электрохимическим явлениям, таким как эрозия отверстий и коррозия трещин .

кабель алюминиевого сплава

имеет плохое сопротивление к высокой температуре

Температура плавления меди 1080 , а алюминия только 660 . Очевидно, что медный проводник является лучшим выбором для пожаробезопасного кабеля. В случае пожара температура в центральной среде может подняться до более чем 750 ℃ ​​ , и кабель должен быть в состоянии поддерживать основную функцию электропитания для построения линии жизнеобеспечения.

Очевидно, что при температуре поля пожара выше температуры плавления алюминиевого сплава и алюминия, какие бы меры по теплоизоляции не предпринимались, жила кабеля за короткое время расплавится и потеряет проводящую функцию, что приведет серьезно повлиять на безопасную эвакуацию персонала с места пожара.

Совместный риск отказа кабеля из алюминиевого сплава высок

Опыт эксплуатации кабеля показывает, что 80 % отказов происходит в месте соединения. Медь имеет беспрецедентные преимущества перед алюминием и алюминиевыми сплавами. Оксид меди , полученный путем окисления медных соединений, является отличным проводником и по-прежнему может гарантировать электрические характеристики соединения соединений и клемм. Оксид алюминия , полученный путем окисления соединений алюминия и алюминиевого сплава, является изолятором, а его твердая текстура и сильная адгезия затрудняют формирование хорошего проводящего контакта, который легко вызывает горячий контакт.

кабелей из алюминиевого сплава занимают больше ресурсов канала

При одинаковых условиях энергопотребления поперечное сечение кабеля из алюминиевого сплава должно быть больше, чем у медного кабеля, указанного в двух спецификациях, для достижения аналогичного потока нагрузки. Ресурс кабельного канала является важной частью конструкции городской кабельной сети, а увеличенное сечение проводника оказывает серьезное влияние на прокладку кабеля и размеры конструкции кабельного канала.

Если для внутренней прокладки напорной трубы выбран кабель из алюминиевого сплава , диаметр напорной трубы должен быть увеличен более чем на 1.В 6 раз больше диаметр прокладки медного кабеля, что заведомо удорожает строительство кабеля.

Кроме того, расширяющиеся масштабы гражданского строительства увеличили заселение земли, что явно нецелесообразно в условиях нарастающего дефицита городских подземных ресурсов.

Заключение

Спасибо, что прочитали нашу статью, и мы надеемся, что она поможет вам лучше понять кабель из алюминиевого сплава и медный кабель.Если вы хотите узнать больше о кабеле из алюминиевого сплава и медном кабеле, посетите веб-сайт http://www.samaterials.com для получения дополнительной информации. Они имеют более чем двадцатилетний опыт в производстве и продаже различных кабелей из алюминиевого сплава и медных кабелей.

Алюминиево-медные сплавы | Научный.Net

Анодное оксидирование АМС: влияние параметров процесса на формирование покрытия

Авторы: Рой Моргенштерн, Даниэла Никель, Дагмар Дитрих, Ингольф Шарф, Томас Лампке

Аннотация: Композиты с алюминиевой матрицей (АМК), состоящие из высокопрочных, дисперсионно-упрочняемых алюминиевых сплавов и однородно диспергированных твердых частиц, открывают новые возможности в разработке конструкций, связанных с безопасностью, на основе легких материалов.Подверженность матричного сплава селективной коррозии может быть значительно снижена за счет анодного окисления. Для исследований использовали порошково-металлургически обработанный сплав AlCu4MgMn с твердыми частицами и коммерческий деформируемый сплав для сравнения. Для контроля микроструктуры анодного оксида алюминия (ААО), образующегося на АМК, необходимо понимать влияющие параметры. Поэтому в первом опыте поведение анодирования матричного сплава было отделено от поведения твердых частиц.Покрытия ААО демонстрируют небольшие скорости роста на матрице и эталонном сплаве, сопровождаемые сложной структурой пор, которая отличается от упорядоченной вертикальной структуры пор на чистом алюминии. В зависимости от типа и размера, а также от параметров анодирования частицы либо включаются в ААО-покрытие без изменений, либо частично, соответственно. полностью окисляется. Микроструктура ААО существенно изменяется в зависимости от параметров анодирования. Показано, что технически целесообразная толщина покрытия на АМК может быть достигнута за счет выбора соответствующих параметров процесса.

