Легкие металлы и сплавы

К легким относятся сплавы на основе металлов, относительная плотность которых ниже 4,5 г/см 3 — алюминия, магния, титана, бериллия. Благодаря своей легкости, прочности и отличным высокотемпературным характеристикам, они широко применяются в энергетике, самолето-, ракето- и судостроении. Растет их значение и в качестве конструкционных материалов общего назначения, в особенности сплавов на основе алюминия.

Алюминиевые сплавы

К ним относятся сплавы для литья под давлением алюминия с магнием, литейные сплавы алюминия с кремнием, самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности алюминия с медью. Они легкодоступны, экономичны, отличаются небольшой плотностью, высокой прочностью при низких температурах, хорошей электропроводностью и стойкостью к коррозии.

Алюминий хорошо поддается любой обработке, поэтому с успехом заменил сталь и медь во многих отраслях промышленности. Путем их использования созданы новые конструкции быстроходной военной техники, увеличилась скорость транспорта всех видов, стала больше емкость цистерн и контейнеров для перевозки нефтепродуктов.

Из алюминия делают палубные сооружения, несущие конструкции, кровельные материалы, аппаратуру, провода и т.д. Единственный его недостаток – зависимость механических свойств от роста температуры.

Магниевые сплавы

Чаще всего используются сплавы магния с цинком и алюминием, отличающиеся низким удельным весом (до 1,8 кг/куб.см), высокой удельной прочностью и хорошими литейными характеристиками.

Материалы характеризуются определенной мягкостью, плохо сопротивляются воздействию высоких температур и агрессивных сред, но отлично себя зарекомендовали при работе в обычных условиях. Из них изготавливают инструменты, детали двигателей и тормозов для автомобилей и вагонов, корпуса приборов, фотокамер и компьютеров.

Для защиты от коррозии готовые изделия покрывают защитными окисными пленками и специальными лаками.

Титановые сплавы

Марки сплавов на основе титана отличаются по эксплуатационным свойствам и химическому составу. Чаще всего в них содержатся: марганец, алюминий, хром, олово, молибден, ванадий, кремний, железо.

Сочетая коррозионную стойкость и прочность с низкой плотностью, они обладают целым рядом конструктивных преимуществ перед сталью или алюминием. Изделия из данного материала:

• немагнитны;
• стойки к износу;
• отличаются высокой энергоемкостью и удельной прочностью;
• отлично работают в агрессивных средах.

Материал хорошо штампуется, куется, прокатывается и сваривается. Из него производят трубы, проволоку, листы, профили, плиты, полы. Все более широкое применение титан находит в изготовлении элементов конструкции самолетов, металлургии, военной промышленности, радиотехнике, химической и энергетической отраслях, где ключевую роль играет его высокая коррозионная устойчивость и низкая теплопроводность.

Бериллиевые сплавы

Наличие бериллия придает сплаву жаростойкость, прочность и устойчивость к коррозии. Его уникальные свойства (повышенная жесткость, высокая точка плавления, удивительная оптическая отражательная способность) привлекли внимание аэрокосмической и атомной промышленности. Он используется для изготовления деталей космических кораблей и спутниковых антенн, энергетических реакторов и дисковых тормозов самолета, в системах обнаружения целей и космических телескопах.

Более широкого применения бериллий не нашел из-за дорогостоящего производства, а также высокой токсичности своего порошкообразного окисла.

Легкие металлы

Понятия «легкие металлы» на данный момент нет в номенклатуре ИЮПАК. Легкими металлами называют металлы с небольшой плотностью.

Наиболее важными легкими металлами являются: алюминий, олово, магний, титан, бериллий и литий. Также, к этой группе обычно относят: галлий, индий, таллий, висмут и кадмий.

Самый легкий металл

Известно, что самый легкий металл — литий, который активно используется в сплавах.

Литий нашел свое применение в:

• производстве анодов химических для источника тока;
• в оптических работах и экспериментах;
• в работе с высокоэффективными лазерами.

Например, гидроксид лития используется в изготовлении электролита щелочных аккумуляторов. В производстве керамики также используется силикат и алюминат лития — в качестве основы. Такая керамика застывает уже при комнатной температуре.

Это свойство лития используют:

• в металлургии;
• в военном производстве (при разработке сложной техники);
• в термоядерной энергетике.

