На каких свойствах основано применение алюминия для изготовления посуды
Области применения алюминия
Авиация
На современном этапе развития дозвуковой и сверхзвуковой авиации алюминиевые сплавы являются основными конструкционными материалами в самолетостроении.
В авиации США широко применяются сплавы серии 2ххх, Зххх, 5ххх, 6ххх и 7ххх. Серия 2ххх рекомендована для работы при высоких рабочих температурах и с повышенными значениями коэффициента вязкости разрушения. Сплавы серии 7ххх — для работы при более низких температурах значительно нагруженных деталей и для деталей с высокой сопротивляемостью к коррозии под напряжением. Для малонагруженных узлов применяются сплавы серии Зххх, 5ххх и 6xxx. Они же используются в гидро-, масло-и топливных системах.
В России при изготовлении авиационной техники успешно используются упрочняемые термической обработкой высокопрочные алюминиевые сплавы Al-Zn-Mg-Cu и сплавы средней и повышенной прочности Al-Mg-Cu. Они являются конструкционным материалом для обшивки и внутреннего сплавного набора элементов планера самолета (фюзеляж, крыло, киль и др.). Сплав 1420, принадлежащий системе Al-Zn-Mg, используют при конструировании сварного фюзеляжа пассажирского самолета. При изготовлении гидросамолетов предусмотрено применение свариваемых коррозионностойких магнолиевых сплавов (AМг5, АМг6) и сплавов Al-Zn-Mg (1915, В92, 1420).
Рисунок 1 – Гражданский самолет
Бесспорное преимущество имеется у свариваемых алюминиевых сплавов при создании объектов космической техники. Высокие значения удельной прочности, удельной жесткости материала позволили обеспечить изготовление баков, межбаковых и носовых частей ракеты с высокой про-дольной устойчивостью. К достоинствам алюминиевых сплавов (2219 и др.) следует отнести их работоспособность при криогенных температурах в контакте с жидким кислородом, водородом и гелием. У этих сплавов происходит так называемое криогенное упрочнение, т.е. прочность и пластичность параллельно растут с понижением температуры.
Сплав 1460 принадлежит системе Al-Cu-Li и является более перспективным для проектирования и изготовления баковых конструкций применительно к криогенному типу топлива – сжатому кислороду, водороду или природному газу.
Судостроение
Алюминий и сплавы на его основе находят все более широкое применение в судостроении. Из алюминиевых сплавов изготовляют корпусы судов, палубные надстройки, коммуникацию и различного рода судовое оборудование.
Основное преимущество при внедрении алюминия и его сплавов по сравнению со сталью – снижение массы судов, которая может достигать 50 – 60 %. В результате представляется возможность повысить грузоподъемность судна или улучшить его тактико-технические характеристики (маневренность, скорость и т.д.).
Наиболее широкое применение среди алюминиевых сплавов для изготовления конструкций речного и морского флота находят магналиевые сплавы АМгЗ, АМг5, АМг61, а также сплавы АМц и Д16. Корпус судна повышенной грузоподъемности изготовляют из стали, тогда как надстройки и другое вспомогательное оборудование из алюминиевых сплавов. Имеет место изготовление рыболовецких баркасов из сплава АМг5 (обшивка).
Широкое применение в судостроении США находят свариваемые сплавы серии 5ххх и 6ххх. Там, где необходима высокая прочность (500 МПа), используются полуфабрикаты из сплавов серии 2xxx и 7ххх.
Железнодорожный транспорт
Тяжелые условия эксплуатации подвижного состава железной дороги (длительный срок службы и способность выдерживать ударные нагрузки) выдвигают особые требования к конструкционным материалам.
Рисунок 2 – Товарный поезд
Основные характеристики алюминия и его сплавов, раскрывающие целесообразность применения их в железнодорожном транспорте, высокая удельная прочность, небольшая сила инерции, коррозионная стойкость. Внедрение алюминиевых сплавов при изготовлении сварных емкостей повышает их долговечность при перевозке ряда продуктов химической и нефтехимической промышленности.
