Разница между алюминием и другими металлами

Титан

Титан — это материал, извлекаемый из минералов рутила (TiO2) или ильменита (FeTiO3), который не встречается в природе как химический элемент. Процесс его извлечения включает несколько этапов, и широко используемым способом получения чистого титана является процесс Кролла.

Процесс Кролла

Процесс Кролла включает восстановление диоксида титана (TiO2) газообразным хлором (Cl2) с образованием тетрахлорида титана (TiCl4), который затем восстанавливается магнием (Mg). Этот процесс дорогостоящий и требует большого количества энергии из-за высокой реакционной способности титана.

Титан обладает многими свойствами, которые делают его универсальным и полезным в различных секторах промышленности. Его основные характеристики — высокая механическая прочность, низкая плотность, отличная коррозионная стойкость и высокая жесткость.

Титановые сплавы

Некоторые из основных титановых сплавов, используемых в различных отраслях, включают:

Титан — уникальный материал с широким спектром применений, и его свойства делают его ценным в различных отраслях.

Помимо проводимости электричества, металлы и полуметаллы также обладают высокой проводимостью тепла. Это связано с тем, что атомы в этих материалах находятся близко друг к другу и могут передавать энергию в виде тепла через свободные электроны или колебания решетки кристаллической структуры.

Теплопроводность в металлах основана на двух механизмах: электронной и фононной. Электроны в металлах передают тепло благодаря своей подвижности и способности перемещаться при нагреве. Фононы же являются колебаниями решетки, которые также способствуют передаче тепла.

В полуметаллах теплопроводность осуществляется в основном за счет фононов, так как у них отсутствует свободное движение электронов, как в металлах. Тепловое движение атомов и колебания решетки обеспечивают передачу тепла в таких материалах.

Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что металлы и полуметаллы являются важными материалами в различных областях промышленности и техники благодаря их высокой проводимости электричества и тепла. Они широко применяются в производстве различных изделий, в том числе и в медицине, аэрокосмической, химической и автомобильной промышленности.

Свойства металлов и полуметаллов

Металлы и полуметаллы обладают высокой теплопроводностью, что обусловлено особенностями их кристаллической структуры. Атомы металлов и полуметаллов расположены близко друг к другу, способствуя передаче тепла. Наличие свободных электронов у металлов также улучшает теплопроводность.

Проводимость электричества и тепла

Металлы обычно обладают более высокой проводимостью электричества и тепла по сравнению с полуметаллами из-за различий в структуре электронных оболочек.

Коррозионная стойкость

Металлы обычно имеют хорошую коррозионную стойкость и способны противостоять воздействию различных агрессивных сред, в то время как полуметаллы обладают меньшей коррозионной стойкостью.

Полиметаллы и сплавы зависят от состава и обработки для достижения нужного уровня коррозионной стойкости.

-печать и металлы

При работе с титаном в 3D-печати используют процессы SLM, DED, струйную печать связующим веществом. Для алюминия может применяться также холодное напыление.

Directed Energy Deposition (DED)

DED – это процесс, при котором материал расплавляется лазером или плазмой при помощи электронного луча, что увеличивает скорость печати и снижает затраты.

Струйная печать связующим веществом

Порошок равномерно распределяется по поверхности, а связывающее вещество находится в печатающей головке. В результате происходит сплавление порошка в монолитную деталь после обжига.

Холодное напыление

Порошок осаждается на поверхности за счет особого газа и сопла, что позволяет получить детали с характерными механическими свойствами после термообработки.

Примеры материалов, подходящих для SLM-технологии:

Примеры применения SLM-технологии:

1. Производство деталей для авиации
2. Специализированные медицинские имплантаты
3. Производство инструментов и прототипов

Преимущества использования SLM-технологии:

• Высокая точность и детализация деталей
• Возможность работы с различными материалами
• Быстрая скорость производства

Недостатки SLM-технологии:

• Ограничения по размеру объектов
• Высокая стоимость оборудования
• Сложность работы с некоторыми материалами

Подводя итог, можно сказать, что SLM-технология отлично подходит для производства сложных металлических деталей с высокой точностью и качеством. Ее преимущества и недостатки необходимо учитывать при выборе технологии для конкретного производства.