В промышленности литию также находится активное применение, поскольку некоторые соединения этого металла способствуют отбеливанию тканей.

Интересно, что сфера использования лития распространилась на медицину и фармацевтику. В психиатрии соединения лития используют для стабилизации эмоционального состояния пациентов.

Легкие цветные металлы

Наиболее распространенные легкие цветные металлы: алюминий и магний.

Алюминий считается активным металлом. В промышленности он ценится в работе с конструкционными материалами, поскольку наделен высокими показателями пластичности и податливостью к обработке.

Среди свойств алюминия основными являются:

• способность проводить как тепло, так и электричество (показатель электропроводности достигает 65 процентов);
• устойчивость к коррозии в атмосферных проявлениях;
• высокая плотность сплавов;
• относительно малая плотность;
• высокая пластичность.

Окисная пленка буквально впечатывается в поверхность алюминия и, тем самым, предохраняет его от агрессивного воздействия среды или от нежелательных соединений.

Что касается магния, то этот металл наделен, наоборот, весьма низкой пластичностью. Это сказывается на неудовлетворительной свариваемости. При этом магний легко поддается резанию, хотя механические свойства этого металла имеют низкий показатель. Как следствие — использование магния как конструкционного материала бывает затрудненным.

Магний обладает:

• высокой температурой плавления;
• коррозионной стойкостью;
• способностью образовывать гидроокись при взаимодействии с влагой;
• способностью образовывать сплавы (при этом механические показатели магния усиливаются, что существенно расширяет сферу его использования).

Кроме того, магний способен образовывать окислы и нитриды при взаимодействии с некоторыми газами в атмосфере.

К ним относятся:

• СО и СО₂;
• парообразное состояние воды;
• водород;
• азот.

Если деталь из магния готовится к сварке, то ее, прежде всего, очищают от этих и других соединений и прочих защитных пленок.

Легкие и тяжелые металлы

В цветной металлургии используются как легкие, так и тяжелые металлы. Их разделяют по практическому назначению и свойствам.

Группа тяжелых металлов определяется наличием в ней:

• меди;
• свинца;
• цинка;
• никеля.

Легкие металлы требуют огромное количество энергии для формирования. Следовательно, предприятия, специализирующиеся на получении легких металлов, сосредоточены в непосредственной близости к источникам дешевой энергии.

Производство же тяжелых цветных металлов должно быть привязано к источнику сырья, как, например, ГМК «Норильский Никель» расположен в непосредственной близости к никелевым месторождениям.

Какой металл самый легкий? Его свойства и особенности

Хотя человек на примере отдельных столовых приборов неоднократно убеждался, что металлические предметы способны оказаться вовсе и не тяжелыми, все-таки металл представляется последнему в первую очередь как нечто, с трудом поддающееся разрушению под воздействием внешних сил, а оттого и по весу впечатляющее.

Однако в этой статье речь пойдет о самых легких металлах в мире: какими свойствами обладают, для чего используются и чем представляют интерес — об этом расскажет редакция 24СМИ.

Самые легкие металлы в мире

Лёгкими называют металлы, которые обладают небольшой плотностью. Это отнюдь не редкое явление. Вещества с такими характеристиками составляют примерно 20 % от массы земной коры. Они активно добываются и широко применяются в промышленности.

Самым лёгким металлом является литий. Кроме наименьшей атомной массы, он обладает и наименьшей плотностью, которая в два раза ниже, чем у воды. После лития идут калий, натрий, алюминий, рубидий, цезий, стронций и т. д. В их число входит и титан, который обладает самой высокой прочностью среди металлов.

Легкостью и прочностью обладает также алюминий. В земной коре он третий по распространённости. Пока люди не научились получать его промышленным путём, металл был дороже золота. Сейчас килограмм алюминия можно купить примерно за 2 доллара. Его применяют как в ракетной технике и военной промышленности, так и для изготовления пищевой фольги и кухонных предметов.

3.3. Легкие сплавы

Металлы, обладающие малой плотностью, называют легкими металлами. Из широко используемых к ним относятся алюминий (плотность 2 700 кг/м3), магний (1 740), бериллий (2 848) и титан (4 505). Из этих металлов получают легкие сплавы, а также их применяют в качестве легирующих добавок к другим сплавам. Из легких металлов и сплавов делают детали и устройства воздушного и водного транспорта, в которых большая масса является критичной для работы конструкции. Легкие металлы и сплавы характеризуются высокой удельной прочностью, т. е. высоким отношением механических свойств к их плотности. Так, алюминиевые сплавы в литом состоянии по удельной прочности превосходят все другие литейные сплавы, а в деформированном состоянии равноценны конструкционным высокопрочным сталям.

