Как расплавить алюминий

Многим приходила эта идея в голову, но мало кто этим занимался. Рассмотрим, как правильно плавить алюминий в домашних условиях.

Перед началом работ

Для начала следует определиться с размерами изделия и объемами работ:

• Для небольших подойдет газовая плита.
• Для средних – самодельная небольшая печь из огнеупорного кирпича
• Для больших – муфельная печь.

При любом выборе нужно максимально закрыть емкость с расплавленным алюминием от сквозняка и максимально уплотнить стенки, чтоб сократить потери тепла. Алюминий быстро отдает тепло, поэтому его сложно нагреть в простых условиях. Рассмотрим, как этого добиться.

Какие существуют технологии для расплавки металла?

При использовании газовой плиты нужно снять имеющуюся плоскую насадку, и установить сверху на решетку специальное приспособление – цилиндр, который можно изготовить из любой железной банки подходящего размера. Снизу цилиндра делается отверстие 3-4 см, и закручиваются 3 винта – они нужны для того чтобы форма с алюминием внутри цилиндра на них стояла.

Из камфорки будет выходить факел, попадая в цилиндр, будет нагревать форму с металлом. Цилиндр нужен для экономии тепла и максимальной концентрации пламени вокруг формы. Сверху зарывается пластинкой, чтоб тепло не уходило, но оставляется небольшая щель для тяги.

Для печек используется тот же принцип, здесь можно разместить большие емкости в связи с минимальными потерями тепла и большому пространству внутри печи. Делается небольшой мангал, на который ставятся формы, после чего печь максимально закрывается со всех сторон, остаются лишь небольшие отверстия снизу и сверху для тяги.

Муфельная печь – идеальный домашний вариант для частых работ

Муфельная печь представляет собой подобие простой «буржуйки» только с толстыми стенами. Может быть как на дровах, так и на электричестве, кому как удобно. Во втором случае проволока натягивается по спирали с внутренней стороны кирпичей, поближе к форме.

Внутри посередине располагается тигель – специальная емкость для расплавки металла. В данной конструкции потери сведены к минимуму – свободное пространство занимает тигель, между которым и стенками остается небольшой зазор 5-10 см.

Благодаря большой толщине – 20-30 см, стенки можно заполнить разными теплоизоляторами, для сохранения тепла. Ее можно переносить либо сделать стационарной, в связи с чем, подбирается теплоизолятор. Внутри располагается кирпич, снаружи – железо, а чем заполнить остальное пространство остается на усмотрение каждого отдельно.

Плавка металла

При плавке важно использовать чистую посуду (из железа либо не цветного металла). Если впервые растапливать – есть смысл в следующей подготовке. Нужно емкость почистить, удалить ржавчину и мусор, пыль, тщательно сполоснуть, дать просохнуть и только после этого ее можно использовать.

Во время варки удалять всплывающий шлак – остатки краски либо загрязнения, они значительно понизят качество металла. После того, как металл хорошо расплавился ему нужно немного остыть, чтоб было поменьше брызг и удобнее было заливать в формы. Последняя должна быть не сырой, чтоб испаряющаяся влага не создавала пузырей в изделии.

Вот два «источника технологии» — сами видео + комментарии к ним.
В сети еще есть, но это именно то, что мне понравилось больше всего — есть вся необходимая информация, и ничего лишнего.

Литье алюминия — 1
Литье алюминия — 2

Свое видео снимать не стал — так как на этих двух все прекрасно показано — две типовые технологии.

Температура поддерживается паяльной лампой на бензине (92-й). Слышал, что некоторые добавляют ацетон, но я этого не делал.
Когда печка прогреется, она начинает подогревать кастрюлю со всех сторон. Конечно, больше всего греется со стороны паяльной лампы, и поначалу противоположная сторона кастрюли быстро остывает. Но по мере плавки металла он начинает греть сам себя + печка не дает остыть (термоспротивление толстых стенок печки велико, и тепло не успевает уйти). Для равномерного прогрева и, главное, для достижения высокой температуры и уменьшения вязкости (повышения текучести вместе с повышением температуры) греть пришлось 4 часа.

Работаю на открытом воздухе — в помещении опасно. Для более равномерного прогрева и, главное, для убыстрения процесса планирую сделать два дополнительных отверстия в печке и поставить две дополнительные паяльные лампы. Сначала думал поставить только еще одну напротив первой, но потом решил — если уж делать, так сразу три — под 120 градусов.

