Влияние примесей на физические свойства алюминия

Работа связана с физикой твердого тела, изучающей структуру и свойства кристаллических тел. Объектом исследования является алюминий – один из наиболее распространённых элементов в земной коре.
Актуальность темы заключается в том, что управляя концентрацией дефектов в твёрдом теле, можно получать их заданные свойства , что позволяет разрабатывать новые материалы и технические устройства. Также в процессе изготовления деталей и конструкций необходимо контролировать механические свойства, которые зависят от состава материала.
Было выдвинуто предположение, что физические свойства алюминия (удельная теплоёмкость, плотность, коэффициент термического расширения) изменяются при введении легирующих элементов в металл и зависят от их количества.
На предприятии ООО «Воронежвторцветмет» были подготовлены образцы с различным количеством примесей методом литья из металлолома.
В таблице представлен состав полученных образцов. Были разработаны методики измерения и расчёта исследуемых величин. В ходе эксперимента определены массы и объёмы образцов, измерены необходимые температуры.. Методика расчёта удельной теплоёмкости основана на уравнении теплового баланса. Выяснилось, что при увеличении процентного содержания легирующих элементов в алюминии возрастает его удельная теплоёмкость.
Затем был расчёт плотности образцов. Эксперимент показал, что при увеличении % легирующих элементов плотность алюминия возрастает, но при введении в качестве примеси кремния плотность уменьшается. Измерения, необходимые для расчёта КТР, проведены с помощью электронного термометра и микрометра. Образцы нагревали в духовке кухонной плиты до температуры 100оС и 200оС, и измерялась их длина. Выяснилось, что при увеличении % примесей КТР возрастает.
В процессе изготовления деталей и конструкций необходимо контролировать механические свойства, которые зависят от состава материала и вида обработки. Контроль твёрдости имеет большое практическое значение, так как твёрдость отражает многие рабочие свойства материала. Твёрдость образцов алюминия измерялась методом Бринелля. Измерения проводились на базе Воронежского государственного технического университета. Поверхность образцов перед испытанием шлифовалась и полировалась. Для получения достоверных выводов испытаниям подвергалось несколько образцов каждой марки алюминия, а на каждом образце было сделано несколько вдавливаний индентора. Выяснено, что при увеличении % примесей твёрдость алюминия по Бринеллю возрастает.
Современная техника позволяет проводить измерения твердости в микромасштабе - микротвёрдости. В микротвердомере под микроскопом, проводится измерение длины отпечатка индентора. Микротвёрдость также менялась, но результаты трудно однозначно интерпретировать, вероятно, необходима химическая полировка поверхности .
Результаты исследований не противоречат зависимостям свойств алюминия от введённых примесей, описанным в литературе. Их можно использовать для объяснения ряда процессов, протекающих в строительных материалах и для выбора соответствующей марки алюминия для производства тех или иных конструкций.