К легким конструкционным сплавам относятся алюминиевые, бериллиевые, магниевые и титановые сплавы, у которых удельная прочность выше, чем, например, у конструкционных сплавов на основе железа или никеля. Так, при одинаковой прочности дюралюминий в 3 раза легче котельной стали и его удельная прочность примерно в 3 раза выше, чем у стали.

Алюминий — основа многих легких сплавов, в которые легирующие добавки (медь, кремний, магний, цинк, марганец) вводят, главным образом, с целью повышения прочности основы.

Основные сплавы алюминия — дюралюмины и силумины, по-лучившие широкое применение в авиационной, автомобильной, судостроительной, тракторной промышленности и приборостроении. Эти сплавы подразделяют на обрабатываемые давлением (деформируемые) и литейные. Дюралюмины — сплавы алюминия с добавками 3,8…5,2 % меди, 0,4… 1,8 % марганца и 0,4… 1,0 % магния. Кроме указанных элементов в дюралюмины могут входить и другие (например, никель) улучшающие его механические характеристики элементы. Силумины — это литейные сплавы алюминия с кремнием.

Алюминиевые литейные сплавы по физико-химическим свойствам можно разделить на несколько групп, исходя из содержания определяющих их основные характеристики легирующих элементов.

Алюминиевые сплавы с высоким содержанием кремния (5 % и более) обладают высокой литейной способностью — повышенной жидкотекучестью, малой усадкой, отсутствием трещин в горячем состоянии и т.д. (это сплавы АЛ2, AJI4, АЛ9 и др.).

Алюминиевые сплавы с высоким содержанием магния (4 % и более) имеют самую малую плотность из всех литейных алюминиевых сплавов, коррозионно-стойкие и сравнительно высокопрочные (это сплавы AJ18, АМг5, АМгб).

Алюминиевые сплавы с высоким содержанием меди (4 % и более) особыми свойствами не обладают — значительная плотность, низкие коррозионная стойкость и жидкотекучесть, поэтому пригодны для изготовления изделий неответственного назначения (это сплавы AJT7, AJ112, AJI19).

Алюминиевые сплавы с высоким содержанием цинка (10… 12 %) и кремния (6…8%) характеризуются тем, что хорошо заполняют литейную форму, дают чистую поверхность, не требуют специальной термической обработки (это сплав АЛ11 и др.).

Многофазные сплавы с гетерогенной (неоднородной) и устойчивой структурой (сплавы типа АЛ 1) являются жаропрочными и используются для деталей, работающих при повышенной температуре. При этом, чем выше жаропрочность сплава, тем хуже его технологические свойства.

Из деформируемых алюминиевых сплавов можно отметить, например, малолегированные и термически не упрочняемые сплавы типа АМц, АМг и др. Сюда относят сплавы с постоянными примесями железа и кремния, иногда с добавкой титана. Сплавы, содержащие 2…7% магния, образуют семейство материалов типа магнолит, они имеют высокую коррозионную стойкость, пластичны, хорошо свариваются. Основной способ упрочнения — на-гартовка. Из этих сплавов делают профили, трубы, листы, прутки и др. Сплавы типа дюралюмин (Д16) применяют в закаленном и состаренном состояниях, они работоспособны при температуре до 200 °С, поэтому эти сплавы используют для производства конструкций, работающих при повышенных температурах. Если из этого материала сделать заклепки, то время их расклепывания ограничивается малым временем после закалки.

Наряду с дюралюминами и силуминами используют и другие сплавы на основе алюминия — авиаль и магналии.

Авиаль — сплав на основе алюминия, содержащий до 0,45 % магния, 0,5… 1,2% кремния, 0,2…0,6% меди, 0,15…0,35% марганца или хрома. Этот сплав обладает высокой пластичностью и удовлетворительной атмосферной коррозионной стойкостью. Термической обработкой (закалкой и старением) авиаль упрочняют. Так как сплав обладает достаточной пластичностью и хорошо обрабатывается давлением, из него изготовляют детали сложной формы (лопасти винтов вертолетов).