636

Модификация поверхностей сплавов Al-Cu с помощью плазменного CVD

Авторы: Кароль Кизиол, Лукаш Качмарек, Станислава Йонас

Аннотация: Алюминиево-медные сплавы (Al-Cu) в настоящее время широко используются в различных областях, в основном в автомобильной и авиационной промышленности, благодаря своим уникальным свойствам, таким как высокая прочность, низкая плотность и хорошая коррозионная стойкость.Однако использование алюминиевых сплавов частично ограничено из-за их пониженной твердости, износостойкости и плохих трибологических характеристик. Желаемые полезные параметры могут быть улучшены за счет применения технологии PA CVD. В данной работе представлены результаты по определению и анализу структуры и выбранных свойств модифицированных поверхностей сплавов Al-Cu (серия 2ххх), приготовленных методом плазменного CVD (микроволнового химического осаждения из паровой фазы). Для обеспечения эффективности процесса модификации подложки поверхность покрытия подвергалась предварительной обработке аргоновой плазмой и/или процессу азотирования.В заключение, исследование подтвердило, что износостойкость сплава Al-Cu может быть успешно изменена путем применения метода MW CVD. Полученные результаты могут служить основой для разработки технологии слоев a-Si:C:N:H различного назначения.

496

Что такое алюминиевая бронза? — МеталТек

Алюминиевые бронзы

— это семейство сплавов на основе меди, в химическом составе которых используются железо и никель, но в качестве основного легирующего элемента используется алюминий.Алюминий значительно увеличивает прочность до такой степени, что он аналогичен прочности среднеуглеродистой стали. Дополнительным преимуществом является то, что алюминиевая бронза также обладает отличной коррозионной стойкостью. Именно эта прочность и коррозионная стойкость привели к раннему использованию алюминиевой бронзы.

Небольшая корректировка в металлургии приводит к значительным изменениям производительности. Это признание других свойств привело к использованию алюминиевых бронз для различных деталей, требующих прочности, твердости, устойчивости к износу и истиранию, низкой магнитной проницаемости, устойчивости к кавитации, эрозии, размягчению и окислению при повышенных температурах.Эти свойства вместе с легкостью свариваемости значительно расширили области применения алюминиевой бронзы.

В семействе алюминиевой бронзы есть две основные группы. Алюминиевая бронза содержит приблизительно 9-14% алюминия и 4% железа, в то время как никель-алюминиевая бронза содержит приблизительно 9-11% алюминия, 4% железа и 5% никеля. Добавление никеля в последний еще больше улучшает коррозионную стойкость материала, который и без того силен в этой области.

Общие алюминиевые бронзовые сплавы и некоторые типичные применения:

  • C95200 представляет собой высокопластичный материал с хорошей коррозионной стойкостью.Это идеально подходит для втулок, подшипников, легких передач, изнашиваемых пластин, трубопроводов низкого давления, колонн насосов и резервуаров.
  • C95400 обладает высокой текучестью и прочностью на растяжение, необычайной ударной вязкостью и исключительной устойчивостью к износу, усталости и деформации. Этот универсальный сплав широко используется в химической, морской, авиационной и механической промышленности в качестве зубчатых колес, втулок и подшипников, насосов и клапанов.
  • C95500 — один из самых прочных сплавов цветных металлов. Он служит тем же отраслям промышленности, что и C95400, с более высокой прочностью, твердостью и коррозионной стойкостью, хотя имеет несколько меньшую ударную вязкость.
  • Являясь специальной никель-алюминиевой бронзой, C95800 особенно подходит для морских применений с оптимальной стойкостью к коррозии в морской воде. Это могут быть детали гребного винта, втулки, подшипники, трубопроводы, в том числе опреснительные, и другие коррозионно-активные морские установки.
  • C95900 обеспечивает более высокую твердость и прочность на сжатие и используется для изготовления изнашиваемых пластин, формовочных валков, волок, зубчатых колес, направляющих клапанов, седел и вкладышей матриц.
  • MTEK 375 — чрезвычайно твердый, превосходный материал, часто используемый для формовки, волочения и гибки нержавеющей стали.

Свяжитесь с нами, чтобы получить рекомендации по выбору подходящей алюминиевой бронзы для вашего применения.