Помимо этих примеров, существует множество других металлов и полуметаллов, которые широко применяются в различных отраслях промышленности, технологии и ежедневной жизни.

Постобработка

Для достижения оптимального результата необходимо пройти все этапы постобработки. Особых различий в последующей обработке титана и алюминия нет, поэтому данные шаги применимы к обоим материалам. Поскольку титан и алюминий часто используются в сферах с механическими нагрузками, дробеструйная и пескоструйная обработка будет весьма эффективна. В первом методе мелкие металлические или керамические шарики наносятся на поверхность детали, чтобы создать контролируемую деформацию поверхностного слоя детали. Это улучшает адгезию последующих покрытий и, среди прочего, снижает вероятность появления трещин и разрушений. Пескоструйная обработка удаляет только верхний слой материала, что позволяет улучшить эстетический вид детали, удалить грязь и коррозию и подготовить поверхность к последующим покрытиям.

Другой вариант — совместить металлическую печать с традиционными методами изготовления. Обработка с ЧПУ является подходящим процессом, поскольку она обеспечивает жесткие допуски и желаемую чистоту поверхности. В частности, при использовании технологии DED детали, напечатанные на 3D-принтере, имеют шероховатую поверхность, так как металл плавится непосредственно в процессе экструзии. Поэтому обработка с ЧПУ всегда необходима для получения гладкой поверхности.

Термическая обработка — это вариант обработки, который включает в себя нагрев печатной детали до повышенной температуры и ее быстрое охлаждение для изменения микроструктуры, что улучшает пластичность материала или способность деформироваться под нагрузкой. Как правило, с помощью этого процесса достигаются лучшие механические свойства для алюминиевых деталей.

Термическая обработка также требуется для алюминия и титана, когда они используются в так называемых непрямых процессах 3D-печати, таких как метод струйной печати связующим веществом. После этапа печати детали должны пройти процесс удаления остатков порошка, чтобы отделить полимеры от металлического связующего. Затем детали нагреваются до определенной температуры (чуть ниже температуры плавления) в печи для спекания, что упрочняет конечный объект. Это приводит к получению деталей с очень низкой пористостью, так как полости, в которых находилось связующее, закрываются во время процесса.

Часто задаваемые вопросы

Хотя алюминий демонстрирует высокое отношение прочности к весу, он, как правило, не такой прочный, как сталь. Однако легкий вес алюминия компенсирует его меньшую прочность, что делает его ценным материалом в приложениях, где необходимо снижение веса.

Чем алюминий отличается от меди по электропроводности?

Алюминий имеет примерно 61% электропроводности меди. Хотя алюминий не обладает такой проводимостью, как медь, благоприятные электрические свойства алюминия в сочетании с его более низкой стоимостью и меньшим весом делают его привлекательным выбором для различных электрических применений.

Может ли алюминий подвергаться коррозии?

Алюминий естественно устойчив к коррозии из-за образования защитного оксидного слоя при воздействии кислорода. Однако определенные среды, такие как сильнокислая или щелочная среда, могут ускорить коррозию алюминия. Надлежащие защитные покрытия или легирующие элементы могут смягчить эти проблемы.

Как осуществляется сварка алюминия?

Да, алюминий можно сваривать с использованием различных методов, таких как дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW) и дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (GMAW). Однако для сварки алюминия требуется специальное оборудование и методы, чтобы преодолеть его уникальные свойства, такие как высокая теплопроводность и оксидный слой.

Алюминий дороже других металлов?

Стоимость алюминия варьируется в зависимости от таких факторов, как рыночные условия, состав сплава и производственные процессы. Хотя алюминий может быть дороже некоторых металлов, его благоприятные свойства, такие как легкость, коррозионная стойкость и возможность вторичной переработки, часто оправдывают инвестиции.