Алюминий и его сплавы используются при изготовлении кузова и рамы вагона. Для вагона рекомендованы свариваемые сплавы средней прочности марок АМг3, AMr5, Амг6 и 1915. Перспективными сплавами для рефрижераторных вагонов являются алюминиевые сплавы. В зависимости от продуктов химической промышленности выбирается марка свариваемого материала для котлов цистерны.
В США из свариваемых сплавов серии 6ххх, серии 5ххх и сплава 7005 изготавливают подвижной состав с получением оптимальных прочностных характеристик и высокой коррозионной стойкости сварных элементов.
Автомобильный транспорт
Одним из основных требований к материалам, применяемым в автомобильном транспорте, является малая масса и достаточно высокие показатели прочности. Принимаются во внимание также коррозионная стойкость и хорошая декоративная поверхность материала.
Рисунок 3 – Автомобиль
Высокая удельная прочность алюминиевых сплавов увеличивает грузоподъемность и уменьшает эксплуатационные расходы передвижного транспорта. Высокая коррозионная стойкость материала продляет сроки эксплуатации, расширяет ассортимент перевозимых товаров, включая жидкости и газы с высокой агрессивной концентрацией.
При изготовлении элементов каркаса, обшивки кузова полуприцепа автофургона, рефрижератора, скотовоза и т.п. перспективным материалом являются алюминиевые сплавы АД31, 1915 (прессованные профили) и сплавы АМг2, АМг5 (лист).
Находят применение алюминиевые сплавы АМц, АМгЗ и 1915 при изготовлении отдельных узлов легкового автомобиля (навесные детали, бамперы, радиаторы охлаждения, отопители).
В автомобилестроении США широко используются алюминиевые свариваемые сплавы серии Зххх, 5ххх и 6ххх.
Из прессованных полуфабрикатов сплавов 2014 и 6061 изготовляют балки, рамы тяжелых грузовых автомобилей. Панели и отдельные элементы из сплава 5052 поступают на изготовление кабины. В качестве обшивочного материала кузова грузовика используют лист из сплавов 5052, 6061, 2024, 3003 и 5154. Стойки кузова выполняются из прессованных полуфабрикатов сплавов 6061 и 6063. Магналиевые сплавы серии 5ххх (5052, 5086, 5154 и 5454) являются основным материалом при изготовлении автоцистерн.
Строительство
Перспективность применения алюминиевых сплавов в строительных конструкциях подтверждается технико-экономическими расчетами и многолетней мировой практикой в области сооружения различных строительных объектов.
Внедрение алюминиевых сплавов в строительстве уменьшает металлоемкость, повышает долговечность и надежность конструкций при эксплуатации их в экстремальных условиях (низкая температура, землетрясение и т.п.). В зависимости от назначения строительных алюминиевых конструкций рекомендуются различные марки сплавов: АД1, АМц, АМг2, АД31, 1915 и др.
Рисунок 4 – Здание со светопрозрачными конструкциями из алюминия
Опыт, накопленный в США, подтверждает целесообразность использования алюминиевых сплавов в строительных конструкциях. На них расходуется больше алюминия, чем в любой другой отрасли промышленности. При этом предпочтение отдается внедрению свариваемых сплавов серии Зххх, 5ххх и 6ххх.
Нефтяная и химическая промышленность
Освоение новых месторождений, увеличение глубины скважин выдвигают определенные требования к материалам, применяемым для изготовления деталей и узлов нефте- и газопромыслового оборудования и аппаратуры для переработки продуктов нефти.
Рисунок 5 – Нефтяная вышка
Высокая удельная прочность алюминиевых сплавов позволяет уменьшить массу бурильного оборудования, облегчить их транспортабельность и обеспечить прохождение глубоких скважин.
Коррозионностойкие алюминиевые сплавы дают возможность повысить эксплуатационную надежность бурильных, насосно-компрессорных и нефтегазопроводных труб. Повышенная сопротивляемость коррозионному растрескиванию позволяет применить алюминиевые сплавы при изготовлении емкостей для хранения нефти и ее продуктов.
Основным конструкционным материалом при изготовлении бурильных труб из алюминиевых сплавов является сплав марки Д16.