Влияние слоев, обогащенных медью, на локальную коррозию алюминиево-медных сплавов

I. ВВЕДЕНИЕ

Алюминиево-медные сплавы

широко используются в аэрокосмической и автомобильной промышленности благодаря их высокому соотношению прочности к весу и стойкости к повреждениям. Эти свойства являются результатом легирования медью в качестве основного легирующего элемента и соответствующей термомеханической обработки.Однако медь также оказывает значительное влияние на коррозионное поведение сплавов. Частицы интерметаллидов, содержащих медь, часто образуют микрогальванические пары с окружающим сплавом, вследствие чего повышается восприимчивость сплавов к локальному воздействию [ 1 , 2 ] .

Почти во всех случаях применения алюминиевых сплавов готовые сплавы проходят предварительную обработку и чистовую обработку поверхности, что обеспечивает функционализированную поверхность.Травление, химическая полировка, травление кислотой, электрополировка и предварительная обработка анодированием алюминиевых сплавов, содержащих медь, обычно приводит к образованию тонкого слоя сплава толщиной от 2 до 4 нм, сильно обогащенного медью, непосредственно под остаточной или анодной пленкой оксида алюминия из-за к менее отрицательной свободной энергии Гиббса на эквивалент для образования оксида меди по сравнению с оксидом алюминия [ 3 6 ] . Кроме того, для анодного окисления сплавов требуется однократное устойчивое обогащение примерно 40 ат% Cu, что эквивалентно примерно 5.4×10 19 атомов Cu m -2 , происходит окисление меди, и частицы меди внедряются в пленку на границе сплав/пленка в пропорциях сплава [ 6 ] . Присутствие меди в анодной пленке приводит к образованию газообразного кислорода внутри анодных пленок, в результате чего газообразный кислород содержит пузырьки под высоким давлением, следовательно, привнося латеральную пористость в пористые анодные пленки, сформированные на медьсодержащих алюминиевых сплавах []. 7 ] .

Большое количество исследований посвящено электрохимическому поведению алюминиевых сплавов в растворах хлорида натрия [ 1 3 ] . Все эти исследования показывают, что воздействие ионов хлора на алюминиевые сплавы приводит к локальной коррозии (питтинговой коррозии). Точечная коррозия является наиболее распространенной формой коррозии алюминия и его сплавов. Из распространенных методов электрохимического тестирования потенциодинамическая поляризация позволяет определить восприимчивость к точечной коррозии путем выявления потенциала точечной коррозии (E p ).Такие особенности, как включения, интерметаллические частицы (крупные или мелкие), шероховатость поверхности и электрохимический потенциал являются факторами, влияющими на зарождение и рост метастабильных ямок [ 8 ] . Целью данной статьи является исследование, существует ли корреляция между обогащенным слоем сплава и потенциалом питтинга алюминиево-медных сплавов.

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОЦЕДУРА

А. Подготовка проб и характеристика

Слои Al-0.Сплав 95 ат.% Cu был приготовлен с использованием системы магнетронного распыления Atom Tech Ltd с отдельными мишенями из алюминия 99,999% и меди 99,95%. Сплав наносили на электрополированные подложки из алюминия высокой чистоты. Камеру сначала вакуумировали до 6×10 -7 мбар, а затем осаждали в 99,998% аргоне при 5,5×10 -3 мбар. Подложки крепились к большому медному диску, температура которого повышалась до 305 К в процессе осаждения сплавов. Другая серия экспериментов была проведена с использованием термообработанного Al-2wt.Сплав %Cu с медью в твердом растворе. Образцы сплава нагревали до 550 °С в течение 3 ч, а затем закаливали в воде. Прямоугольные куски сплава были установлены в стандартные капсулы BEEM размера 00, которые затем были заполнены эпоксидной смолой. Наполненную капсулу отверждали в печи при 60°С в течение 48 часов. Следуя процедуре, используемой для подготовки образцов для ПЭМ с помощью ультрамикротомии, блоки затвердевшей смолы, содержащие образцы, обрезали с помощью стеклянного ножа в ультрамикротоме Leica Ultracut UCT.Окончательная площадь составила около 0,20 см 2 . Эта процедура использовалась, чтобы избежать включений или загрязнения обычными процедурами полировки. Образец алюминия высокой чистоты также был приготовлен с использованием предыдущей процедуры.

Обогащенный медью слой создавался для обоих типов образцов анодным травлением при постоянной плотности тока 5 мА см -2 в 0,1 М растворе гидроксида натрия при 293 К в разное время. Затем отдельные образцы были подключены в качестве анода к источнику питания (METRONIX 6911 DC), а лист из нержавеющей стали был подключен в качестве катода.Вольт-временные характеристики анодного травления записывали на ПК с помощью записывающей программы PICOLOG. После анодного травления образцы быстро промывали деионизированной водой и сушили в потоке прохладного воздуха. Затем образцы погружали на 30 с в 15% азотную кислоту для удаления любого слоя копоти, промывали деионизированной водой и сушили в потоке холодного воздуха.