Может ли алюминий заменить сталь в автомобильной промышленности?

Алюминий становится все более популярным выбором в автомобилестроении из-за его легкого веса и благоприятных свойств. Он предлагает снижение веса, улучшенную топливную экономичность и улучшенные характеристики в краш-тестах. Однако пригодность алюминия зависит от конкретных конструктивных требований и соображений стоимости.

Алюминий – это металл, предлагающий отличный компромисс между легкостью и прочностью. Алюминий устойчив к коррозии и его можно сваривать. Данный материал довольно редко можно встретить в чистом виде, поэтому его используют в виде сплава с металлами, улучшающими физико-механические свойства, такими как кремний и магний. Как и в случае с титаном, два последовательных промышленных процесса позволяют получить материал в чистом виде. В первом процессе, называемом процессом Байера, оксид алюминия получают из бокситовой руды. Далее руду промывают и измельчают, растворяют в каустической соде и фильтруют до получения чистого гидроксида алюминия. Затем его нагревают для получения порошка оксида алюминия. Во второй процедуре, называемой процессом Холла-Эру, для получения чистого алюминия выполняется электролитическое восстановление оксида алюминия. Большая часть обрабатывающих фабрик строится рядом с рудниками с целью снижения затрат на транспортировку руды.

Как упоминалось выше, алюминиевые сплавы более распространены, чем чистая форма, и используются во многих промышленных отраслях. Кроме того, они имеют хорошее соотношение прочности к весу и хороший показатель к усталости материала и устойчивости к коррозии. Сплавы алюминия также пригодны для вторичной переработки, тепло- и электропроводности и обладают низкой токсичностью.

Основными сплавами, используемыми в алюминиевой 3D-печати, являются:

1. AISi10Mg : Это наиболее распространенный сплав, образованный кремнием и магнием. Являясь хорошим литейным сплавом для сложных геометрических форм, он сочетает в себе малый вес и отличную теплопроводность. Этот сплав идеально подходит для изготовления деталей с тонкими стенками, таких как воздуховоды или теплообменники. После постобработки детали обладают хорошей прочностью и твердостью, превосходя обычные литые материалы, а также обладают хорошими динамическими свойствами для отраслей промышленности, таких как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, автоматизация и инструментальная промышленность. Таким образом, этот алюминиевый сплав обладает большими перспективами для внедрения аддитивного производства в массовое потребительское применение. Это также самый распространенный сплав алюминия, который мы используем при заказе печати металлических изделий.

2. Al2139: Самый прочный алюминиевый сплав, идеально подходящий для таких отраслей, как автомобилестроение, благодаря своему легкому весу, прочности и химической стойкости. Он использовался такими организациями, как Mercedes-Benz и Airbus. Преимущество этого материала в том, что он был специально разработан для аддитивного производства и превосходит многие другие сплавы на рынке.

3. Серия Al 7000: это хорошо известная серия порошковых сплавов с высокой прочностью на растяжение и устойчивостью к низким температурам.

4. Al 6061 и Al 7075: в последнее время пользователи 3D-принтеров получили очень хорошие результаты, используя эти два сплава. 6061 имеет более низкую прочность на растяжение и твердость, чем 7075. С другой стороны, 7075 обладает лучшей ударопрочностью и меньшей деформацией, чем алюминий 6061.

5. A201.1: является частью серии 200 медно-алюминиевых сплавов, которые, как известно, очень прочны. Тем не менее, они сложны для добычи. Эти сплавы рекомендуются для применения там, где соотношение прочности и веса имеет решающее значение, например, в транспорте и аэрокосмической промышленности.