Высокую стойкость к сырой нефти и некоторым бензинам показали алюминиевые сплавы АМг2, AMr3, АМг5 и АМг6. Из перечисленных магналиевых сплавов наиболее технологичным сплавом для изготовления аппаратов является сплав АМг2, особенно при изготовлении конденсаторов и холодильников на нефтеперегонных заводах.
В США оборудование для нефтяной промышленности изготовляется из алюминиевых сплавов серии Зххх, 5ххх и 6ххх. В конструкции бурового оборудования применяют трубы из сплава 6063. Морские платформы собираются из труб 6061, 6063, а также из высокопрочных сплавов марок 2014 и 7075. Из алюминия АДОО, АДО и АД1 изготовляют емкости, колонны, конденсаторы и т.п. для производства уксусной кислоты, сульфирования жирных спиртов, хлората калия, натриевой и аммиачной селитры, синильной кислоты и т.д.
Химической промышленности рекомендованы алюминиевые сплавы АМц, АМг2, АМгЗ, АМг5 для изготовления сосудов, работающих под давлением при температурах от – 196 до +150 °С.
Из алюминия АДОО, АДО и АД1 изготовляют емкости, колонны, конденсаторы и т.п. для производства уксусной кислоты, сульфирования жирных спиртов, хлората калия, натриевой и аммиачной селитры, синильной кислоты и т.д.
В США в зависимости от условий эксплуатации аппаратуры химической промышленности применяют сплавы серий 1ххх, Зххх, 5ххх. В отдельных случаях для обеспечения наибольшей прочности применяют термически упрочняемые сплавы 2ххх и 7ххх с пониженной коррозионной стойкостью.
Емкости для хранения химических продуктов выполняют из сплавов высокой коррозионной стойкости – 1100 или 3003; сосуды высокого давления – из сплавов 5052 или 6063; тара, цистерны и другие виды оборудования для хранения уксусной кислоты, высокомолекулярных жирных кислот, спиртов и других продуктов – из сплавов 3003, 6061, 6063, 5052; емкости для озоносодержащих растворов удобрений из сплавов 3004; 5052 и 5454; емкости для хранения растворов нитрата аммония из сплавов 1100, 3003, 3004, 5050, 5454, 6061 и 6062 [3].
Электрика
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.
Сплавы алюминия, повышающие его прочность и улучшающие другие свойства, получают введением в него легирующих добавок, таких, как медь, кремний, магний, цинк, марганец.
Дуралюмин
Дуралюмин (дюраль, дюралюминий, от названия немецкого города, где было начато промышленное производство сплава) – сплав 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 длZ авиационного и транспортного машиностроения.
Рисунок 6 – Дюралюминий листовой
Силумин
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
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 [4].
Применение в быту
Исследуя влияние алюминия на различные пищевые продукты, ученые установили, что при контакте пищи с алюминием не разрушаются витамины. Это открытие послужило причиной широкого применения алюминия в пищевой промышленности, в виде посуды из алюминия, а также в косметике и бытовой химии. Из алюминия изготавливают разнообразную аппаратуру, предназначенную для переработки пищевых продуктов в сахарной, кондитерской, маслобойной и других отраслях промышленности.
Рисунок 9 – Алюминивая посуда
Алюминиевых изделий изобилие, как на кухне крупного предприятия общественного питания, так и на домашней кухне: мясорубки, вилки, ложки, чашки, тазы, посуда из алюминия и т. д. Алюминиевая фольга — прекрасный упаковочный материал, хорошо сохраняющий различные продукты. В обертку из алюминиевой фольги упаковываются кулинарный жир, маргарин, мороженое, конфеты и многое другое, поэтому его еще именуют — пищевой алюминий. В алюминиевые тубы традиционно упаковывается зубная паста. Чтобы было удобно пользоваться, некоторые продукты, такие, например, как плавленый сыр, упаковывают в тубы с отвинчивающейся крышкой. В таких тубах берут с собой в космос продукты питания космонавты. Все чаще тонкий листовой пищевой алюминий применяется вместо жести при производстве консервных банок, а также все больше посуды из алюминия изготавливают производители [5].