Состав осажденного напылением сплава и образцов с обогащенными медью слоями определяли с помощью спектроскопии обратного рассеяния Резерфорда (RBS) [ 9 ] , используя 2.Ионы He+ с энергией 00–2,5 МэВ, произведенные на ускорителе Ван де Граафа Парижского университета с энергией 2,5 МэВ. Ток пучка и диаметр зерен составляли 60 нА и 0,5 мм соответственно, при падении луча перпендикулярно поверхности образца. Рассеянные частицы регистрировались под углом 165° к направлению падающего зернышка. Данные интерпретировали с использованием программы RUMP [ 10 ] .

Образцы свежеосажденного и анодно-протравленного сплава были вырезаны до номинальной толщины ~10 нм с помощью ультрамикротомии и исследованы с помощью просвечивающей электронной микроскопии ПЭМ с использованием прибора JEOL FX 200 II.

Б. Испытание на коррозию

Потенциодинамические поляризационные кривые алюминиево-медных сплавов, обогащенных алюминиево-медных сплавов и алюминия высокой чистоты были записаны в деаэрированном 0,1 М растворе хлорида натрия при 293 К со скоростью сканирования 0,2 мВ с -1 . Рабочая зона, определенная с помощью Lacomite, составляла около 0,2-1,0 см 2 для сплавов, нанесенных напылением, и для объемных сплавов соответственно. Использовали трехэлектродную ячейку с платиновым противоэлектродом и насыщенным каломельным электродом сравнения (SCE).Данные регистрировали с помощью потенциостата-гальваностата EG&G 264, Solartron, подключенного к компьютеру, с использованием программного обеспечения Corr.

III. РЕЗУЛЬТАТЫ

А. Обогащение меди щелочным травлением

В табл. 1 приведены обогащения меди из РБС и ожидаемое количество меди в обогащенном слое, полученном в сплаве Al-0,95 ат.% Cu щелочным травлением в гидроксиде натрия в течение от 12 до 75 с. Также даны средние составы слоя, обогащенного медью, при толщине слоя 2 нм со средневзвешенным значением атомных плотностей алюминия и меди.Лишь длительное время медь окисляется при травлении. Атомная плотность материала пленки внешнего слоя, используемого в моделировании, составляла 0,92·10 ·23· атомов см·-3·, что соответствует плотности анодного оксида алюминия плотностью 3,1 г·см·-3·. Анализ RBS показывает, что обогащение медью увеличивается с увеличением времени анодного травления.

ТАБЛИЦА 1

Результаты RBS-анализов сплава Al-0,95АТ.%Cu после травления при 5 МА см -2 в 0.1 М раствор гидроксида натрия при 293 К


На рис. 1 представлены типичные трансмиссионные электронные микрофотографии сплава Al-0,95 ат.% Cu после осаждения и после 75 с травления в гидроксиде натрия. Сплав столбчато-зернистый, с типичной шириной зерна ~ 40 нм, а выбранная поверхность была местами плоской с точностью ~ 8 нм, что является обычным для условий напыления. В представленном примере травление в течение 75 с уменьшило толщину сплава на 148 нм, что вполне согласуется с расчетным уменьшением на 132 нм с момента травления.


РИС. 1
Просвечивающие электронные микрофотографии сплава Al-0,95ат.%Cu после осаждения (а) и травления (б) в течение 75 с при 5 мА см-2 в 0,1 М растворе гидроксида натрия при 293 К.