6. Алюминий EOS AlF357 – идеальный материал для применений, требующих сочетания малого веса и стойкости к механическим/термическим нагрузкам. Это не содержащее бериллия производное сплава A357 (AlSi7Mg0.6). Детали, изготовленные из алюминия EOS AlF357, могут подвергаться механической, дробеструйной обработке и полировке в готовом виде или термообработке. Для этого продукта может быть использована термообработка типа T6 для улучшения общих механических свойств.

7. Алюминий EOS Al2139 AM – это высокопрочный сплав серии 2000, специально разработанный для аддитивного производства. Он демонстрирует выдающиеся эксплуатационные характеристики при повышенных температурах до 200°C. Отличные прочностные свойства включают предел текучести и растяжения около 500 МПа в термообработанном состоянии и обеспечивают облегченную конструкцию детали. Быстрая и простая процедура термообработки обеспечивает недорогое изготовление деталей.

Взаимодействие с простыми веществами

На внешнем электронном уровне у большинства металлов небольшое количество электронов (1-3), поэтому они в большинстве реакций выступают как восстановители (то есть «отдают» свои электроны).

Реакции с простыми веществами

оксид лития пероксид натрия надпероксид калия

Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом:

Со средними и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании:

Железо взаимодействует с серой при нагревании, образуя сульфид:

Распространенность в природе

Металлы являются одним из наиболее распространенных элементов в природе. Они составляют значительную часть земной коры и основной составляющей многих пород и минералов. Среди наиболее распространенных металлов можно назвать железо, алюминий, медь, свинец и цинк.

Полуметаллы, или металлоиды, также достаточно распространены в природе, но их наличие в горных породах и минералах незначительно по сравнению с металлами. Некоторые из наиболее распространенных полуметаллов включают германий, арсен и селен. Они обычно встречаются в соединении с другими элементами и часто имеют полезные свойства, такие, например, как полупроводниковые или антимикробные свойства.

Оба типа элементов имеют важное значение в промышленности и повседневной жизни. Металлы используются в производстве множества различных материалов, от стали и алюминия до более редких металлов, таких как титан и золото. Они также являются основой для создания различных инструментов, машин и оборудования.

Полуметаллы, с другой стороны, имеют широкий спектр применений. Например, германий применяется в производстве полупроводниковых компонентов, а арсен используется в производстве лекарственных препаратов и для защиты древесины от гниения.

В целом, как металлы, так и полуметаллы играют важную роль в нашей жизни и обществе, и их распространенность в природе позволяет использовать их в различных сферах деятельности.

Форма

В большинстве случаев титан и алюминий выпускаются в виде порошка, хотя они также могут быть доступны в виде проволоки, такой как титановая или алюминиевая нить. Для 3D-печати деталей с этими металлами сначала необходимо получить порошок сплава, что делается с использованием двух основных методов: плазменного или газового распыления. Плазменное распыление (ионизированный газ) – это процесс, в котором используются высокие температуры, источник энергии и тепла, инертная среда, такая как аргон, и высокие скорости для распыления металла. В результате этого процесса получаются высококачественные износостойкие порошки. Газовое распыление, с другой стороны, использует воздух, аргон или гелий в качестве газа для фрагментации потока расплавленного материала. Это очень эффективный процесс, широко используемый для производства тонких сферических металлических порошков. Технология, используемая для изготовления металлического порошка, важна, так как она, очевидно, влияет на конечные свойства детали.

В чем разница между алюминием и титаном?

С точки зрения соотношения прочности к весу титан является идеальным выбором, когда требуется высокая прочность и надежность, поэтому он используется для медицинских изделий или даже для спутниковых компонентов. С другой стороны, хотя алюминий менее прочен, чем титан, он намного легче и доступнее. С точки зрения тепловых свойств алюминий идеально подходит для применений, требующих высокой теплопроводности. Титан же идеально подходит для применения в высокотемпературных средах из-за его температуры плавления, например, в компонентах аэрокосмических двигателей. И алюминий, и титан обладают отличной коррозионной стойкостью. Однако титан более биосовместим, чем алюминий, поэтому он широко используется в медицинской сфере.

