В каких автомобильных изделиях применяется магний. Области применения магния. Взаимодействие с различными кислотами

24.01.2017

Авиация

Магний широко используют в двигателях, корпусах и шасси самолетов. Основными факторами, определяющими использование магния, являются высокая удельная прочность в случае отливок и высокая удельная жесткость в случае деформированных изделий в сочетании с такими факторами, как высокие свойства при повышенных температурах, высокие усталостные и ударные свойства, а также хорошая обрабатываемость резанием. Стоимость здесь не является решающим фактором ввиду того, что каждые 45 кг сэкономленной массы дают дополнительный доход на авиалинии несколько тысяч фунтов стерлингов в год. Самолетостроение является очень важным рынком сбыта для магния и стимулирует разработку литейных сплавов с высоким сопротивлением ползучести, а также сплавов, содержащих цирконий.
Корпуса самолетов и корпуса редукторов. Чтобы проиллюстрировать степень применения отливок из магниевых сплавов в английском самолетостроении, можно воспользоваться примерами конструкций самолетов «Комета», «Британия» и «Трайдент», каждый из которых содержит несколько сот отливок из магниевых сплавов.
Большинство литых деталей, используемых в конструкциях самолетов, получают литьем в землю. Литье в металлические изложницы используется реже.

Деформируемые магниевые сплавы находят в Англии следующее применение. Бомбардировщик «V» содержит около 1 т листов, главным образом из сплава ZW3. Вертолет S55 имеет обшивку из того же сплава (120 кг) (рис. 293). Другие английские вертолеты содержат большое число поковок из сплава ZW3 (рис. 294). Рычаг рулевого управления из сплава AZM, полученный путем ковки, показан на рис. 294, г. Сварные конструкции из листа и труб, изготовленных из сплава ZW1 (рис. 295), были использованы в турбовинтовом самолете «Британия», а также для сидения штурмана-наблюдателя в самолете «Биверли». Самолет «Гнат» имеет панели и обширные воздухопроводы (рис. 296) также из сплава ZW1. Используются также сварные трубчатые сидения в самолетах, например в «Виска-унте».

В США деформируемые магниевые сплавы нашли значительно большее применение. Экспериментальный самолет F80C с монококовой конструкцией крыла в основном сделан из магния (рис. 297). На рис. 298 показано упрощение конструкции фюзеляжа самолета в результате применения магния. Наиболее хорошо иллюстрируется применение магния в конструкциях самолетов США, по-видимому, на примере бомбардировщика В36, На рис. 299 показаны места, в которых применяется магний в самолетах этого типа. На рис. 300 показано использование магния в некоторых других военных самолетах. Бомбардировщик В36 содержит около 3400 кг магниевых листов и около 1100 кг магниевых отливок, прессованных изделий и поковок, не считая двигателей, колес, тормозов и другого вспомогательного оборудования Общее количество магниевых сплавов, примененных в этом самолете, составляет около 8600 кг. Замена магния алюминием увеличила бы общую массу приблизительно на 4,5 т. Другой бомбардировщик В52 содержит 635 кг листов, 90 кг прессованных изделий и свыше 200 кг отливок из магниевых сплавов.
Удачным примером монококовой конструкции из магния является обшивка фюзеляжа экспериментального скоростного самолета «Скайроккет» (рис. 301).

Пол, сделанный из прессованных изделий сплава ZK60, используется в «Глобемастерс» и грузовом «Сьюпер констеллыйшнз».
Следует упомянуть также беспилотный реактивный самолет мишень «Файерби». Около 1/3 его конструкции состоит из листов сплава AZ31-H24 и прессованных изделий из сплава AZ31. Один из этих самолетов сбивали в море, извлекали, промывали, восстанавливали и вновь использовали 21 раз.
В США производятся крупные прессовки, например, для самолета В47 и реактивного двигателя J33.
Двигатели . Типичными деталями из магниевых сплавов в двигателях являются воздухозаборники - отливки из сплавов AS, RZ5 и ZRE1, корпус диффузора и компрессора отливки из сплавов ZRE1, ZT1 и НК31, поковки из сплава ZTY; основные поддерживающие плиты - отливки из сплава ZT1.
Турбовинтовой двигатель «Дарт», используемый в пассажирских самолетах «Вискаунт» и «Газель», содержит около 80 магниевых отливок, что составляет около Vs массы двигателя.
Магниевые сплавы используют также в поршневых двигателях, например для картера двигателя в «Джипси Куин» и для задней крышки двигателя «Сентаурус». В обоих примерах использовался сплав AZ91.
По мере повышения рабочих температур реактивных двигателей создается тенденция к ограничению применения отливок из магниевых сплавов в воздухозаборниках и в деталях компрессора. Однако для изготовления картера компрессора продолжают использовать поковки из сплава ZTY.
Почти все отливки для авиационных двигателей получают литьем в землю. Отливкой в кокиль получают крышки камер сгорания из сплава ZREI и детали турбовинтовых и реактивных двигателей из сплава RZ5.

