Как плавить алюминий в домашних условиях

Долгие годы алюминий применяется в быту и промышленности. Благодаря его свойствам, из него можно делать разнообразные изделия.
Плавить алюминий допустимо в домашних условиях, так как для этого не нужна высокая температура. Для проведения такой процедуры, нужно знать только свойства металла.

Прочитав статью, вы узнаете, как происходит плавка алюминия в домашних условиях — пошаговая инструкция.

• 1 Характеристика
• 2 Подробности 2.1 Технологический процесс — инструкция видео
• 2.2 Используемые источники тепла
• 2.3 Изготовление формы для отливки — инструкция

Характеристика

Температура плавления материалов определяется их чистотой. Из-за своей легкости и хорошей пластичности, алюминий подходит для различных технологических процедур. Под действием высоких температур идет реакция с кислородом.

На поверхности металла появляется оксидная пленка, защищающая его от окисления и коррозии. Во время плавления алюминий изменяет свою структуру, поэтому защитное покрытие ему необходимо. При резком охлаждении появляется дополнительное внутреннее напряжение и усадка.

Некоторые свойства

Механические свойства

Технология изготовления алюминиевого изделия определяет не только его форму, но также и микроструктуру его материала. В свою очередь, микроструктура определяет свойства изделия.

Некоторые свойства алюминия незначительно зависят от химического состава и технологии изготовления. Примерами таких характеристик являются:

• модуль Юнга (70 ГПа),
• плотность (2700 кг/м3) и
• коэффициент линейного термического расширения (24×10-6 м/(м·К).

Большинство других свойств очень чувствительны к микроструктуре материала и химическому составу. Эти свойства естественным образом делятся на четыре категории:

• прочность, пластичность и формуемость – объемные свойства;
• усталостная прочность и вязкость разрушения – локальные свойства;
• стойкость к высоким температурам и сопротивление ползучести – термомеханические свойства;
• коррозионная стойкость, сопротивление износу и качество поверхности – поверхностные свойства.

Химический состав сплава, способ формования изделия (литье, горячая прокатка, холодная прокатка, прессование, ковка) и термическая обработка все вместе определяют микроструктуру, а от микроструктуры, в свою очередь, зависят указанные выше свойства.

Конструктор алюминиевого изделия или детали должен быть знаком с закономерностями этих зависимостей. Он должен рассматривать микроструктуру материала изделия как важную часть проектирования. Это даст ему возможность «заказывать» у металлургов самый подходящий алюминиевый сплав с оптимальной микроструктурой.

Таблица 1 – Плотность и модуль упругости различных промышленных металлов [4]

Таблица 2 – Сравнение физических свойств деформируемых алюминиевых сплавов с соответствующими свойствами чистого алюминия 99,99 % (в квадратных скобках – цифровые обозначения сплавов) [4]

Температура плавления

Температура плавления алюминия очень чувствительна к его чистоте. Температура плавления сверхчистого алюминия 99,996 % составляет 660,37 °С. При содержании алюминия 99,5 % плавление начинается при температуре 657 °С, а при содержании алюминия 99,0 % — при 643 °С.

Коррозия алюминия

Алюминий сопротивляется коррозии в виде постоянного окисления, которое у сталей называют ржавлением. Свежая алюминиевая поверхности мгновенно реагирует с кислородом и образует алюминиевом изделии прочную инертную пленку толщиной всего в несколько нанометров. Эта пленка блокирует дальнейшее окисление алюминия. Кроме того, в отличие от слоя ржавчины на стали, эта пленка не отслаивается хлопьями с обнажением свежей поверхности для окисления. Напротив, любая царапина на алюминий мгновенно залечивается сама собой.

Подробности

Технологический процесс — инструкция видео

Для разогрева металла используется тугоплавкая емкость (тигель). Изделия применяются из таких материалов, как сталь, фарфор, корунд, чугун. В домашних условиях используется емкость, сделанная из широкой железной трубы или готовый тигель. Для ее изготовления нужна только болгарка и сварочный аппарат. Объем тигеля может быть разным и выбирается индивидуально, прогревается он равномерно. Металл должен быть измельчен и плавится он в ходе теплопередачи.
Температура плавления должна быть уменьшена перед термообработкой для того, чтобы состояние металла изменялось быстрее. Для этого его измельчают на мелкие детали. Часто после этого происходит окисление или воспламенение. Образуется оксид алюминия, который меняет свое состояние при более высоких температурах. Данное вещество удаляется после переплавки металла вместе с остальными шлаками.