Физические свойства

Металлы и полуметаллы обладают различными физическими свойствами, которые делают их уникальными и полезными в различных областях.

Это лишь некоторые из физических свойств металлов и полуметаллов. Сочетание этих свойств делает металлы и полуметаллы важными материалами в широком спектре областей, включая строительство, электронику, авиацию, медицину и многие другие.

Доля в земной коре

Металлы и полуметаллы составляют существенную часть земной коры, которая является внешней твердой оболочкой планеты Земля. Однако их доля и распределение в коре неодинаковы.

Металлы, являющиеся одной из двух основных групп химических элементов в таблице Менделеева, составляют около 90% массы земной коры. Самым распространенным металлом является кремний, который составляет около 28% массы коры. Также наиболее распространенными металлами являются алюминий (8%) и железо (5%).

Полуметаллы, или покровные элементы, составляют около 25% массы земной коры. Самыми распространенными полуметаллами являются кислород (47%) и кремний (28%). Остальными полуметаллами являются алюминий (8%), железо (5%), кальций (4%) и небольшое количество других элементов.

Остальная часть земной коры состоит из неметаллов, которые включают в себя элементы воздуха, воды и почвы, такие как кислород, водород, азот, углерод и другие.

Составляющая Процентное содержание

Неметаллы остальная часть

Таким образом, металлы и полуметаллы составляют большую часть земной коры, что делает их важными компонентами в геологических и горнодобывающих отраслях, а также в промышленности и строительстве.

История развития представлений о металлах

Знакомство человека с металлами началось с золота, серебра и меди, то есть с металлов, встречающихся в свободном состоянии на земной поверхности; впоследствии к ним присоединились металлы, значительно распространенные в природе и легко выделяемые из их соединений: олово, свинец, железо и ртуть. Эти семь металлов были знакомы человечеству в глубокой древности. Среди древнеегипетских артефактов встречаются золотые и медные изделия, которые, по некоторым данным, относятся к эпохе, удаленной на 3000—4000 лет от н. э.

К семи известным металлам уже только в средние века прибавились цинк, висмут, сурьма и в начале XVIII столетия мышьяк. С середины XVIII века число открытых металлов быстро возрастает и к началу XX столетия доходит до 65, а к началу XXI века — до 96.

Ни одно из химических производств не способствовало столько развитию химических знаний, как процессы, связанные с получением и обработкой металлов; с историей их связаны важнейшие моменты истории химии. Свойства металлов так характерны, что уже в самую раннюю эпоху золото, серебро, медь, свинец, олово, железо и ртуть составляли одну естественную группу однородных веществ, и понятие о «металле» относится к древнейшим химическим понятиям. Однако воззрения на их натуру в более или менее определенной форме появляются только в средние века у алхимиков. Правда, идеи Аристотеля о природе: образования всего существующего из четырёх элементов (огня, земли, воды и воздуха) уже тем самым указывали на сложность металлов; но эти идеи были слишком туманны и абстрактны. У алхимиков понятие о сложности металлов и, как результат этого, вера в возможность превращать одни металлы в другие, создавать их искусственно, является основным понятием их миросозерцания.

Лишь Лавуазье выяснил роль воздуха при горении и показал, что прибыль в весе металлов при обжигании происходит от присоединения к металлам кислорода из воздуха, и таким образом установил, что акт горения металлов есть не распадение на элементы, а, напротив, акт соединения, вопрос о сложности металлов был решен отрицательно. Металлы были отнесены к простым химическим элементам, в силу основной идеи Лавуазье, что простые тела суть те, из которых не удалось выделить других тел. С созданием периодической системы химических элементов Менделеевым элементы металлов заняли в ней своё законное место.

Нахождение в природе

Бо́льшая часть металлов присутствует в природе в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты и другие химические соединения. Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Изучением этого занимается наука металлургия. Металлургия различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 химических элементов). Золото, серебро и платина относятся также к драгоценным (благородным) металлам. Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде и в живых организмах (играя при этом важную роль).