Магналии — сплавы на основе алюминия, легированные 1… 13 % магния, — бывают литейные (4… 13% магния) для изготовления сложных фасонных отливок и деформируемые (1…7% магния), хорошо сваривающиеся и имеющие высокие показатели по коррозионной стойкости и пластичности. Такие сплавы используют в судостроении и ракетостроении.

Бериллий и бериллиевые сплавы

становятся все более востребованными в связи с бурным развитием специальной техники — ракетостроения, авиации, созданием космических и глубоководных аппаратов и других изделий, так как данные материалы обладают комплексом ценных свойств.

Даже при небольших добавках бериллия в Цветные металлы или в стали их свойства значительно улучшаются. Например, сплав меди с 1…5% бериллия (бериллиевая бронза) обладает прочностью на разрыв большей, чем многие легированные стали. В отличие от чистого бериллия такой материал хорошо обрабатывается механическими способами, из него можно изготовить ленты толщиной 0,1 мм. Бериллиевая бронза используется для изготовления пружин, рессор, амортизаторов, подшипников, шестерен и других изделий, от которых требуется большая прочность, хорошая сопротивляемость усталости и коррозии, сохранение упругости в широком интервале температур.

Стали, легированные бериллием, обладают повышенными прочностью, коррозионной стойкостью и свариваемостью. По сравнению с другими сталями сталь, легированная бериллием, проявляет стойкость к воздействию морской воды, нефти, мазута и других видов углеводородного топлива. Подобные стали находят применение в судостроении и при изготовлении глубоководных аппаратов.

Содержащие бериллий сплавы используют в разных областях науки и техники, по больше всего в ядерной физике, авиации, ракетостроении, космических устройствах, машиностроении, медицине. Например, масса крыла самолета из бериллия меньше массы аналогичного крыла из стали на 60 %, а из титана на 30 %. Из бериллиевых сплавов делают обтекатели самолетов, детали турбореактивных и турбовинтовых двигателей, передние кромки крыльев сверхзвуковых самолетов, лонжероны, тормозные диски колес и рули наведения. Использование данных сплавов для космических устройств обусловлено сочетанием высокой удельной прочности с большой удельной жесткостью. У бериллия жесткость в пределах упругих деформаций в 6 раз превышает жесткость других конструкционных материалов.

Улучшить свойства металлов можно как путем легирования бериллием на этапе получения сплава, так и поверхностным насыщением изделия бериллием по аналогии с цементацией. Технология не сложная: стальную деталь помещают в бериллиевый порошок и выдерживают в нем при температуре 900… 1 100°С в течение 10… 15 ч. В результате диффузии на поверхности стальной детали образуется слой толщиной 0,15…0,40 мм из соединения бериллия с железом и углеродом. Этот слой делает сталь жаро-стойкой, устойчивой к морской воде, азотной кислоте, кроме того, хорошо работающей на износ.

Используя бериллиевые волокна и синтетическую бумагу, можно изготовить новый композиционный материал — это специальная жаропрочная бумага (работает при воздействии температуры до 2 200°С), которая не боится термических ударов (резкой смены температур), химически инертна и обладает высокими тепло-, звуко- и электроизоляционными свойствами. С учетом указанных качеств ее применяют в космических кораблях, реактивных двигателях, газовых турбинах и ракетах.

Весьма ценным является керамический материал из оксида бериллия (брокерит, бромеллит), обладающий одновременно высокими диэлектрическими и теплопроводными свойствами и в то же время довольно легкий — его плотность равна 2 957 кг/м3, а теплопроводность составляет примерно 50 % теплопроводности меди.

Бериллий обладает высокой теплотворной способностью — при сгорании 1 кг бериллия выделяется 60 000 кДж теплоты, поэтому его используют в качестве добавки в ракетное топливо. Кроме металлического бериллия добавками служат соединения бериллия, например, гидрид бериллия и некоторые бериллийорганические вещества.

Наряду с достоинствами бериллий и его соединения имеют и недостатки, главным из которых является высокая токсичность (ядовитость). Особенно вредны мелкие частицы соединений бериллия, и чем выше их дисперсность (т.е. чем они мельче), тем они токсичнее. Уровень токсичности зависит от температуры спекания — оксид бериллия (бромеллит), спеченный при температуре 1600°С, менее вреден, чем тот же материал, но созданный при температуре 500 °С. Попав в живой организм, бериллий соединяется с костной и легочной тканями и разрушает их. Кроме того, он вызывает сильные воспалительные заболевания кожи — дерматиты. Предельные допустимые концентрации (ПДК) оксида бериллия в воздухе для работающих очень малы и составляют одну тысячную долю микрограмма на один кубический метр.