B. Потенциодинамическое поведение поляризации в растворе хлорида натрия.

1) Сплав Al-0,95ат.%Cu, осажденный напылением. На рис. 2 показаны потенциодинамические поляризационные кривые сплава Al-0,95ат.%Cu в деаэрированном растворе хлорида натрия при 298 K после щелочного травления.Отдельные образцы перед поляризацией погружали на 120 мин. Потенциал сканировали при 0,2 мВ с -1 , начиная примерно на 200 мВ ниже коррозионного потенциала. Катодная плотность тока вследствие разложения воды не претерпевает существенных изменений при обогащении сплава и составляет 0,01-0,02 мА см -2 . Потенциал коррозии увеличивается по мере увеличения времени травления из-за наличия слоя сплава, обогащенного медью, при этом значения коррозии составляют около -1065 мВ для сплава после осаждения, -972 мВ и -896 мВ после 12 и 43 с после травления. щелочное травление соответственно.Кроме того, кривые указывают на незначительное увеличение плотности тока коррозии (icorr) до 3,5·10 -7 А см -2 после 43 с травления, когда обогащение составляет примерно 4,5·10 15 атомов Cu см — 2 сравните с необогащенным сплавом. Плотность тока впоследствии увеличивается из-за точечной коррозии. Однако идентификация потенциала питтинга (Ep) затруднена отсутствием четко выраженного изменения в поведении, которое может быть связано с использованием тонких слоев сплава.Здесь Ep рассматривается как потенциал, при котором ток начинает быстро увеличиваться по сравнению с фоновым пассивным током [ 11 ] . Как правило, сплав Al-Cu демонстрирует увеличение потенциала питтинговой коррозии по сравнению с алюминием. Это поведение в целом согласуется с предыдущей работой [ 12 ] .


РИС. 2
Потенциодинамические поляризационные кривые, измеренные при скорости сканирования 0,2 мВ с-1, для Al-0.Сплав 95 ат.% Cu в деаэрированном 0,1 М растворе хлорида натрия при 293 К. Кривые измерены для сплава в состоянии после осаждения и после травления сплава в течение 12 и 43 с при 5 мА см-2 в 0,1 М растворе натрия. раствор гидроксида при 293 К.

Тогда, учитывая результаты для напыленного сплава Al-0,95ат.%Cu, в котором медь не окисляется, наблюдается увеличение коррозионного потенциала примерно на 160 мВ по сравнению с СКЭ с обогащением на 4,5·10 15 атомов Cu см -2 .О влиянии слоя обогащенного сплава на потенциал свободной коррозии алюминиевых сплавов сообщалось ранее [ 13 ] . Настоящие результаты подтверждают ключевую роль обогащения медью в определении коррозионного потенциала алюминиевых сплавов. Кроме того, катодная плотность тока увеличивается в присутствии обогащенного слоя сплава, что свидетельствует об изменении катодной кинетики. Потенциал питтинга, однако, четко не определен, вероятно, из-за относительно небольшой толщины слоев исходного сплава, которая дополнительно уменьшается при анодном травлении в растворе гидроксида натрия.Хотя тонкие слои имеют то преимущество, что не требуется подготовки поверхности перед анодным травлением, в отличие от объемных сплавов, которые требуют механической обработки для получения необогащенной исходной поверхности, это обеспечивается их малой толщиной.

2) Объемный алюминиево-медный сплав. Потенциодинамические поляризационные кривые массивного сплава Al-2 мас.% Cu как в исходном состоянии, так и после щелочного травления в деаэрированном растворе хлорида натрия представлены в

.

Рисунок 3.Для сравнения также включена поляризационная кривая высокочистого алюминия. Кривые показывают положительный сдвиг коррозионного потенциала по мере увеличения обогащения медью; однако величина меньше по сравнению с тем, что наблюдается на рис. 2, для алюминиево-медного сплава, осажденного напылением. Анодная область образцов Al-Cu представляет собой пассивную плотность тока в диапазоне обычно между 0,3-6 мА см 2 , с последующим образованием точечной коррозии при потенциалах около -600 мВ противСКЭ. Чистый алюминий демонстрирует плотность пассивного тока около 0,4 мА см -2 и потенциал питтинга около -689 мВ по сравнению с SCE. После этого момента плотность тока быстро возрастает из-за точечной коррозии. По сравнению с предыдущими результатами для сплава, осажденного напылением, потенциал питтинга четко выделяется для объемного сплава. Кроме того, измерения, выполненные в трех повторностях для каждого образца, показывают очень хорошую воспроизводимость. Обогащение, измеренное RBS, показывает уровень около 4.0 ‘ 10 15 атомов Cu см -2 после 41 с травления. Однако особой разницы в потенциале питтинговой коррозии между образцами в состоянии после получения и после щелочного травления не наблюдается, за исключением возможного образования метастабильных питтингов на образце в состоянии после получения.


РИС. 3
Потенциодинамические поляризационные кривые, измеренные при скорости развертки 0,2 мВ с-1, для сплава Al-2 мас.% Cu в деаэрированном 0,1 М растворе хлорида натрия при 293 К. Кривые измерены для высокочистого алюминия, для -получил Ал-2вт.%Cu и последующее травление сплава в течение 41 с при 5 мА см-2 в 0,1 М растворе едкого натра при 293 К.