Применение

Аэрокосмическая промышленность нашла большую выгоду в использовании аддитивного производства. Титан – идеальный материал для изготовления аэрокосмических компонентов, таких как реактивные двигатели и газовые турбины, поскольку он может значительно снизить вес высоконагруженных конструкций. Одним из примеров применения титана в аддитивном производстве является партнерство Boeing с Norsk Titanium для производства крупных конструкционных компонентов для 787 Dreamliner. Технология, используемая в этом процессе, – это DED, которая, как сообщается, в 50-100 раз быстрее, чем L-PBF методы, и использует на 25-50 процентов меньше титана, чем ковка, что потенциально экономит до 3 миллионов долларов на самолет.

В то время как титан в настоящее время используется в освоении космоса, применение алюминия в промышленности тоже увеличилось. Например, Boeing производит 3D-печатные детали из алюминиевых сплавов, покрытых наночастицами на этапе охлаждения. Это позволяет сваривать чрезвычайно прочный алюминиевый сплав без его растрескивания при нагревании. Изготовленные детали намного легче, что позволяет самолету эффективно использовать топливо и преодолевать большие расстояния на том же количестве горючего.

Хоть высокая цена титана в автомобильном секторе может быть препятствием для его широкого использования, мы можем наблюдать увеличение его использования в этом секторе, особенно в сегменте роскоши. В настоящее время 3D-печать используется для создания деталей, где соотношение веса и производительности имеет решающее значение. Например, Bugatti напечатала тормозной суппорт для своей титановой тормозной системы по технологии SLM всего за 45 часов. Производитель утверждает, что деталь на 40 процентов легче, чем обычный алюминиевый тормозной суппорт. Несмотря на небольшой вес, титановая деталь также обеспечивает эластичность и термостойкость.

Алюминий, с другой стороны, еще более распространен в автомобильной промышленности. Porsche использовал 3D-печать для создания высокопроизводительных алюминиевых поршней для своей флагманской модели 911 GT2 RS. Используя эту технологию, 700-сильный двигатель с двойным турбонаддувом может набрать до 30 л.с. мощности и повысить свою эффективность. Кроме того, в 2020 году компания Porsche выпустила полностью алюминиевый корпус для электрической трансмиссии, напечатанный на 3D-принтере, который прошел все испытания компании на качество и нагрузку.

Наконец, титан является очень привлекательным материалом в медицинской промышленности из-за высокой прочности и коррозионной стойкости, а также биосовместимости, что делает его идеальным для ортопедических и зубных имплантатов. 3D-печать позволяет создавать пористые структуры, имитирующие текстуру кости, что способствует быстрому заживлению и росту кости и ткани. TrabTech в Турции производит трабекулярные имплантаты, такие как тазобедренный сустав, с использованием титана. Алюминий менее распространен в медицинской промышленности, чем титан, но его можно использовать в ортопедических и стоматологических целях.

Где применяется данное свойство

От химического состава меняется теплопроводность. Теплопроводность металлов используется при изготовлении утюгов, сантехнических приборов, посуды, изделий для пайки труб, отопительных приборов. Медные изделия имеют плотную структуру с ускоренной теплоотдачей. Передача и сохранение энергии применяется для достижения технических целей при работе деталей, оборудования. В зависимости от теплопроводности используют материал в разных сферах промышленности.

Медь используют при производстве радиаторов, которые переносят тепло в помещение. На их характеристики влияют:

Самым эффективным отопительным радиатором считается медный, однако сложная обработка, высокая стоимость делают материал нецелесообразным.

Также необходимо знать технологию получения материала, поскольку они меняют свойства при термической обработке. При высоких температурах свойства меняются из-за рекристаллизации. Методы используются в работе с минералокерамикой, огнеупорными материалами.