Совет 1: Как добыть алюминий

Тогда нагрев будет совсем равномерный и очень быстрый — ожидаю плавить такое же количество металла не за четыре часа, а минут за 40…50 — потому что не только греться будет в три раза сильнее, но и не будет остывать с обратной стороны как раньше — так что с увеличением числа горелок в 3 раза скорость плавки повысится раз в пять (я так думаю).

Кстати — самая первая плавка была неудачной — за 3,5 часа я так и не расплавил металл — оказалось, слишком слабо горелку «завел». Да еще кастрюля подвела — прогорела, и даже то, что расплавилось — все вытекло в печку. Так что в первый раз вообще до заливки не дошло. Во второй раз сразу включил на полную мощь, и кастрюлю взял правильную — без толстого дна. И все получилось.

12 августа плавил снова — дополнительных горелок пока не сделал, зато обложил кастрюлю внутри печки углем для мангала — процесс пошел гораздо быстрее и равномернее, плавка заняла 3 часа вместо 4-х.

Делаем печку — материалы для изготовления

Готовая печка

обтачиваем пенопластовый шарик (делаем сувенир в виде алюминиевого шара с профильной выборкой)

Наждачной бумагой шлифуем шар до гладкого состояния

Переносим рисунок на заготовку, …

…фрезеруем профильную канавку и добавляем цилиндрический литник для заливки, …

…и обливаем все жидким «Ротбандом» для получения твердой опоки после затверждения

…непосредственно перед заливкой…

…сразу после заливки…

Отливка, освобожденная от формы

Недавно потребовалось изготовить шестерню для газонокосилки взамен пластиковой, у которой сточились выступы для зацепления со штифтом — на фото видны места, где раньше был пластик

…заливаем три формочки…

…вот лучшая отливка — видно, что выступы взамен стершимхся сформованы, требуется небольшая доработка поверхности выступов и зубцов шестерни. Но мне не нравится и я буду делать еще одну попытку.

---

Читать дальше (обновление 2015 года):

Делаем качественную алюминиевую шестеренку для газонокосилки

---

Обновлено 20 ноября 2015 г.

  Как известно, температура плавления алюминия составляет свыше 660°С. Используя домашние бытовые нагревательные приборы, такие как утюг, духовка или газовая плита, добиться такой температуры вряд ли получится. Поэтому плавка алюминия в домашних условиях становится возможной при наличие соответствующего оборудования и, конечно же, самого сырья для плавки — алюминия.

  Для плавки алюминия обычно используют тигельную муфельную печь, изготовленную своими руками. Особенность данной печи заключается в верхней загрузке в рабочую камеру так называемого тигля — специального ковша для плавки алюминия, в который помещается сырье. Компактные размеры муфельной печи с вертикальной загрузкой позволяют легко хранить и использовать ее дома на балконе, в гараже или на даче.

  Теперь поговорим непосредственно о процессе плавки алюминия в домашних условиях.

  Как уже говорилось, для плавки алюминия в муфельной печи нужен тигель. Он обычно изготавливается из огнеупорного материала или из металла с гораздо большей температурой плавления, чем у алюминия.

  Для изготовления тиглей применяют корунд, графит, фарфор, кварц, чугун или сталь. Мне самостоятельно удалось изготовить тигель из стали. Тигель из других материалов можно купить и готовый, но сделать самодельный тигель из стали оказалось куда проще и практичнее, особенно если у вас есть сварочный аппарат и начальные навыки сварки и орудования болгаркой.

  Размер тигля следует подбирать исходя из количества алюминия, которое вы хотите расплавить. Тепло должно равномерно передаваться от раскаленного тигля к сырью. В свою очередь тигель также должен равномерно прогреваться. Для муфельной печи своей конструкции я планирую изготовить несколько тиглей различного объема для работа с одним или двумя ТЭНами одновременно.

  Алюминий заправляется в тигель как можно плотнее. Для этого исходное сырье желательно измельчить и немного спрессовать. Я использовал для плавки обычную алюминиевую проволоку, поэтому я просто нарезал ее кусачками и плотно спрессовал пасатижами.

  При плавлении алюминий значительно уменьшается в объеме по сравнению с исходным материалом (ведь, в принципе, мы затем его и плавим), поэтому в процессе плавки алюминия в домашних условиях нам потребуется периодически добавлять сырье в тигель.