Питтинговая коррозия считается одним из основных механизмов повреждения высокопрочных алюминиевых сплавов. Питтинговая коррозия возникает в присутствии агрессивных анионных частиц, и ее причиной обычно, хотя и не всегда, являются ионы хлора. Хлорид является анионом сильной кислоты, и многие катионы металлов обладают значительной растворимостью в растворах хлоридов [ 12 ] .Критическим фактором точечной коррозии является то, что это явление считается автокаталитическим по своей природе; как только ямка начинает расти, создаются условия, способствующие дальнейшему росту ямки. Стойкость к питтинговой коррозии чистых металлов обычно измеряется потенциалом питтинговой коррозии E t , который характеризует электрохимическую стабильность пассивной пленки [ 14 ] .

Лучший подход к пониманию влияния обогащения сплава на потенциал питтинга был достигнут при использовании объемного Al-2wt.сплав %Cu. Поскольку алюминий является химически активным металлом, гомогенное добавление почти любого металла (кроме магния и цинка) к алюминию приводит к увеличению потенциала питтинговой коррозии при условии, что структура остается однофазной ] . Галвеле и др. др. сообщили, что потенциал питтинга алюминиево-медных сплавов увеличивается с концентрацией меди, пока медь находится в твердом растворе [ 12 ] .Они исследовали электрополированные алюминиево-медные сплавы с содержанием меди от 1 до 33 мас.%. Потенциал питтинга увеличился примерно на 200 мВ, когда концентрация меди увеличилась до 5 мас.% по отношению к алюминию. Обогащение легирующими элементами на границе раздела сплав/пленка оксида алюминия в алюминиевых сплавах наблюдалось в результате нескольких видов обработки поверхности, включая электрополировку [ 17 ] . Соответственно, обогащение медью присутствовало в образцах, исследованных Galvele et al., и наблюдение, касающееся улучшенной стойкости к точечной коррозии, может отражать влияние этого обогащенного слоя сплава. После их наблюдений в настоящем исследовании ожидалось положительное влияние слоя обогащенного сплава. Потенциал питтинга массивного алюминиево-медного сплава увеличивается примерно на 100 мВ по сравнению с алюминием. Однако потенциодинамические поляризационные кривые показывают, что потенциал питтинга для образцов в состоянии поставки и после щелочного травления имеет примерно одинаковое значение около -600 мВ по сравнению с 600 мВ.СКЭ. Толщина обогащенного слоя сплава составляет около 2-2,5 нм, и этот слой, вероятно, состоит из богатых медью кластеров размером порядка нанометров. Ямы могут проникать в сплавы за доли секунды, и эффект обогащенного слоя сплава не может быть обнаружен. Из настоящих наблюдений можно сделать вывод, что обогащение сплава медью не является ключевым фактором питтинговой коррозии алюминиевых сплавов. С другой стороны, ямки в алюминиевых сплавах обычно связаны с интерметаллическими частицами [ 18 , 19 ] .Для алюминиево-медных сплавов присутствие интерметаллической q-фазы (Al-2Cu) снижает стойкость к точечной коррозии на уровнях, аналогичных тем, которые достигаются в алюминии, легированном небольшим количеством меди [ 20 ] . В коммерческих сплавах питтинговая коррозия обычно связана с присутствием двух составляющих частиц, Al-Cu-Mn-Fe и Al-Cu-Mg, содержащих частицы [ 21 ] . Недавно было обнаружено, что сначала возникает межкристаллитная коррозия, а кристаллографическая питтинговая коррозия инициируется от стенки щели за фронтом межкристаллитной коррозии алюминиево-медных сплавов, подвергающихся воздействию растворов хлоридов.Из-за обогащения медью вдоль стенок ямок кристаллографические ямки в сплаве AA2024 характеризуются относительно нерегулярными стенками ямок на гораздо более мелких размерах по сравнению с четко выраженными кристаллографическими ямками в форме полукуба в чистом алюминии [ 22 ] . Настоящие результаты подтверждают влияние обогащения легирующими элементами на коррозионное поведение алюминиевых сплавов с обработанной поверхностью. Кроме того, они предположили, что необходимы дальнейшие исследования для выяснения поведения алюминиевых сплавов, обогащенных сплавами, в растворах хлоридов.