Особое внимание необходимо уделять коэффициенту теплопроводности изделий, когда во время эксплуатации возможен перегрев от трения. Отведение избытка тепла, из-за которого возможен перегрев и разрушение деталей, существенно увеличивает срок службы редукторов, шестеренчатых передач, раздаточных валов и многих других механизмов. Зная о передаче тепла разных материалов, имеется возможность выбора оптимальной области применения.

Происхождение слова «металл»

Металлы и полуметаллы, используемые в различных отраслях промышленности, значительно влияют на окружающую среду. Среди основных аспектов их воздействия можно выделить следующие:

1. Разрушение экосистемы: Извлечение металлов из земли или поверхностных открытых месторождений может приводить к разрушению экосистемы. Добыча руды часто включает в себя выработку шахт и рудников, что приводит к опустошению природных ресурсов и стерилизации почвы.

2. Загрязнение воды: Процессы производства металлов требуют значительного использования воды, и часто происходят сбросы сточных вод, содержащих токсические вещества, в окружающие водные источники. Это приводит к загрязнению воды, угрожая не только флоре и фауне, но и людям, использующим эти источники воды для питья и предметов личной гигиены.

3. Загрязнение воздуха: Процессы переработки металлов часто сопровождаются выбросами опасных веществ, таких как сера, азотные оксиды и другие примеси. Это может привести к загрязнению воздуха и негативно сказаться на здоровье людей, проживающих рядом с промышленными объектами.

4. Отходы производства: Производство металлов и полуметаллов вырабатывает огромное количество отходов — шлаки, пыль, отработанные растворы и другие вещества, которые несут угрозу окружающей среде и человеческому здоровью. Применение неправильных методов утилизации этих отходов может приводить к загрязнению почвы и водных ресурсов.

В целом, металлы и полуметаллы оказывают значительное влияние на окружающую среду, поэтому важно применять современные технологии и методы, которые способны снизить негативное воздействие и повысить экологическую безопасность производства. Это включает в себя улучшение процессов добычи, переработки и утилизации, а также соблюдение всех экологических норм и требований.

Цена и производители

Что касается участников российского рынка, китайский E-Plus 3d производит свои металлические порошки, также стоит взять во внимание таких производителей, как "Полема", Unit3dMetal или Русал.

В отношении ценообразования стоит отметить, что печать титаном несколько дороже,чем печать алюминием. 3DVision работает с обоими видами металлов: стоимость изготовления деталей из титана составляет от 650 рублей за кубический сантиметр, в то время как печать алюминием обойдется от 200 рублей за см3 изделия.

А что вы думаете о печати алюминием и титаном? Смело делитесь своим мнением в комментариях.

Определение

Способность металлов передавать тепловую энергию от горячих частей холодным, называется теплопроводностью. Атомы переносятся во время движения частиц. скорость обмена теплом зависит от агрегатного состояния материала, через который проходит передача.

λ = (Q × L) / (A × ΔT) – формула показывает, что теплопроводность зависит от количества тепла, передаваемого через материал, его толщины, площади поперечного сечения и разности температур. На уровень теплопроводности также влияет плотность, вид, размеры и расположение пор. Хуже всего тепло проводят инертные газы, содержание молекул в 1 м3 очень маленькое, расстояние между молекулами очень большое, поэтому передать энергию между молекулами довольно сложно.

Вакуум обладает самой плохой теплопроводностью, потому что в таких условиях практически отсутствуют молекулы, которые бы передавали энергию друг другу. Стоит отметить, что металлические предметы не всегда холодные. причина низкой температуры металлов таится в их хорошей передаче тепла. Деревянные окна и двери обеспечивают хорошую теплоизоляцию, так как дерево не передает тепло так хорошо, как металлы. Фольга является идеальным пароизоляционным материалом, благодаря способности задерживать перемещение газов во внешнюю среду из ячеек теплоизоляции.

