Магний и его сплавы

Получение и свойства магния

Промышленный метод получения магния заключается в электролизе расплава безводных хлоридов магния, калия и натрия. Электрохимическому восстановлению в расплаве подвергается хлорид магния:

$MgCl_2 => Mg + Cl_2$

Расплавленный металл периодически отбирается из электролизной ванны, а новые порции магнийсодеращего сырья добавляются. Магний, получаемый таким образом содержит большое количество примесей, поэтому во многих случаях подвергается дополнительной очистке. Для этого используется электролитическое рафинирование и переплавка в вакууме с применением флюсов, которые способны удалять примеси из магния. Чистота рафинированного магния составляет почти 100%. При другом способе получения магния, термическом, для восстановления оксида магния используется кокс или кремний:

$MgO + C => Mg + CO$

Использование магния позволяет из доломита получить магний, не проводя предварительного разделения кальция и магния. Сначала осуществляется обжиг доломита:

$СaCO_3*MgCO_3 => CaO+MgO+2CO_2$

После этого проводится сильный нагрев с кремнием:

$2MgO+CaO+Si+CaSiO_3+2Mg$

Преимущество данного способа заключается в том, что он позволяет получить магний высокой чистоты.

Магний обладает гексагональной кристаллической решеткой. В обычных условиях поверхность магний покрыта прочной пленкой оксида магния, которая может быть разрушена в результате нагрева до 560 градусов по Цельсию. При 20 градусах по Цельсию плотность магния составляет около 1,8 грамм на кубический сантиметр, температура плавления порядка 650 градусов по Цельсию, температура кипения магния достигает 1090 градусов по Цельсию, теплопроводность металла - 156 при температуре воздуха 20 градусов по Цельсию. При нагреве на воздухе горение магния сопровождается образованием оксида и нитрида, а также выделением большого количества света и тепла:

$2Mg+O_2=>2MgO+1203 $ килоджоуля

$3Mg+N_2=>Mg_3N_2$

Магний неплохо горит в углекислом газе:

$2Mg+CO_2=>2MgO+C$

Раскаленный магний может реагировать с водой:

$Mg+H_2O=>MgO+H_2+75 $ килокалорий

Щелочи никак не действуют на магний, а в кислота он растворяется с выделением водорода:

$Mg+2HCl=>MgCl_2+H_2$

Сплавы магния

Магниевые сплавы делятся на два вида:

1. Литейные сплавы.
2. Деформируемые сплавы.

Из литейных магниевых сплавов формовка готовых изделий получается в результате литья. Самыми распространенными составами являются: Mg-Al-Zn, Mg-Zn-Zr, Mg-Nd-Zr. Из деформируемых магниевых сплавов готовые изделия получаются в результате механического воздействия (ковка, штамповка, прокатка и прессовка). Самыми распространенными сплавами являются: Mg-Al-Zn и Mg-Zn-Zr.

Маркировка литейных сплавов производится посредством букв МЛ и цифр, которые показывают номер модификации сплава. Маркировка деформируемых сплавов осуществляется при помощи букв МА и также цифр, показывающих номера модификации. У отдельных магниевых сплавов следующие показатели:

1. МЛ4, МЛ5, МЛ6 - обладают самыми лучшими литейными свойствами, у них большой предел текучести, невысокая усадка, а также они не образуют усадочную раковину.
2. МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЛ12, МЛ13, МЛ14 - являются жаропрочными сплавами, которые выдерживают температуру до 400 градусов по Цельсию, а также способны сопротивляться усталостной и статической нагрузкам.
3. МА11, МА12 - обладают повышенной жаростойкостью.
4. МА14, МА19 - являются несвариваемыми.

В чистом виде магний обладает негативными свойствами, такими как воспламеняемость при температуре 400 градусов по Цельсию и низкой коррозионной стойкостью. Чтобы снизить данные негативные свойства в магний вводятся легирующие элементы. Алюминий улучшает структуру отливок, повышает жидкотекучесть и прочность. Марганец существенно увеличивает прочность и коррозионную стойкость. Цинк способствует увеличению прочности и уменьшению зернистости. Литий снижает плотность, повышает предел текучести и пластичность, устойчивость к криогенным температурам, значительно улучшает показатели свариваемости и ударной вязкости, а также улучшает показатели в процессе обработки сплава из магния давлением. Цирконий снижает зернистость и увеличивает пластичность. Такие редкоземельные химические элементы, как церий, неодим, торий и лантан улучшают механические свойства и усиливают жаропрочность.

Производство литиевых магниевых сплавов осуществляют в отражательных печах, тигельных печах и электрических индукционных печах. Выплавка деформируемых магниевых сплавов происходит в индукционных и отражательных печах. В процессе выплавки магниевого сплава его поверхность защищается флюсом, чтобы избежать контакта с кислородом.