  Следует отметить, что это может быть крайне опасно! Все дело в том, что в добавляемом нами сырье где-то может задержаться влага, а при попадании воды в расплавленный алюминий происходит резкий всплеск, и металл может выплеснуться из муфельной печи, повредив вас серьезными ожогами. И уж совсем плачевные последствия будут при попадании расплавленного металла в глаза. Поэтому всегда следите за своей безопасностью — работайте исключительно в защитных очках или маске, а еще лучше — в специальном огнеупорном костюме металлурга.

  В процессе плавки алюминия в домашних условиях на поверхности расплавленного металла будет образовываться оксидная пленка и всплывать на поверхность всякий шлак.

Нужен совет, плавка алюминия, литьё.

Количество шлака зависит от качества используемого для переплавки алюминия сырья. Где-то был подкрашен, где-то испачкан — все это уйдет из металла в виде шлака. Непосредственно перед самым литьем расплавленного алюминия по формам шлак рекомендуют снять при помощи специального приспособления.

  Также после того, как алюминий расплавился и образовал однородную блестящую каплю, как это делал жидкий терминатор в фильме «Терминатор 2″, тигель рекомендуют еще немного подержать в печи для придания расплавленному алюминию большей текучести. Это сильно упростит дальнейшее его литье.

  Что дальше? Очевидно, нужно залить расплавленный алюминий в специально подготовленную литейную форму. Об этом я написал отдельную статью, которая так и называется «Изготовление литейных форм для литья алюминия».

По материалам: Dimanjy. http://tech.dimanjy.com

---

 

 

---

Вспомогательная информация.

 

 

Алюминий и его сплавы используются почти во всех сферах промышленности, а также в процессе изготовления предметов домашнего обихода. В условиях комнатной температуры на алюминии образуется тонкая пленка окиси (А12O3), прочно защищающая его от последующего окисления. Время окисления алюминия с ростом температуры резко увеличивается. Именно по этой причине в процессе плавки алюминия и его сплавов в плавильных печах поверхность расплавляемого материала и зеркало ванны очень быстро покрывается пленкой окиси.

Печи для плавки алюминия

Зачастую в производстве вторичного алюминия используют отражательные (подовые) печи. Такой тип печей для плавки алюминия отличается большим количеством модификаций. Однако все они приспособлены под стандартную отражательную печь, под специальные условия работы и особую шихту.
Не меньшей популярность пользуются и тигельные печи, в особенностях, на малых производствах.
Производства вторичного алюминия часто используют в качестве плавильных печей роторные печи, в особенности для того, чтобы переплавить лом с высокой удельной поверхностью, к примеру, алюминиевую стружку, а также очень грязный алюминиевый лом.
Всех производителей вторичного алюминия делят на две категории:

• компании, создающие литейные сплавы для изготовителей алюминиевых отливок
• компании, создающие алюминий для раскисления стали. 

Обе категории компаний используют в качестве сырья «старый» лом и производственные отходы литейных заводов. На таких заводах помимо введения легирующих составляющих для доводки определенного сплава используют оснащение для очистки алюминиевого расплава и ликвидации нежелательных химических элементов и прочих примесей. Роторными плавильными печами пользуются именно эти переработчики алюминиевого лома.
Плавление алюминия на литейных предприятиях, которые занимаются производством алюминиевых отливок из вторичного литейного алюминия, осуществляется главным образом в тигельных печах – газовых и электрических, индукционных и сопротивления, и для плавки, и для выдержки алюминия, а также для разливки алюминиевого расплава в подготовленные формы.
Температура плавления окиси алюминия составляет примерно 2050° С, что почти в три раза выше, чем градус плавления алюминия металлического.
На сегодняшний день наиболее популярной является плавка алюминия в пламенных отражательных печах, которые работают на углеродистом топливе, и в электрических печах. В ходе плавки алюминия в отражательных пламенных печах и в камерных электропечах сопротивления прогрев обособленных кусков садки стартует в области самых высоких температур, т. е. в верхней части. В тоже время поверхность садки с большой скоростью окисляется и поглощает много газов.
Внутри канальной индукционной электропечи расплавление кусков алюминия осуществляется в области наивысших температур под слоем жидкого металла, поверхность которого накрыта пленкой окиси алюминия. Области наивысших температур в канальных электропечах расположена в узком канале и в прилегающих к нему частях шихты.
Металл на поверхности шахты имеет самую низкую температуру, вследствие чего получившиеся отливки из канальных электропечей, имеют в своем составе более низкое количество окислов, чем отливки из печей других видов. Таким же преимуществом отличаются тигельные индукционные электропечи, в которых по технологическим требованиям в тигле по окончанию каждой плавки остается некоторое количество жидкого металла, примерно 20—35% от емкости тигля печи.
Важное свойство жидкого алюминия и его сплавов заключается в его способности поглощать газы, в особенности водород.