Магний с алюминием (до 11 %) и другими металлами (марганец до 2,5%, цинк 2. 3%, медь 0,25%, кремний 1,5% и титан) образует сверхлегкие сплавы, изделия из которых для авиапромышленности получают преимущественно обработкой давлением с подогревом до 4ОО…430°С и литьем.

Магниевые сплавы

закаливают и подвергают старению, но эффект термической обработки по сравнению с алюминиевыми сплавами меньше. От коррозии магниевые сплавы защищают оксидированием и покрытием лаками. Магниевые сплавы разделяют на литейные и деформируемые. К литейным относятся сплавы MJ12 (1 …2 % марганца), МЛ6 (9,0… 10,2 % алюминия, 0,6… ] ,2 % цинка, 0,15…0,50% марганца и др.), к деформируемым — сплавы МА1 (1,3…2,5% марганца), МА5 (7,8…9,2% алюминия, 0,15…

0,50% марганца, 0,2…0,8% цинка и др.).

Достоинством сплава MJ12 является хорошая коррозионная стойкость и свариваемость, термической обработке он не подвергается. Литейные свойства этого сплава низкие, поэтому из него отливают бензобаки, бензомасляную арматуру и другие детали простой конфигурации. Сплав MJ16 имеет хорошие литейные свойства, отливки из него получают литьем в землю, в кокиль и под давлением. Свариваемость сплава MJT6 удовлетворительная, а коррозионная стойкость ниже по сравнению с другими сплавами. Из этого сплава изготовляют тяжелонагруженные детали двигателей, так как сплав имеет повышенный предел текучести. Литейные сплавы для проведения литья нагревают до температуры 700… 800 °С, кристаллизация происходит в интервале температур 600…440°С, линейная усадка при этом составляет в среднем 1,2… 1,4 %.

Магниевые деформируемые сплавы изготовляют в виде листов, прутков, профилей, плит, поковок в термообработанном и необработанном виде. Фасонные отливки, как правило, отжигают, закаливают и старят.

по распространенности в недрах занимает четвертое место после алюминия, железа и магния. Этот легкий металл (плотность 4 540 кг/м3) плавится при температуре около 1 660 °С, легко образует соединения с кислородом, азотом, углеродом — оксиды, нитриды, карбиды, которые довольно твердые п тугоплавкие. Титан имеет высокие прочность и коррозионную стойкость. В виде добавок входит в состав многих металлических материалов, образует жаропрочные сплавы, а его карбиды являются одними из основных составляющих твердых сплавов. Этот металл хорошо обрабатывается резанием, при нагреве до 900°С куется, а при температуре около 1 000 °С прессуется в прутки разных профилей и трубы, прокатывается в холодном состоянии, но быстро упрочняется и требует частых отжигов в вакууме (гелии), после которых становится пластичным. Сваривают титан аргон но-дуговой сваркой.

Промышленные сплавы титана содержат, например, 8 % марганца, или по 4 % марганца и алюминия, или по 2 % железа, хрома и молибдена, или 3 % алюминия и 5 % хрома и др. Главными достоинствами титановых сплавов являются высокая жаростойкость, жаропрочность, коррозионная стойкость, значительное электрическое сопротивление и благоприятная удельная прочность. С учетом этого титановые сплавы используют в авиационной промышленности. Из титановых сплавов делают детали обивки фюзеляжа, крыльев, хвостового оперения и др. В турбореактивных двигателях из них изготовляют моторные рамы, диски и лопатки компрессоров, распорные кольца и другие детали. Поплавки гидросамолетов производят из титанового сплава, обладающего стойкостью в морской воде.

Рис. 3.1. Диаграмма изменения пределов прочности о„ цветных металлов и сплавов в зависимости от наклепа (степени обжатия): 1,2 — алюминий и кольчугалюминий; 3, 10 — медь и никель; 4, 9 — никелины с разным содержанием компонентов; 5, 7 — алюминиевая и фосфористая бронзы; 6 — константан; 8 — латуни

Корпуса подводных лодок и глубоководных аппаратов делают из титановых сплавов, как и гребные винты, трубопроводы, насосы и др. Титан используют в химической (трубопроводы, резервуары для агрессивных сред), инструментальной (карбиды титана в твердых сплавах), электротехнической (сплавы с высоким электросопротивлением), медицинской (внутренние протезы) и других отраслях промышленности.

