Физико-химические свойства магния

1. Магний — металл серебристо-белого цвета, имеющий гексагональную плотноупакованную решетку (а = 3,21А⁰, с = 5,21А⁰). При обычных условиях поверхность металла, хранящегося в сухом помещении, покрыта прочной защитной пленкой MgO, которая при нагреве разрушается, теряет свои защитные свойства, скорость окисления возрастает.

Окисление протекает с выделением большого количества тепла:

Mg + 1/2O₂ → MgO + 610,3 Дж/моль (1.2).

Выделяющаяся теплота нагревает металл, скорость окисления возрастает и в итоге при температуре около 600⁰ С магний загорается.

Температура самовоспламенения магния (максимальная температура, при которой магний еще не горит при очень больших выдержках) зависит от физического состояния и уменьшается с уменьшением крупности магния. Например, она увеличивается от 450⁰ С (для порошкового магния) до 600⁰ С (для кускового). Так же интенсивно протекает реакция с водой:

Mg + H₂O → MgO + H₂ + 324,4 Дж/моль (1.3).

Загоревшийся магний нельзя потушить водой. Магний взаимодействует с азотом:

3Mg + N₂ → Mg₃N₂ + 482,2 Дж/моль (1.4).

Нитрид магния разлагается парами воды:

Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₃ + 2NH₃ (1.5).

Происходит взаимодействие с двуокисью и окисью углерода и сернистым газом по реакциям:

Mg + 1/2CO₂ → MgO + 1/2C + 831,8 Дж/моль (1.6),

Mg + CO → Mg + C + 501,1 Дж/моль (1.7),

4Mg + 2 SO₂ → 4MgO + S₂ (1.8).

Последняя реакция при температурах плавки протекает медленно, поэтому сернистый газ используют в качестве защитного при разливке магниевых сплавов.

2. Отличительной особенностью магния является его малая плотность. При 20⁰ С она равняется 1740 кг/м³, что в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа. Даже алюминий, который тоже относится к легким металлам, в 1,5 раза тяжелее его.

Это свойство магния обеспечивает сплавам высокую удельную прочность (относительная прочность на единицу массы) и, следовательно, широкое использование их в аэрокосмическом комплексе, в транспортном машиностроении и изделиях бытового назначения.

3. Температура плавления магния равняется 650⁰ С, что позволяет использовать его для приготовления расплава в фасонолитейных цехах тигельные печи сопротивления или индукционного нагрева.

4. В то же время магний имеет достаточно низкую температуру кипения, равную 1107⁰ С и высокую упругость паров не только в жидком, но даже и в твердом состоянии, о чем свидетельствуют приведенные ниже данные:

 

Температура, ^0 С	621	651	702	909	1034
Упругость паров, кПа	0,13	0,33	0,66	13,3	53,3

 

Это обстоятельство исключает плавку магния и его сплавов в вакуумных печах, но  дает возможность осуществлять рафинирование магния путем возгонки в вакууме при остаточном давлении 13-26 Па.

5. Теплота плавления магния и его теплоемкость, отнесенные к единице массы, несколько ниже, чем у алюминия, о чем свидетельствуют приведенные ниже значения:

 

Свойство	Металл
	Mg	Al
Теплота плавления, Дж/г	376	398
Теплоемкость, Дж/г ∙ К	1,04	1,09

 

В то же время, несмотря на почти одинаковые температуры плавления (660⁰ С для Al), для получения одинаковых объемов расплава магний требует в 1,5 раза больших затрат тепловой энергии.

6. Объемная усадка магния достаточно высока и составляет 3,9-4,4%, что соответственно влечет за собой установку достаточно массивных прибылей.

Механические свойства магния в литом состоянии невелики. Предел прочности его составляет 80-100 мПа, что, однако, значительно выше предела прочности литого алюминия (50-60 мПа); при этом относительное удлинение составляет 6-8%, в то время как для Al аналогичный показатель — в разы выше (40-50%). В связи с низкими механическими свойствами в качестве материала для фасонного литья чистый магний не используется.

8. Сплавы магния по сравнению со сплавами на других основах обладают более высокой удельной вибрационной прочностью (почти в 100 раз больше, чем у дюралюмина и в 20 раз большей, чем у легированной стали), что очень важно для авиации и транспорта.

Большую выгоду дает применение магниевых сплавов в деталях, работающих на изгиб. Удельная жесткость магниевых сплавов при изгибе и кручении превышает удельную жесткость большинства алюминиевых сплавов примерно на 20%, а сталей — на 50%.

9. Следует отметить исключительно высокую обрабатываемость резанием. Мощность, требуемая для снятия одинакового объема металла, при обработке алюминиевых сплавов в 1,5-2 раза выше, а при обработке стали — в 6-7 раз выше, чем для магния.

10. Магниевые сплавы в горячем состоянии хорошо куются, прессуются, прокатываются. Все это выдвинуло магниевые сплавы на одно из лидирующих мест среди современных конструкционных материалов, особенно для применения их в аэрокосмическом комплексе.