СПРАВКА! Во время плавки алюминия дома нужно избегать попадания в тигель жидкости. Это обусловлено тем, что испарение воды может стать причиной взрыва. Поэтому перед тем, как опускать металл в тигель, нужно убедиться в его абсолютной сухости.

В основном плавят проволоку из алюминия. Для этого ее разделяют ножницами на кусочки, а потом сдавливается пассатижами. С помощью данного способа предотвращается воздействие на металл кислорода. Если вы не планируете получение деталей высокого качества, то измельчать сырье не обязательно.

Технология литья при необходимости получения расплавленного алюминия в домашних условиях придется смоделировать самостоятельно. Материал нужно сначала очистить от грязи, шлаков и примесей. Большие заготовки необходимо разделить на несколько небольших. Отливку совершают по инструкции, для плавки применяют наиболее удобный вариант. С поверхности текучего вещества нужно удалить шлак. Расплавленный алюминий наливают в форму, которую после застывания металла нужно разбить.

Используемые источники тепла

Для того, чтобы переплавить алюминий в бытовых условиях, можно применять:

1. Плавка алюминия в муфельной печи, которая может быть сделана самостоятельно. Этот способ очень эффективен и позволяет быстро перевести металл в жидкую форму.
2. Паяльную лампу. С ее помощью можно расплавить небольшие количества алюминия.
3. Газовый резак — используется редко.

Очаг делается из кирпичей, из металлической емкости делается каркас. С одной стороны с помощью сверла делается отверстие для подачи кислорода. К трубке из металла присоединяется фен, пылесос или другой подобный прибор. Тигель ставят в очаг после разведения костра. Для лучшей термообработки угли можно выложить еще и по бокам. Чтобы не потерять тепло, можно сделать крышку, оставив отверстие для выхода дыма. Делать печь не стоит, если металл необходимо расплавить всего один раз.

Плавка алюминия на газовой плите также имеет место быть. Обычная газовая плита способна раскалить металл до необходимой температуры. Маленькие кусочки алюминия расплавятся где-то за полчаса.

В качестве тигеля обычно используется жестяная банка. Банку ставят в другую банку так, чтобы зазор между ними двумя составлял около одного сантиметра. Это нужно для равномерного распределения температуры. В той банке, которая побольше, нужно проделать несколько отверстий для обеспечения доступа огня. Диаметр этих отверстий должен быть 3-4 см в диаметре. При этом рассекатель на конфорке можно не убирать. Таким способом можно добиться равномерного нагрева банки с алюминием. Банку, которая больше, накрывают крышкой, чтобы тепло не выходило.

Изготовление формы для отливки — инструкция

Если вам нужно сделать что-то простое, то изготовление специальной формы не потребуется, металл можно вылить на стальной лист.

Если же изделие будет более сложным, то нужна форма, которую можно сделать из следующих материалов:

• — глина;
• — гипс;
• — жидкое стекло;
• — песок;
• — каменноугольный пепел.

Заливать сплав в форму можно двумя способами — открытым и закрытым.

Открытый — простой способ. Металл, который расплавили, переливают в обыкновенную емкость, чашку, консервную банку и так далее. После остывания сплава, болванку вынимают из емкости. Если неважно, какая форма будет у металлического предмета, алюминий оставляют на прочной поверхности.

Формировочные элементы используются для сложной отливки, когда изделие должно соответствовать указанным параметрам. При открытой заливки часто используется кремнезем. Предмет сделан из двух емкостей, в которых находится утрамбованная земля. Части кремнезема сжимаются, а между ними кладется макет для отливки. Таким образом получают четкий отпечаток нужной детали. Макет убирается, а в форму заливают раскаленный алюминий. При закрытом методе отливки берут речной песок и смешивают его с жидким стеклом.

Для одноразового литья можно пользоваться гипсом. Макеты делают из пенопласта или парафина.

ВАЖНО! Использование этих материалов возможно только на открытом пространстве с хорошим доступом воздуха.

Пенопласт не вынимается из твердого гипса, заполняется расплавленным алюминием. Продукты его горения наносят вред для здоровья человека.

Алюминиевые сплавы

Чем легируют алюминий

Чистый алюминий имеет очень низкую прочность и его применение как конструкционного материала весьма ограничено.

Когда в алюминий добавляют другие элементы — легирующие элементы — он повышает свою прочность благодаря различным упрочняющим механизмам.

Алюминий, в принципе, возможно легировать большинством металлических элементов. Однако только некоторые из них имеют достаточную растворимость в твердом состоянии, чтобы быть основными легирующими элементами.

Наиболее важными легирующими элементами алюминия являются:

• медь;
• марганец;
• магний;
• кремний и
• цинк.

