2.1 Взаимодействие с кислородом

При взаимодействии алюминия с кислородом образуются три соединения: субоксиды алюминия Аl₂О, АlО и оксид алюминия Аl₂О₃. Субоксиды алюминии можно получить лишь искусственно при высоких температурах в высокое вакууме. Обычно встречающееся соединение Аl₂О₃, представляет очень прочное химическое соединение с ничтожно малой упругостью диссоциации паров даже при весьма высоких температурах. Оксид алюминия имеет несколько полиморфных модификаций, образование которых и переход одной в другую зависят от температуры, времени выдержки и состава окружающей среды. Существующие представления о полиморфных модификациях свободного оксида алюминия противоречивы и сводятся к двум направлениям: дискретному и эволюционному.

Сторонники дискретного направления признают существование большого числа самостоятельных дискретных полиморфных модификаций оксида алюминия. Модификация б - Аl₂0₃ представляет наиболее устойчивую форму оксида алюминия. В природе а-А1303 встречается в виде корунда - минерала, обладающего высокой твердостью. Корунд кристаллизуется в гексагональных ромбоэдрах. Расстояние между атомами алюминия составляет 0,136 нм. Оксид алюминия б - Аl₂О₃ является высокотемпературной модификацией, в которую в конечном итоге с повышением температуры переходят все остальные выше названные модификации. При температуре 2050°С б - Аl₂0₃ плавится, а при температуре 3000°С кипит. Рассмотрим структуру и свойства оксида алюминия, образующегося на поверхности алюминия и его сплавов. Известно, что свежевскрытая поверхность алюминия даже при комнатной температуре довольно быстро покрывается оксидной пленкой, толщина которой в первые часы окисления достигает 1,7-2,1 нм. При дальнейшей выдержке алюминия на воздухе происходит медленный рост оксидной пленки в течение 70-80 дней, и ее толщина при 25°С и относительной влажности воздуха 45-55 % достигает 3 нм. Затем рост пленки практически прекращается. Естественная оксидная пленка на поверхности алюминия состоит в основном из аморфной смеси с небольшой примесью кристаллической г - Аl₂О₃. При нагреве алюминия до 450-500°С оксидная пленка на поверхности алюминия приобретает мелкокристаллическое строение, а при нагреве при температуре 500°С на рентгенограммах появляются линии, отвечающие кристаллической структуре шпинельного типа. С повышением температуры толщина оксидной пленки на поверхности алюминии растет и при температурах, близких к точке плавления, достигает 100 нм. Естественная оксидная пленка на алюминии прозрачна, невидима, компактна и обладает хорошими адгезионными свойствами.