Отличие теплопроводности от теплоемкости

От нагрева высокой температуры материал становится текучим, например, расплавление свинца и олова происходит от нагрева свечи. Но большинство материалов плавят в печи. Соединения становятся более плавкими от добавки дополнительных компонентов. Например, бронза, латунь, сталь, чугун имеют меньшую температуру плавления по сравнению с основным элементом.

Температура плавления зависит от показателей теплоемкости – численного выражения способности химических элементов поглощать теплоту. Для элементов – 300-400 Дж/(кг х К), а для сплавов – 100-2000 Дж/(кг х К).

Энергию в металлах переносят электроны. Чем меньше искажений из-за примесей, тем выше передача тепла, чтобы ее снизить в сплав добавляют легирующие вещества. Легирование вносит искажения в структуру металлов и понижает теплопроводность относительно основного металла.

В зависимости от уровня передачи тепла меняются области применения. Например, для ручки сковороды необходим металл с низкой теплопроводностью, чтобы не обжечь руки. А для быстрого нагрева еды на сковороде нужен металл или сплав, хорошо проводящий тепло.

Наиболее теплопроводным металлом является серебро, затем идут олово, алюминий и железо. У материалов с низкой теплопроводностью имеются искажения кристаллической решетки. К чёрным относят железо и его сплавы (чугун и сталь), все остальные цветные металлы.

Закон Фурье применим для описания способности проводить газов, жидкостей и твердых тел, различие будет только в коэффициентах теплопроводности.

Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (к), называют коэффициентом теплопроводности.

Это количество теплоты, переносимое за секунду через одну единицу поверхности. Теплоту передают свободные электроны, которых в металле содержится максимальное количество. Поэтому у них коэффициент выше, чем у диэлектрических материалов. Большинство металлов имеют линейную зависимость. Следует иметь в виду, что для смеси газов (дымовые газы, атмосфера термических печей и т.п.) расчетным путем определить коэффициент теплопроводности невозможно. Знание КТП нужно для улучшения тепловой эффективности конструкции. Коэффициент играет важное значение при выборе материалов при строительстве. При использовании стройматериалов с высокими показателями теплопроводности, в мороз в здании будет холодно.

Медь –распространенный, недешевый металл, обладающий следующими особенностями:

В эксперименте по повышению качеств медного сплава использовались медные пленки с верхним слоем графена, обладающим высоким уровнем теплопроводности. благодаря графеновому напылению. Имеются научные сведения о теплопроводности различных сортов металлов, например, пружинной и быстрорежущей стали. В специализированных справочниках указаны средние значения показателей при температуре до +1 200 °С.

Взаимодействие кислот с металлами

С кислотами металлы реагируют по-разному. Металлы, стоящие в электрохимическом ряду активности металлов (ЭРАМ) до водорода, взаимодействуют практически со всеми кислотами.

Взаимодействие неокисляющих кислот с металлами, стоящими в электрическом ряду активности металлов до водорода

Происходит реакция замещения, которая также является окислительно-восстановительной:

Взаимодействие концентрированной серной кислоты H2SO4 с металлами

Окисляющие кислоты могут взаимодействовать и с металлами, стоящими в ЭРАМ после водорода:

Сильно разбавленная кислота реагирует с металлом по классической схеме:

При увеличении концентрации кислоты образуются различные продукты:

Реакции для азотной кислоты (HNO3)

Продукты взаимодействия железа с HNO3 разной концентрации

При взаимодействии с активными металлами вариантов реакций ещё больше:

Легирование — это введение в расплав дополнительных элементов, модифицирующих механические, физические и химические свойства основного материала.

Физические свойства металлов

Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью. Ниже в таблице приводится твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса.

Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые металлы, например, олово и свинец, могут расплавиться на обычной электрической или газовой плите.

В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0,53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22,6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.

Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы, такие, как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий, могут срастаться между собой, но на это могут уйти десятки лет.

Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей, и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.

Наименьшая теплопроводность — у висмута и ртути.

Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета. Осмий имеет хорошо различимый голубой цвет.