13

1.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ УНИТАРНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ» НАЦИОНАЛЬНОГО
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТА «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР
«Технологии плавки и литья магниевых сплавов
в защитных средах»
1

2. Теоретические предпосылки разработки технологии плавки магниевых сплавов без флюсов

Защитные газовые среды
Состоят из газа разбавителя и активного газа:
Газы разбавители: аргон, воздух, СО2 или их смеси
Активные газы: SF6(элегаз), SO2(сернистый газ), бескислородные
углеродосодержащие газы типа фреонов или их смеси.
Исследование токсичности активных газов
2
SF6 ПДК 5000 мг/м3
CO2 ПДК 300 мг/м3

3. Теоретические предпосылки разработки технологии плавки магниевых сплавов без флюсов

В результате ранее проведенных многосторонних исследований физико-химических
процессов, протекающих в системах «металл-газ» (Mg-O2, Mg-N2, Mg-H2, Mg-CO2,
Mg-SO2, Mg-F) и «металл-флюс» (магний-хлориды, фториды щелочных и
щелочноземельных металлов), а также «металл-шлак» (Mg-MgO, Mg-B2O3 и др.)
установлено, что взаимодействие магния с большинством газов (за исключением
водорода) протекает на поверхности раздела «металл-газ».
Разработка процесса бесфлюсовой плавки магниевых сплавов базируется на
следующих положениях и свойствах.
1. Место в ряду напряжений ограничивает вещества, которые могут находиться в
контакте с расплавленным магнием без химического взаимодействия. Вместе с тем,
химическая активность магния позволяет ему вступать во взаимодействие с
термодинамически устойчивыми веществами.
2. Высокое значение теплоты образования MgO (ΔН=246 ккал) обуславливает
протекание реакции «магний-О2 воздуха» с большой скоростью в узкой зоне у
поверхности расплава. Существует несколько фаз процесса окисления:
- при температуре до 400 °С на поверхности магниевой шихты образуется окисная
пленка, состоящая из смеси соединений Mg(OH)2, MgCO3 и MgCl2*Mg(OH)2,
обладающая защитными свойствами. Скорость образования пленки возрастает по
параболическому закону:

4. Теоретические предпосылки разработки технологии плавки магниевых сплавов без флюсов

- при температуре 450 °С и выше пленка, в основном, состоит из окиси
магния и теряет защитные свойства. Скорость окисления возрастает по
линейному закону V=k•τ.
Важным фактором, обуславливающим защитное действие пленки на
металле, служит кристаллографическое соответствие структур металлов и
пленок. Если на металле образуется когерентная пленка, то она может
предохранять металл от окисления при условии, что отношение
молекулярного объема пленки к атомному объему металла, на котором эта
пленка образуется, больше единицы. Если это соотношение меньше
единицы, на металле в большинстве случаев не образуется сплошная
защитная пленка.
Отношение молекулярного объема окиси магния к атомному объему магния
составляет 0,81. Защитное действие пленки, образующейся на металле,
зависит от входящих в ее состав соединений и их количественного
соотношения.
Термодинамические расчеты показывают, что эффективным средством может
быть газ, не содержащий кислорода и влаги, например, аргон, фреон,
гексафторид серы, сернистый ангидрид, соединения бора.

5. Соотношение молекулярного объема плёнки к объему магния