IV. ВЫВОДЫ

Коррозионный потенциал протравленного щелочью твердорастворного сплава Al-0,95ат.%Cu или массивного Al-2мас.%Cu в деаэрированном растворе хлорида натрия приближается к более благородным значениям по мере увеличения уровня обогащения меди в сплав увеличивается. Последнее определяется степенью предварительного травления. Сдвиг потенциала более актуален для сплава Al-0,95ат.%Cu после травления и составляет около 160 мВ при увеличении обогащения до 4,5 ‘ 10 15 атомов меди см -2 .Кроме того, отсутствие четко определенного потенциала питтинга в алюминиево-медных сплавах, осажденных напылением, связано с толщиной слоев сплава, что позволяет предположить, что проникновение питтинга в слои сплава происходит очень быстро и что влияние алюминиевой подложки не может быть уменьшено. избегали. Наконец, обогащенный медью слой не оказывал значительного влияния на потенциал питтинговой коррозии ни в сплаве после осаждения, ни в массивном сплаве, что позволяет предположить, что он не является критическим фактором, определяющим стойкость к питтинговой коррозии.

ССЫЛКИ

[1] М. К. Кавано, Ж.-К. Lia, N. Birbilis и RG Buchheit, «Электрохимическая характеристика интерметаллических фаз, характерных для алюминиевых сплавов, в зависимости от температуры раствора», J. Electrochem. Соц., том. 161, стр. C535-C543, декабрь 2014 г. DOI: https://doi.org/10.1149/2.0361412jes.

[2] Н. Бирбилис и Р. Г. Буххейт, «Электрохимические характеристики интерметаллических фаз в алюминиевых сплавах», J. Electrochem. Соц., том. 152, стр. B140-B151, апрель.2015. DOI: https://doi.org/10.1149/1.1869984.

[3] H.H. Strehblow, C.J. Doherty, «Исследование алюминиево-медных пленок во время анодного окисления», J. Electrochem. Соц., том. 125, стр. 30-33, январь 1978 г. DOI: https://doi.org/10.1149/L2131392.

[4] М. А. Паез, Т. М. Фунг, К.Т. Ни, Г.Э. Томпсон, К. Симидзу, Х. Хабазаки, П. Скелдон и Г.К. Вуд, «Формирование анодной пленки барьерного типа на сплаве Al-3,5 мас.% Cu», Corros. наук, вып. 38 (1), стр. 59-72, январь 1996 г.

[5] Х.Чжоу, Х. Хабазаки, К. Симидзу, П. Скелдон, Г.Э. Томпсон и Г.К. Вуд, «Обогащение меди в сплавах Al-Cu за счет электрополировки и анодного окисления», Thin Solid Films, vol. 293 (1-2), стр. 327-332, январь 1997 г. DOI: https://doi.org/10.1016/S0040-6090(96)09117-1.

[6] Лю Ю., Султан Е.А., Королева Е.В., Скелдон П., Томпсон Г.Е., Чжоу X., Симидзу К., Хабазаки Х. Влияние ориентации зерен на обогащение меди и образование кислорода при анодировании алюминиевого сплава. 1 ат.% сплава Cu, «Коррозия.Sci, том 45(4), стр. 789-797, апрель 2003 г. DOI: https://doi.org/10.1016/S0010-938X(02)00126-9.

[7] Y. Ma, X. Zhou, GE Thompson, M. Curioni, T. Hashimoto, P. Skeldon, P. Thomson, and M. Fowles, «Формирование анодной пленки на алюминиевом сплаве AA 2099-T8 в виннокаменной серная кислота», J. Electrochem. Соц., том. 158 (2), стр. C17-C22, февраль 2011 г. DOI: https://doi.org/10.1149/1.3523262.

[8] Р. К. Гупта, Н. Л. Сукиман, М. К. Кавано, Б. Р. В. Хинтон, С. Р. Хатчинсон и Н. Бирбилис, «Характеристики метастабильной точечной коррозии алюминиевых сплавов, измеренные с использованием переходных процессов тока во время потенциостатической поляризации», Электрохим.Акта, том. 66, стр. 245-254. Апрель 2012 г. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.01.090.

[9] J. Pierrière, «Резерфордская спектрометрия обратного рассеяния», Vacuum, vol. 37 (5-6), стр. 429-432, май. 1987. DOI: https://doi.org/10.1016/0042-207X(87)-7.