Обрабатывать легкие конструкционные сплавы можно в горячем и холодном состоянии. По мере увеличения степени деформации при холодной обработке происходит постепенное повышение твердости и прочности металла. Для получения дальнейшей деформации требуется все большее усилие. При этом металл становится более прочным, менее пластичным, получает так называемый наклеп.

Наклеп и нагартовка (от нем. hart — твердый) — явления повышения твердости и прочности — понятия, равнозначно обозначающие повышение механических свойств металлов в результате их обработки давлением (штамповка, ковка, прокатка, волочение, выглаживание роликами, дробью и др.).

Изменения прочности цветных металлов в зависимости от наклепа приведены на рис. 3.1. Увеличение ов при наклепе показано для алюминия и кольчугалюминия, меди и никеля, никелинов с разным содержанием компонентов, алюминиевой и фосфористой бронз, константана, латуни.

Литий

Литий находится в первой группе периодической таблицы элементов. Он стоит под номером 3, после водорода и гелия, и обладает самой маленькой атомной массой среди всех металлов. Простое вещество – литий, при нормальных условиях имеет серебристо-белый цвет.

Это самый лёгкий щелочной металл с плотностью 0,534 г/см³. Из-за этого он всплывает не только в воде, но и в керосине. Для его хранения обычно используют парафин, газолин, минеральные масла или петролейный эфир. Литий очень мягкий и пластичный, легко режется ножом. Чтобы расплавить этот металл, его нужно нагреть до температуры 180,54 °C. Закипит он только при 1340 °C.

В природе существует только два стабильных изотопа металла: Литий-6 и Литий-7. Кроме них, есть 7 искусственных изотопа и 2 ядерных изомера. Литий является промежуточным продуктом в реакции превращения водорода в гелий, участвуя, таким образом, в процессе образования звёздной энергии.

Из четырех процентов

История открытия лития началась с …математики. Химик Арфведсон анализировал минерал с рудника Уто. Ученый определил, что это обычный алюмосиликат, и содержание в нем алюминия, кремния и кислорода составляет 96%. Настырный химик задумался — что с оставшимися 4%. Отделив основные составляющие и растворив остаток, он получил раствор со щелочными свойствами. Логично было предположить, что открыт новый элемент.

Описанием минерала, из которого извлекли новый элемент, служат слова: «обычный булыжник». Потому и назвали новый металл литием (litos по латыни камень).

Реакции с литием

Учитывая его щелочную природу, можно предположить, что он очень активен. Однако металл является самым спокойным представителем своей группы. При нормальной комнатной температуре литий слабо реагирует с кислородом и многими другими веществами. Свой «бурный нрав» он проявляет после нагревания, тогда он вступает в реакцию с кислотами, различными газами и основаниями.

В отличие от других щелочных металлов с водой он реагирует мягко, образуя гидроксид и водород. С сухим воздухом реакции практически нет. Но если он влажный, то литий медленно реагирует с его газами, образуя нитрид, карбонат и гидроксид.

При определённых температурах самый легкий металл активен с аммиаком, этиловым спиртом, галогенами, водородом, углеродом, кремнием, серой.

Месторождения

В природе литий содержится в солевых растворах (подземных водах). Твердые источники часто расположены в пегматитовых рудах. Минералы: сподумен, лепидолит, эльбаит, ядарит.

В России 16 месторождений, но добыча не производится.

• Боливия;
• Аргентина;
• Чили;
• Китай.

Печально: в нашей стране спрос на литий-ионные аккумуляторы покрывается китайским импортом. А могли бы сами производить…

Сплавы лития

Свойства лития повышают отдельные качества металлов, из-за чего его часто используют в сплавах. Полезной является его реакция с окислами, водородом, сульфидами. При нагревании он образует с ними нерастворимые соединения, которые легко извлечь из расплавленных металлов, очистив их от этих веществ.

Для придания сплаву стойкости к коррозии и пластичности его смешивают с магнием и алюминием. Медь в сплаве с ним становится более плотной и менее пористой, лучше проводит электричество. Самый легкий металл повышает твёрдость и пластичность свинца. При этом он повышает температуру плавления многих веществ.