Фармацевтика
Говоря об универсальности алюминия, нельзя обойти вниманием важный факт: металл, из которого делают посуду и самолеты, широко применяется для лечения и предупреждения тяжелых болезней и одобрен для этих целей Всемирной организацией здравоохранения. Конечно, речь идет не об алюминии в чистом виде, а о его соединениях.
В 1926 году было открыто, что осажденный квасцами дифтерийный токсоид (обезвреженный бактериальный токсин) гораздо лучше стимулирует выработку антител, чем он же в чистом виде. С тех пор для усиления действия вакцин чаще всего используют алюминиевые соли, поскольку они считаются безвредными для человека.
Именно на основе алюминия производят наиболее эффективные антациды. Гидроокись алюминия, хорошо нейтрализующая кислоту, нужна для лечения язвенных болезней, диспепсии, раздражения желудка. Для этих же целей подходит фосфат алюминия.
Но даже тем, у кого прекрасное здоровье, пригодится содержащее алюминий средство, которое продается в любое аптеке, да и не только. Речь идет о дезодоранте-антиперспиранте. Еще древние греки и римляне использовали квасцы для подавления секреции. Обычными квасцами пользовались и наши бабушки. В первые фабричные средства от запаха пота добавляли хлорид алюминия, а основным агентом современных средств является хлоргидрат алюминия. Кстати, на чем основан эффект их действия, до сих пор точно не известно [6].
ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ
В ассортименте посуды все больший удельный вес занимают новые сложные изделия, пользующиеся спросом населения:
а) кастрюля-сковородка с герметически закрывающейся крышкой для варки под давлением до 0,2 МПа при температуре до 120 °С (рис. 9.1);
б) кастрюля-молоковарка с двойными стенками, пространство между которыми заполнено водой, что позволяет предохранять молоко от сильного выкипания; о необходимости снятия с огня дает знать свиток;
в) кастрюля-соковарка, служащая для приготовления соков из ягод, фруктов и овощей и состоящая из трех вставленных друг в друга емкостей; основания, в которое заливается вода, необходимая для образования пара; решетки для ягод, фруктов или овощей; сокосборника, снабженного трубкой со шлангом и зажимом;
г) кофейник с гейзером для качественного приготовления кофе;
д) электрический чайник.
Основными свойствами алюминия, обусловливающими его широкое применение для изготовления кухонной посуды и утвари, являются следующие:
1. Высокая коррозионная стойкость в пресной и подсоленной воде при температуре до 180°С.
Воздействие водяного пара на алюминий и его сплавы также незначительно. Из пищевых продуктов лишь органические кислоты, кислые фруктовые соки и вино оказывают слабое коррозионное воздействие на алюминий.
Применение химического и электрохимического оксидирования увеличивает толщину оксидной пленки на поверхности алюминия, хорошо защищающей его поверхность от влияния пищевых агрессивных сред.
Для изготовления посуды чаще всего применяют технически чистый алюминий и коррозионностойкие нетермообрабатываемые сплавы с 1—1,5 % Мп и с 0,5—1,1 % Mg (табл. 9.2).
Элементы декоративной отделки посуды иногда выполняют из сплава, содержащего 0,15—0,45 % Мп и 0,8—1,2% Mg, обладающего улучшенной способностью к цветному анодированию.
2. Полная нетоксичность алюминия и оксидного слоя чрезвычайно важна для применения его в качестве материала кухонной и столовой посуды. При приготовлении пищи в алюминиевой посуде не изменяется ее цвет, запах и вкус, не разрушаются витамины.
3. Малая плотность алюминия является положительным качеством при изготовлении посуды больших размеров.
4. Привлекательный внешний вид, значительно улучшаемый применением различных методов отделки наружной поверхности посуды: цветного или белого эмалирования (под фарфор), покрытия полиамидной эмалью или прочным слоем акрилика.
5. В случае надобности поверхность алюминиевой посуды полируют с помощью шлифовально-полировальных кругов или матерчатых лент с наклеенным абразивом.
Особенно высокую отражательную способность имеет сверхчистый алюминий двойного электролиза (99,99 %), обладающий, однако, невысокой прочностью.