[10] Л. Р. Дулиттл, «Алгоритмы быстрого моделирования спектров обратного рассеяния Резерфорда», Nucl. Инструм. Meth.B, vol. 9(1), стр. 344-351, июнь 1985 г. DOI: https://doi.org/10.1016/0168-583X(85)-1.

[11] Г.Франкель С., Скалли Дж. Р., Янес С. В. Репассивация питов в тонких алюминиевых пленках // J. Electrochem. Соц. 143 (6), стр. 1834-1840, июнь 1996 г. DOI: https://doi.org/10.1149/L1836912.

[12] Дж. Р. Галвеле, «Процессы переноса при пассивном пробое-II. Полный гидролиз ионов металлов», Corros. Наука, том. 21 (8), стр. 551-579, август 1981 г. DOI: https://doi.org/10.1016/0010-938X(81)-3.

[13] С. Гарсия-Вергара, Ф. Колин, П. Скелдон, Г. Э. Томпсон, П. Бейли, Т.CQ Noakes, H. Habazaki и K. Shimizu, «Влияние обогащения медью на электрохимический потенциал бинарных сплавов Al-Cu», J. Electrochem. Соц., том. 151 (1), стр. B16-B21, январь 2004 г. DOI: https://doi.org/10.1149/L1627343.

[14] А. Броли и Х. Холтан, «Использование потенциокинетических методов для определения характеристических потенциалов точечной коррозии алюминия в деаэрированном растворе 3% NaCl», Corros. наук, вып. 13(4), стр. 237-246, апрель 1973 г. DOI: https://doi.org/10.1016/0010-938С(73)

-4.

[15] Г. С. Франкель, «Рост двумерных ямок в тонкопленочном алюминии», Corros. наук, вып. 30 (12), стр. 1203-1218, декабрь 1990 г. DOI: https://doi.org/10.1016/0010-938X(90)
-F.

. [16] Г. С. Франкель, М. А. Руссак, С. В. Янес, М. Мирзамаани и В. А. Брусич, «Питтинг тонких пленок из напыленных алюминиевых сплавов», J. Electrochem. Соц., том. 136(4), стр. 1243-1244, апрель 1989 г. DOI: https://doi.org/10.1149/1.2096864.

[17] С. Чжоу, Х. Хабазаки, К.Shimizu, P. Skeldon, GE Thompson и GC Wood, «Зависимое от обогащения анодное окисление цинка в сплавах Al-Zn», Corros. наук, вып. 38 (9), стр. 1563-1577, сентябрь 1996 г.

[18] Г. Д. Дэвис, Б. А. Шоу, Б. Дж. Рис и К. А. Песил, «Электрохимическое поведение и химия поверхности неравновесных алюминиево-танталовых сплавов: межфазные механизмы, богатые растворенными веществами», Surf. Междунар. Анал., том. 23 (9), стр. 609-617, август 1995 г. DOI: https://doi. org/10.1002/sia.740230906.

[19] Г. С. Франкель, Р.C. Newman, CV Jahnes и MA Russak, «О стойкости к точечной коррозии алюминиевых сплавов, осажденных напылением», J. Electrochem. Соц., том. 140 (8), стр. 2192-2197, август 1993 г. DOI: https://doi.org/10.1149/1.2220794.

. [20] М. М. Лоренгель, Тонкие анодные оксидные слои на алюминии и других вентильных металлах: режим сильного поля, Матем. науч. англ. Р, том. 11(6), стр. 243-294, декабрь 1993 г. DOI: https://doi.org/10.1016/0927-796X(93)-N.

[21] X. Zhou, C. Luo, T. Hashimoto, A.E. Hughes, and G.Томпсон Э., «Исследование локальной коррозии в алюминиевом сплаве AA2024 с помощью электронной томографии», Corros. наук, вып. 58, стр. 299-306, май. 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/-j.corsci.2012.02.001.

[22] X. Zhang, X. Zhou, T. Hashimoto, and B. Liu, «Локальная коррозия в алюминиевом сплаве AA2024-T351: переход от межкристаллитной коррозии к кристаллографической точечной коррозии», Матем. Характеристика, т. 1, с. 130, стр. 230–236, август 2017 г. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2017.06.022.

Примечания

Название артикула: M.Аренас-Вара, П. Скелдон и С. Дж. Гарсия-Вергара, «Влияние слоев, обогащенных медью, на локальную коррозию алюминиево-медных сплавов», Revista Facultad de Ingeniería, vol. 27 (48), стр. 7-15, май. 2018.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.