Вместе с тем, значительное число других элементов оказывают заметный эффект на улучшение свойств алюминиевых сплавов. Их добавляют в небольших количествах. Эти элементы включают хром, тот же марганец и цирконий, которые применяют в основном для контроля зеренной структуры.

Максимальная растворимость легирующих элементов в алюминии обычно, но не всегда, достигается при эвтектической температуре. Растворимость легирующих элементов в твердом алюминии снижается со снижением температуры. Это изменение растворимости в твердом алюминии является основой для упрочнения алюминиевых сплавов за счет механизма старения.

Откуда железо в алюминии

Все промышленные сплавы содержат примерно от 0,1 до 0,4 % железа (по массе). Обычно железо в алюминиевом сплаве считается примесью. Его содержание зависит от исходной руды и технологии электролиза при его выплавке. Иногда железо добавляют намеренно для придания материалу особых свойств, например, до 1 % в сплавах для изготовления алюминиевой фольги.

Для чего добавки в алюминии

В комбинации с одним или более основными легирующими элементами часто применяют дополнительные элементы:

• висмут,
• бор,
• хром,
• свинец,
• титан и
• цирконий.

Эти элементы обычно применяют в малых количествах, как правило, до 0,1 %. Однако в некоторых алюминиевых сплавах содержание бора, свинца и хрома может достигать 0,5 %. Благодаря этим малым добавкам сплавы получают необходимые свойства для конкретных условий, такие как, хорошая текучесть при литье, высокое качество механической обработки, теплостойкость, коррозионная стойкость, высокая прочность

Категории алюминиевых сплавов

Удобно разделять алюминиевые сплавы на две основных категории:

• литейные сплавы и
• деформируемые сплавы.

В каждой из этих категорий дальнейшее разделение основано главном механизме, который отвечает за формирование их свойств – термически упрочняемые сплавы и термически неупрочняемые сплавы. Сплавы последней группы получают свои конечные свойства в результате деформационной обработки – нагартовки. Поэтому иногда их называют более позитивно — деформационно упрочняемые или даже «нагартовываемые».

О сплавах 6060, 6063, АД31

«Рулят» в мировом производстве алюминиевых профилей сплавы серии 6ххх — алюминиевые сплавы легированные магнием и кремнием — каждым по около одного процента. Европейский стандарт EN 573-3 насчитывает их около 30 штук. Из этих тридцати сплавов наиболее широко применяются алюминиевые сплавы:

• 6060 и
• 6063, а также
• 6005А,
• 6061 и
• 6082.

Из этих пяти сплавов в мире изготавливается более 90 % всех прессованных алюминиевых профилей.

Рисунок 7 – Популярные алюминиевые сплав серии 6ххх

Зарубежные алюминиевые сплавы

В настоящее время общепризнанной является система обозначений алюминиевых сплавов, которая была введена Американской Алюминиевой Ассоциацией (AA). Этой системы придерживаются и международные стандарты ISO, и европейские стандарты EN.

Каждый деформируемый сплав обозначается сочетанием четырех цифр, например, 2024. Первая цифра обозначает серию сплавов. Каждая из семи серий сплавов имеет один или два основных легирующих элементов. Например, в случае сплава 2024 из серии 2ххх – это медь.

Обозначения литейных сплавов также состоит из четырех цифр, однако между третьей и четвертой цифрами стоит точка, например, 380.0.

В России и других странах СНГ наряду с международной системой обозначений широко применяется и традиционная система буквенно-цифровая обозначений алюминиевых сплавов, например, АД31.

Возможные ошибки и способы и избежать

Формы из гипса очень удобны и обладают высокой чувствительностью к влаге. Обычная сушка не удаляет влагу, поэтому качество отливки становится хуже. Чтобы добиться полного высыхания формы из гипса, придется ждать несколько дней. Алюминий надо подогревать на огне до момента заливки в форму, чтобы потом успеть распределить его по форме до застывания.

Не стоит пользоваться водой для охлаждения изделия. Это обусловлено тем, что под воздействием воды появляются трещины — нарушается внутренняя структура вещества.

Меры предосторожности

Для работы с расплавленным алюминием необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты. Все открытые участки тела, руки, лицо должны быть защищены.

СПРАВКА! Лучше всего пользоваться перчатками сварщика, они выдерживают температуру более 600 0С. Это средство защиты является самым основным, так как возможность попадания расплавленного металла на руки очень высока.

Также лучше пользоваться очками и маской во избежание попадания раскаленных элементов на лицо и в глаза. Для защиты всего тела можно найти костюм металлурга, имеющим высокую огнестойкость. При очистке алюминия сварочных флюсом используется химический респиратор.