Как расплавить алюминий дома?

В пламенных печах много водорода собирается в топочных газах. Помимо этого, в плавильные печи всех видов его можно внести сырой шихтой.
Жидкий алюминий является хорошим растворителем для многих металлов, к примеру, железа. При этом образуются хрупкие соединения FeAl2 и Fe2Al7, которые снижают качество отливок.

Плавление алюминия в домашних условиях

Очень печально, если в доме выходят из строя маленькие, но важные функциональные составляющие, к примеру, направляющие рольставен или раздвижных дверей (могут лопнуть), фурнитура и прочее. Чаще всего такие элементы создают из алюминия. Искать им замену проблематично, а иногда ликвидировать поломку в функционале двери или окна нужно немедленно, хотя бы временно. Если вы имеете опыт паяния, но большую часть поломок алюминиевой фурнитуры или профиля можно устранить самостоятельно.
Основная проблема – это получение рабочего материала, то есть расплавленного алюминия, при помощи которого будет осуществляться пайка сломанных деталей.
Многие не знают, какая температура плавления алюминия. Она составляет около 660 градусов. Стандартная газовая плита не способна разогреть металл до такой температуры. Что же делать?
Для начала необходимо приобрести алюминиевую чушку, но можно и использовать обрезки старого профиля. Чтобы расплавить алюминий понадобится портативная газовая горелка или паяльная лампа. Разные модели этих устройств способны дать температуру в пределах 1000 – 1300 градусов.
Подготовленный материал нужно положить в тугоплавкую емкость, к примеру, из нержавеющей стали. Кроме этого, нужна прокаленная стальная пластина или еще одна емкость, в которую мы будем выливать расплавленный металл.
Последовательность работы:

• создание небольшого «колодца». Сверху нужно будет поставить емкость для плавки
• розжиг костра в «колодце». Это необходимо для поддержания тары в нагретом состоянии, после использования горелки. Также костер поможет прогреть алюминий снизу
• после образования жарких углей можно установить емкость с алюминием. Время плавления алюминия таким образом составляет примерно 15 – 20 минут. Тут же вы можете оставить прогреваться и вторую емкость или пластину
• далее нужно включить газовую горелку на максимум и греть алюминий сверху
• плавка металла начинается почти мгновенно, но цель еще не получена. Главная задача – получение однородного прогрева. Чтобы этого добиться нужно периодически встряхивать емкость
• в процессе плавки образуется оксид алюминия, формирующий окалину
• после этого расплавленный металл нужно вылить на прокаленную стальную поверхность, аккуратно, чтобы не высыпалась окалина. Теперь расплавленный алюминий готов к дальнейшей работе.

 
    Соединения алюминия, известны уже как минимум несколько тысяч лет. Например драгоценые камни, такие как рубин или сапфир, это практически чистый оксид алюминия (если конечно камень не имеет включений посторонних минералов). Глинозем используется тоже очень давно, но металлический алюминий в более или менее чистом виде был получен лишь в 1825 году.
    Из-за высокой активности, алюминий достаточно сложно выделить в виде металла и тем более масштабировать его выделение до промышленного масштаба. Сначала, алюминий получали восстановлением AlCl₃ металлическим калием или его амальгамой. Разумеется этот процесс был сложен, опасен, и дорог. Как в случае многих периодических процессов, наладить прозводство больших количеств алюминия этим способом было очень сложно (особенно почти два века назад). И лишь в 1886 году, Чарльз Мартин Холл открыл способ получения алюминия электролизом раствора глинозема (Al₂O₃) в расплавленном криолите (3NaF*AlF₃). Этот способ оказался значительно более экономичным (по сравнению с металлотермическим восстановлением), легко масштабируемым процессом пригодным для непрерывного производства. После этого, объемы производства алюминия вырости на несколько порядков, а цена упала примерно в тысячу раз и алюминий стал доступным конструкционным материалом.
    Чтобы получить алюминий, надо затратить значительное количнство энергии, но однажды выделенный, этот металл более устойчив на воздухе чем например обычная сталь. Это поисходит из-за образования на поверхности алюминия тонкой но очень прочной пленки оксида Al₂O₃, которая защищает металл от дальнейшего окисления.