Колеса . Колеса шасси из литейных магниевых сплавов применяют в самолетах в течение многих лет Сначала использовали обработанный на твердый раствор сплав А8, затем колеса стали отливать из сплава Z5Z или в небольшом объеме изготавливали из поковок сплава ZW3 (рис. 302). Высокое качество поверхности обода колеса и однородность усталостных свойств в отливке в сочетании с хорошей устойчивостью против ударных нагрузок и малой чувствительностью к надрезу как при ударных, так и при усталостных нагрузках являются важными факторами применения магниевых сплавов для изготовления колес.
Некоторые носовые колеса и колесные фланцы отливают в кокиль из сплава А8.
Бортовое оборудование и груз. Небольшие магниевые детали часто используют в системах навигации, связи, вентиляции и герметизации, внутренней арматуры и распределения и т. д. Из магниевых сплавов изготавливают и такие детали, как телевизионные камеры (рис. 303).
Военно-воздушные силы США используют изготовленные из магниевых сплавов геодезические конструкции очень больших размеров (рис. 304). Одна из них представляет собой полусферу диаметром 15 м, массой всего лишь 550 кг без покрытия из пластика. Другая размером 24x15x10 м весит 680 кг без покрытия и может быть установлена без крана.

Управляемые снаряды и исследование космоса. Некоторые свойства магния, имеющие значение для управляемых снарядов и использования в космосе . В дополнение к высокой прочности и жесткости при минимальной массе в сочетании с хорошей технологичностью к материалам, предназначенным для использования в конструкциях управляемых снарядов и космических аппаратов, предъявляются и другие требования. Условия полета в космосе являются очень жесткими. Они включают в себя аэродинамический нагрев до высоких температур, внезапное попадание в тень, близость некоторых компонентов к ожижженному топливу, наличие озона в верхней атмосфере, бомбардировку жесткой электромагнитной радиацией, частицами высоких энергий и микрометеоритами, вакуум до 10в-11 мм рт. ст. и т. д.

Магний обладает довольно высокими теплопоглотительными свойствами (табл. 83). Так, по температуропроводности магний не уступает ни одному из конкурирующих с ним металлов, вследствие чего температуры, возникающие при передаче на поверхность магния данного количества тепловой энергии, относительно низки. Это иллюстрируется гипотетической кривой нагрева (рис. 305). Кроме того, в связи с тем, что произведение упругого модуля на коэффициент расширения (модуль термического напряжения) является низким, неоднородный нагрев компонентов будет вызывать относительно низкие термические напряжения.

Так как давление паров магния составляет порядка 10в-7 мм при 200° С, то можно ожидать медленной сублимации магниевых сплавов при весьма умеренных температурах на Луне и в межпланетном пространстве. Без сомнения, этот эффект может быть подавлен использованием подходящих нелетучих покрытий, в частности анодирующей обработки НАЕ.
Эмиссионная способность поверхности является важным свойством при космических полетах. Она может контролироваться применением соответствующих покрытий. Так, магниевая сфера спутника «Вангуард» была покрыта наряду с прочими материалами пленкой двуокиси кремния толщиной 6000А для облегчения излучения поглощенной солнечной энергии в диапазоне 10 мкм при 20° С. Контролируемая эмиссионная способность в пределах 0,15-0,96 может быть получена с помощью окрашивающих пленок при соответствующем выборе пигмента. Краски с низкой эмиссионной способностью могут быть использованы для уменьшения радиационной передачи тепла радиолокатору, вычислительному устройству и электронному оборудованию от поверхностей, подверженных аэродинамическому нагреву.