Благодаря литию металл становится прочным и устойчивым к разрушениям. При этом он не утяжеляет их. Именно поэтому сплавы на его основе применяются в космической инженерии и авиации. Главным образом используются смеси с кадмием, медью, скандием и магнием.

Алюминий (Al)

Алюминий относится к наиболее распространенным цветным металлам. Открытый в 1825 году и до освоения технологии промышленного изготовления стоивший дороже золота, элемент с атомным номером 13 и массой в 26,982 а. е. м. имеет плотность 2,7 г/см^3 и отличается наличием парамагнитных свойств, правда, слабых.

Хорошо проводит тепло и электричество, не поддается коррозионному воздействию, зато подвержен механическому, в том числе легко подвергается сгибанию. Сплавы на основе этого легкого металла характеризуются пластичностью, удовлетворительной прочностью и не поддаются коррозии, а также хорошо свариваются.

Алюминий, фото: https://ru.wikipedia.org/

По распространенности в мире алюминий стоит на первом месте среди металлов и на третьем среди химэлементов периодической таблицы, уступая только кислороду и кремнию. Добыча его ведется более чем в 15 странах, лидеры среди которых — Китай, Россия и Канада. Мировые запасы этого элемента в разы превышают текущую потребность в его применении.

Сфера использования алюминия и сплавов на основе этого материала обширна. Это и черная металлургия, и пиротехника, использовался даже для изготовления ювелирных украшений в тот период, когда представлял исключительную ценность из-за неотработанного техпроцесса. В Японии он применяется в таком качестве до сих пор, заменяя иногда серебро в украшениях.

О посуде и столовых приборах из этого гибкого металла знают все, а вот в качестве конструкционных материалов используют преимущественно алюминиевые сплавы, обладающие требуемыми характеристиками в плане прочности. Также алюминий добавляют в «автоматные стали» для облегчения обработки — благодаря ему достигается четкое открепление от прута детали после завершения обработки.

Нахождение в природе и значение

Самый легкий металл имеет около 30 собственных минералов, но только 5 из них используются в промышленности: пенталит, амблигонит, лепидолит, циннвальдит и сподумен. Кроме того, находится он в солёных озёрах. Всего в земной коре содержится 0,005 % этого металла.

Большие промышленные запасы лития находятся на всех континентах. Его добывают в Бразилии, Австралии, ЮАР, Канаде, США и других странах. После чего применяют его в электронике, металлургии, лазерных материалах, ядерной энергетике и даже медицине.

Большое содержание лития есть в гумусах, что говорит о его участии в круговороте природных веществ. Металл присутствует в организме животных, а также во многих растениях. Литием богаты персики, грибы, редис, картофель, морковь.

В нашем организме он содержится в печени, крови, лёгких, костях и других органов. Недостаток лития приводит к нарушениям в работе нервной системы и мозга. Он повышает устойчивость организма к болезням, активизирует деятельность ферментов. С помощью него борются с болезнью Альцгеймера, психическими расстройствами, склерозом, а также различными зависимостями.

Титан (Ti)

Открытый в конце XVIII столетия и сразу добавленный в периодическую таблицу Менделеева под 22-м номером химический элемент серебристого цвета с атомной массой в 47,867 а. е. м. (атомная единица массы) и плотностью в 4,5 г/см^3 отличается впечатляющей прочностью.

Также среди свойств металла, получившего статус самого твердого из используемых, выделяют отличную антикоррозионную устойчивость. Это справедливо и для сплавов, получаемых на основе титана, причем собственные прочностные характеристики последние сохраняют даже при температурах в 300 °C, что делает их незаменимыми в текущий период времени в авиации и ракетостроении.

Титан, фото https://mining-prom.ru/

Получивший название в честь титанов из древнегреческой мифологии металл входит в десятку самых распространенных в природе элементов, месторождения которого открыты на всех континентах, исключая Антарктиду. Причем Россия занимает по концентрации руд с содержанием рассматриваемого элемента второе место в мире после КНР.

Помимо уже упомянутых отраслей, титановые сплавы востребованы в кораблестроении, химической, автомобильной и оборонной промышленности, а также на пищевом производстве и в сельском хозяйстве. Благодаря собственной инертности титан без проблем способен контактировать с тканями живых организмов, не вызывая опасных для здоровья химических реакций, а потому активно используется в медицине, начиная с протезирования и изготовления имплантатов и заканчивая созданием хирургических инструментов.