Для изготовления зеркально-полированной посуды в США разработан комбинированный (листовой трехслойный) материал, состоящий из листов прочного сплава системы А1—Mg—Zn, плакированный с двух сторон сверхчистым алюминием с высокой отражательной способностью.
6. Хорошая обрабатываемость давлением — листовой штамповкой, токарно-давильной обработкой, вырубкой, а также резанием, шлифованием и полированием — легкость получения кокильных отливок.
7. Способность хорошо заполнять формы при изготовлении литой посуды.
По назначению алюминиевая посуда делится на кухонную, столовую, чайную, кофейную и посуду прочих нужд. К кухонной посуде относятся: кастрюли различной формы, судки, кашеварки, кастрюли-скороварки, кастрюли для варки овощей на пару, комбинированные
кастрюли пяти предметные (коническая кастрюля, сотейник, дуршлаг, крышка-сковородка и крышка), духовки «экономки», молоковары, бидоны емкостью от 1 до 10 л, печи «чудо», сита для процеживания бульонов, наплитные котлы, термосы, машинки для выпечки изделий из теста и пр. (рис. 9.2, 9.3).
Столовая посуда — это миски, тарелки, вазы для фруктов, сухарницы, хлебницы, блюда и др.; чайная и кофейная посуда — чайники, кофейники, сахарницы, чайники для заварки чая, подносы и и пр. (рис. 9.4); посуда для прочих хозяйственных нужд — тазы, баки для воды, банки для хранения продуктов, мыльницы, ковши, кружки, умывальники, фляги, а также детская игрушечная посуда,
В зависимости от назначения штампованную алюминиевую посуду выпускают различной массы: легкую — с толщиной дна 1,5 мм, среднюю — с толщиной дна 2 мм и тяжелую — с толщиной дна 2,5 мм и более.
В 60-е годы была разработана конструкция непригорающей кухонной посуды с внутренним покрытием из фторопласта, обеспечивающим полную гарантию от прилипания или пригорания пищи к внутренним стенкам или днищу даже при сухом поджаривании мяса или рыбы без масла или жира. Фторопластовое покрытие внутренней стороны кухонной посуды значительно облегчает ее мытье.
Фторопласт-4, или тефлон, — это фторорганическое соединение, устойчивое к действию высокой температуры (до 260 °С) и самое стойкое из всех известных материалов к действию наиболее агрессивных неорганических и органических растворителей, щелочей и кислот, превосходящее по химической стойкости многие металлы и эмали (см. рис. 9.2).
На первых образцах алюминиевых сковородок фторопластовое покрытие наносили на дно с внутренней стороны без какой-либо подготовки металла. Для устранения опасности повреждения этого довольно мягкого слоя рекомендовалось перемешивать поджариваемую пищу не металлическими ножами или вилками, а специальными лопатками из дерева или пластмассы.
В настоящее время перед нанесением фторопластового покрытия внутреннюю поверхность посуды предварительно подвергают пескоструйной обдувке и металлизации путем распыления капель расплавленного металла или расплавленной керамической смеси. Фторопласт наносят уже на этот подслой с шероховатой поверхностью, в результате чего становится возможным применение металлических скребков, ножей или вилок для перемешивания пищи. В случае нанесения царапины повреждаются лишь выступы рельефа, а в его впадинах остается нетронутое фторопластовое покрытие, выполняющее свои функции.
В 1982 г. в СССР введены в действие две высокопроизводительные комплексно-механизированные поточные линии по производству посуды с внутренним противопригорающим покрытием и эмалированной наружной поверхностью производительностью по 1,2 млн. изделий в год каждая. В 1983 г. изготовлено 2,1 млн. шт. этой посуды (1340 т).
В Швеции созданы триметаллические сковороды, состоящие из медного внешнего слоя, самого толстого среднего слоя из алюминия и внутреннего слоя из нержавеющей стали, соприкасающегося с пищей. Медь быстро нагревается, алюминий равномерно распределяет тепло по всей массе металла, нержавеющая сталь не образует оксидов
Автор: Администрация Общая оценка статьи: 
Опубликовано: 2010.12.10 Обновлено: 2020.03.04