Для некоторых целей, например для изготовления корпусов электронного оборудования, применяют литейные магниевые сплавы с высокой демпфирующей способностью. Так, отливки из сплава ZA (K1A) использовали в контрольном оборудовании на управляемом снаряде «Найк-Геркулес».
Другие ценные качества магния как материала для космоса - хорошие свойства на растяжение в условиях быстрого нагрева и нагружения и отсутствие какого-либо перехода из пластичного в хрупкое состояние при низких температурах.
Исследовательские ракеты и управляемые снаряды. Детали, отлитые в землю, из сплава ZRE1 используют в исследовательских ракетах «Скайларк», впервые запущенных во время Международного геофизического года.
Об английских управляемых снарядах имеется ограниченная информация, тем не менее известно, что отливки из сплавов Z5Z и RZ5 широко используют в качестве элементов конструкций. У одного из снарядов рули и труба корпуса изготовлены из прессованного сплава ZW6. Отливки из сплава MSR и поковки из сплава ZTY, вероятно, найдут широкое применение в будущем.

В США широко распространено применение магния в управляемых снарядах. Некоторые наиболее важные случаи перечислены в табл. 84. На рис. 306 показано, в каких местах используются магниевые сплавы в управляемых снарядах «Титан», «Юпитер», «Тор» и «Поларис». Общее содержание магния в «Титане» составляет около 900 кг, причем около 40% оболочки составляют листы из сплавов НМ21 и НК31. Имеются также прессованные изделия из сплава НМ31. Листы из сплава HM21 могут подвергаться кратковременному нагреву до 375-425° С. Особый интерес среди небольших снарядов представляет «Фалькон» (рис. 307), в котором 90% конструкции состоит из магниевых сплавов. «Мэйс» содержит 435 кг магниевых сплавов. «Бомарк» содержит 90 кг листов магниевоториевых сплавов, образующих ведущие и хвостовые кромки поверхностей крыльев и рулей, и, кроме того, прямоточный реактивный двигатель содержит листы из магниевоториевого сплава и свыше 145 кг отливок из сплавов HK31 и ZRE1. «Снарк» содержит 680 кг листов AZ31 и 140 кг отливок. В «Тэлосе» передний обтекатель изготовлен из листов магниевого сплава НМ21 (рис. 308), а внутренний корпус - из листов и отливок сплава НК31. В этом случае способность магниевых конструкций противостоять без коробления резкому снижению давления делает магниевые сплавы более предпочтительными, чем сплавы на основе титана, алюминия или стали. «Найк-Геркулес» (рис. 309), содержащий 18 кг магниевых листов и 135 кг отливок, представляет особый интерес в связи с используемым в нем подвижным контрольным электронным оборудованием. Данное оборудование включает свыше 1350 кг отливок из магниевых сплавов, в том числе и отливку массой 680 кг.

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США широко использует магниевые сплавы для изготовления рулей и переходных поверхностей запускаемых с воздуха исследовательских сверхзвуковых ракет, достигающих скоростей вплоть до 15 Маха. Хвостовые рули этих ракет состоят из листов сплава AZ31 с ведущими кромками из полосок сплава Инконель с подкладкой из меди (рис. 310). Магниевые сплавы используют ввиду их малой плотности, высокой теплопоглотительной способности, демпфирующей способности, легкости и экономичности изготовления изделий. Широко использует магниевые сплавы для исследовательских ракет Национальный консультативный комитет по авиации (рис. 311). Третья ступень запускающей спутники ракеты «Скаут» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства имеет оболочку из магниевых сплавов.
В ходе выполнения программы США по управляемым снарядам было разработано много методов обработки магниевых сплавов.

Ракеты для запуска искусственных спутников. Выше упоминалось об изготовлении из магниевых сплавов оболочки в ракете «Скаут» Н.А.С.А. В запускающей ракете «Вэнгуард» (рис. 312) магниевые сплавы используют для оболочки второй ступени, для промежуточной секции и для хвостовой камеры сгорания. Об использовании магниевых сплавов в качестве конструкционного материала в ракете «Редстоун» сведений не имеется, однако предполагается, что их используют в наводящей системе. Точно также магниевые сплавы не используют в конструкции «Атласа», но применяют для вычислительного устройства и контрольного отсека и для платформы начального наведения
Вспомогательное оборудование . Магний широко используют в электронном оборудовании, связанном с управляемыми снарядами. Относящиеся к этому случаю отливки для «Найк-Геркулес» уже упоминались. В других случаях применение магниевых сплавов обусловлено требованиями легкости и быстрой сборки оборудования. Отливки из магниевых сплавов используют для изготовления изоляции от вибраций каркасов внутренних конструкций, корпусов редукторов, держателей катодов ламп и т. д. Магниевые сплавы используют также для изготовления трейлеров, контейнеров, катушек лент для самописцев, дисков памяти счетнорешающих приборов, волноводов, параболических антенн. Высокие требования предъявляются к точности изготовления волноводов. Один из волноводов изготавливают точным литьем, другие - из прессованных полуфабрикатов.

