Как изготавливать алюминиевые сплавы

Природное изобилие алюминия и его низкая плотность вдохновляют дизайнеров находить ему множество применений. Добавление небольшого количества других металлов делает его достаточно твердым для использования в качестве конструкционного материала.

В течение многих лет производители самолетов использовали алюминий. Помимо малого веса, материалы должны быть жесткими и выдерживать перепады температур. Литий, самый легкий металлический элемент, может выступать в качестве заместительной примеси в кристалле алюминия. Было обнаружено, что медь повышает прочность алюминиево-литиевых сплавов. Вместо лития в качестве легирующего элемента может использоваться магний. Такие сплавы не так устойчивы к коррозии. На поверхности чистого алюминия образуется оксид алюминия, создающий защитное покрытие, но его образование прерывается из-за присутствия примесей.
Простого смешивания лития или магния с алюминием недостаточно для получения жесткого металла. В бронзе крупные атомы олова затрудняют скольжение атомов меди по плоскостям скольжения. В стали мелкие атомы углерода заполняют промежутки в решетке железа, препятствуя скольжению железных плоскостей. Литий и магний не крупнее алюминия, и если они находятся в местах решетки, то не препятствуют скольжению атомов.
Процесс, называемый закалкой осадком, уменьшает ковкость алюминиевого сплава. Материал нагревают до температуры ниже точки плавления. Это увеличивает количество примесей, которые растворяются в алюминии. Сплаву дают остыть с определенной скоростью и выдерживают в течение нескольких дней.

Хотя атом лития или магния вписывается в решетку алюминия, он не так прочно связан с окружающими атомами алюминия, как соответствующий атом алюминия. Это приводит к некоторому растяжению решетки, искажающему ее. Тепло позволяет атомам примесей перемещаться в кристалле. Когда несколько атомов лития встречаются друг с другом, они соединяются и образуют осадок - скопление атомов с другим (меньшим) рисунком решетки. Осадки блокируют плоскости скольжения в решетке алюминия. Материал, содержащий осадки, значительно тверже.
Алюминиевые сплавы также могут подвергаться холодной обработке. Прокатка и прессование деформируют зерна и уменьшают их размер.