    Алюминий плавится при температуре немного ниже семисот градусов. Если взять немного алюминия, его можно нагреть до плавления на обычной газовой плите (или паяльной лампе). Плавить алюминий можно в посуде из нержавеющей стали но жезелная или керамическая емкость тоже работает неплохо. Пленка оксида защищает металл и в расплавленном состоянии. Если не перемешивать расплав и сильно не раскачивать его, оксидная пленка остается целой и алюминий окисляется не очень сильно (а вот магний, так расплавить не получится, обязательно загорится!).
   Расплавленный алюминий можно вылить в чистую и сухую форму. Если используется форма из керамики или графита, перед отливкой их надо обязательно нагреть для удаления воды, иначе испаряясь, она расплескает алюминий вокруг и будет не очень приятно. Благодаря низкой температуре плавления, алюминий и его сплавы можно отливать в металические разъемные формы (литье в кокиль). В отличие от литья в песчанные формы, этот метод позволяет получить отливки с точными размерами и более высоким качеством поверхности. Кроме того, металлические формы — многоразовые.
    Слитки на фото, получены из алюминевых гранул и отлиты в графитовую форму. Чистота исходного металла — 99.5%

 
    В промышленности слитки алюминия выпускаются обычно массой от нескольких десятков килограмм и больше. Для моей коллекции, такой образец пока чересчур большой и я решил поискать слитки алюмиия высокой чистоты. Цена за килограмм у них выше, но зато можно купить слиток небольшого размера. Вес слитка — 2 килограмма, чистота — 5N (99.999%)

 
    Еще один кусочек особо-чистого алюминия. Судя по форме, вырезан из какого то слитка, по форрме похожего на предыдущий образец. Поверхность подвергнута травлению и на ней видна крупнозернистая структура слитка.

 
    Как сообщается в литературе, алюминий чистотой до 99.999% получают электрорафинированием. Более высокая чистота металла достигается очисткой методом химического транспорта через образование летучего субфторила алюминия AlF₃ + 2Al <=> 3AlF. Металлический алюминий реагирует с AlF₃ при температуре около 1000 °C, летучий субфторид алюминия переносится в более холодную часть реактора и там разлагается на чистый алюминий и трифторид. Примеси с AlF₃ не реагируют и остаются в горячей зоне.
    На сколько я понял, кусок алюминия представленный на этих фотографиях, является результатом именно такого процесса очистки. Образец имеет очень своеобразную волнистую поверхность. Чистота металла — 5N8 (99.9998%)

 
    Практически все стеклянные зеркала, изготовленные до начала XX века, имеют серебряный зеркальный слой. Он наносился на стекло или натиранием серебряной амальгамой или осажденем серебра из раствора (например по известной «реакции серебряного зеркала»). В настоящее время, серебро в производстве зеркал практически повсеместно вытеснено алюминием, который наносят на стекло методом вакуумного напыления. У этого процесса существует несколько вариантов: мегнетронное напыление, испарение электронным пучком, резистивное напыление. В последнем варианте, алюминий (например в виде вот таких таблеток-цилиндриков), нагревается в высоком вакууме, испаряется и конденсируется на поверхности стекла формируя зеркальный слой. Для получения равномерного, качественного покрытия, исходный алюминий должен иметь высокую чистоту. Чистота металла в таблетках на первом фото — 4N, на фтором. в таблетках меньшего размера — 5N.

 
    Необычная форма для металла — пена.
    Пеноалюминий сочетает в себе легкость и обрабатываемость алюминия с хорошей звуко и теплоизоляцией пен.

Поры замкнутые, то есть воду такой материал впитывать не должен и будет в ней плавать. Как написано в «Популярной библиотеке химических элементов», алюминий вспенивали вводя в него небольшие количества гидридов титана или циркония, а сразу после этого, разливали в формы. Раньше, на этот материал возлагали большие надежды, например планировали использовать его в качетве материала для вагонов метрополитена. Но почему то широкого распространения он не получил. Может быть был вытеснен более дешевыми полимерными материалами.

 
    Кажется ни в России ни в Советском Союзе, алюминий для изготовления монет не использовался. Вроде бы в довоенное время были изготовлены эскизы мелких разменных монет из алюминия, но в серию они не пошли. А вот во многих других странах, алюминий и в настоящее время используется для изготовления монет. На фотографии — японские Йены, но монеты из алюминия можно было встретить так же в ГДР, Китае, Польше и многих других странах.