Токсичность

Несмотря на важную биологическую роль лития в нашем организме, он может быть опасным. Самый легкий металл достаточно токсичен и способен вызывать отравления. При горении он провоцирует раздражение и отёки слизистых оболочек. Если на них попадет кусочек целого металла, произойдёт то же самое.

Литий нельзя брать в руки без перчаток. Взаимодействуя с влагой в воздухе или влагой на коже, он легко вызывает ожог. С расплавленным металлом нужно быть ещё осторожнее, так как его активность повышается в разы. При работе с ним нужно помнить, что это щелочь. Уменьшить его действие на кожу можно обычным уксусом.

В организме литий повышает устойчивость иммунной системы и улучшает работу нервной системы. Но его переизбыток сопровождается головокружением, сонливостью, потерей аппетита. Отравление металлом приводит к снижению либидо, слабости в мышцах, набору веса. При этом может ухудшиться зрение, память и наступить кома. Работать с литием нужно всегда в перчатках, защитном костюме и очках.

Легче легкого

Микролаттис – самый легкий металл, полученный искусственно. Он состоит из воздуха на 99,99 % и намного легче пенопласта. Металл создали ученые Калифорнийского университета, в 2021 году он был признан официально и был занесен в Книгу рекордов.

Секрет необычной легкости заключается в его структуре, напоминающую кости живых организмов. Металл представляет собой ячейки, которые сделаны из никелево-фосфорных трубок. Они пустые внутри, а их толщина в несколько раз уступает человеческому волосу.

Несмотря на легкость, микролаттис способен выдерживать большие нагрузки не хуже естественных металлов. Подобные свойства могут иметь широкое применение, одно из них — это создание искусственных легких.

Самые легкие и самые тяжелые алюминиевые сплавы

• Одним из самых легких алюминиевым сплавом является зарубежный литейный сплав 518.0 (7,5-8,5 % магния) – 2,53 г на кубический сантиметр [1]. Отечественный сплав АМг11 (АЛ22) содержит еще больше магния – от 10,5 до 13,0 %. Поэтому, надо думать, он еще легче, но точных данных у нас нет!
• Самыми тяжелыми алюминиевыми сплавами являются зарубежные литейные сплавы 222.0 и 238.0 с номинальным содержанием меди 10 %. Их номинальная плотность – 2,95 г на кубический сантиметр [1].
• Самый легкий деформируемый сплав – алюминиево-литиевый сплав 8090 с номинальным содержанием лития 2,0 %. Его номинальная плотность – 2,55 г на кубический сантиметр [1].
• Самые тяжелые деформируемые алюминиевые сплавы – сплав В95 и зарубежный сплав 7175: 2,85 г на кубический сантиметр [4].

Добыча

В добыче литиевого рассола есть пара проблем — география и надежность.

Рассол выкачивают в «бассейны» — специальные пруды, где естественным выпариванием концентрируется содержание элемента. Нужна постоянно высокая температура (география) и время — процесс занимает до года. Дальше концентрированная рапа (1-2% Li) отправляют на обработку на химзавод.

Твердые источники разрабатываются традиционными методами бурения и переработки.

В мире четыре производителя контролируют 85% добычи (основные — Аргентина и Чили).

К сведению: крупнейшее месторождение лития в Боливии; это солончак Уюни. Там находится 70% мирового промышленного запаса металла.

Литий — не предел легкости металлов

Совсем недавно научный отдел Калифорнийского университета во главе с лабораторией HRL изобрел новый твердый и сверхлегкий металл, который получил название микролаттис. Очень легкая структура нового металла, чья металлическая решетка схожа с обычной губкой, оказалась в сотни раз более легкой, нежели пенопласт. Хотя на вид новое открытие кажется совсем хрупким, но присмотревшись к нему, можно заметить необыкновенное свойство металла выдерживать просто нереальные нагрузки в соответствии с его индексом массы.

Небольшой кусочек металла микролаттиса можно положить на верхушку одуванчика, и он даже не повредит его шапку.

Источник https://mmetalloprom.ru/info/articles/legkie-metally-i-splavy/

Источник http://metall4all.ru/info/gruppi-metallov/legkie-metally/

Источник https://co-vally.ru/stanki/kakoj-samyj-legkij-metall.html