Спутники и межпланетные станции . Американские спутники в значительной степени состоят из магния. «Вэнгуард» имеет диаметр 50 см и весит 9,75 кг. Он сделан из двух полусферических листовых оболочек толщиной 0,7 мм, изготовленных из сплава AZ31. Полусферы получают вытяжкой при температуре около 350° С за один удар. Каждую оболочку обкатывают до требуемой формы при 315° С и затем обрабатывают резанием до конечной толщины на точном чугунном шаблоне. После полировки и покрытия обе половинки собирают с помощью крошечных ювелирных винтов. Другая деталь из магниевого сплава на спутнике «Вэнгуард» - это барокамера, получаемая путем обкатки из плоской плиты и свариваемая на месте, а также трубчатый каркас Чтобы получить желаемое сочетание высокой отражательной способности (для легкости слежения) и достаточной эмиссионной способности, на магниевые оболочки после полировки наносят пять слоев Au, Cr, SiO, Al и SiO в указанной последовательности.
Спутник «Дискаверер» имеет длину 5,8 м и диаметр 1,5 м. Он содержит свыше 270 кг магниевоториевых сплавов, что составляет более чем 1/3 общей массы спутника (680 кг). Помимо 90 кг листов сплавов НМ21 и НК31, в спутнике имеется 180 кг отливок и прессованных изделий (20 типов). Оболочка и обтекатели изготовлены из листов сплава НМ21-Т8 толщиной 1,8-3,6 мм с допуском ±0,05 мм с тем, чтобы обеспечить контроль массы. Использование магниевых сплавов в «Дискаверере» дает возможность уменьшить массу по сравнению с использованием титановых сплавов на 25% и даже более в случае использования сталей.
Первый спутник «Эхо», состоящий из пластмассового шара диаметром 30,5 м, содержал магниевую сферу диаметром 5,7 м, весящую 11 кг и изготовленную из магниевых листов, плит и прессованных полуфабрикатов. Запускающая ракета «Тор» содержит значительное количество магния, главным образом в виде отливок.
Спутник связи «Гелстар» содержит около 13,5 кг магния в виде труб из сплава ZK21 (Mg-2% Zn-0,6% Zr), а также листов и прессованных изделий из сплава AZ31 (рис. 313).
У «Эксплорера III» корпуса приборов отлиты из магния. «Пайэнир V» имеет детали из листов и плит магниевых сплавов. Межпланетная станция «Сервэйер», предназначенная для исследования поверхности Луны, будет состоять в основном из магния.
Капсула «Меркурий» сделана из титана и бериллия в связи с тем, что должна возвращаться в плотные слои атмосферы, однако в ней использован магний для вспомогательного оборудования - камеры, ленточных самописцев и катушек.

Магний применяют в виде металлических пластин при защите от коррозии морских судов и трубопроводов. Защитное действие магниевого «протектора» связано с тем, что из стальной конструкции и магниевого протектора (магний стоит в электрохимическом ряду напряжений левее, чем железо) создаётся электрическая цепь. Происходит разрушение магниевого протектора; основная же стальная часть конструкции при этом сохраняется. В металлургии магний используют как «раскислитель» - вещество, связывающее вредные примеси в расплаве железа. Добавка 0,5% магния в чугун сильно повышает ковкость чугуна и его сопротивление на разрыв. Используют магний и при изготовлении некоторых гальванических элементов.

Сплавы магния играют в технике очень важную роль. Существует целое семейство магниевых сплавов с общим названием «электрон». Основу их составляет магний в сочетании с алюминием (10%), цинком (до 5%), марганцем (1-2%). Малые добавки других металлов придают «электрону» различные ценные свойства. Но главным свойством всех видов «электронов» является их лёгкость (1,8 г/см 3) и прекрасные механические свойства. Их используют в тех отраслях техники, где особенно высоко ценится лёгкость: в самолёто- и ракетостроении. В последние годы созданы новые устойчивые на воздухе магниево-литиевые сплавы с совсем малой плотностью (1,35 г/см 3). Их использование в технике очень перспективно. Магниевые сплавы цены не только из-за своей лёгкости. Их теплоёмкость в 2-2,5 раза выше, чем у стали. Аппаратура из магниевых сплавов нагревается меньше стальной. Используют и сплав алюминия с большим содержанием магния (5-30%). Этот сплав «магналит» твёрже и прочнее алюминия, легче обрабатывается и полируется. Число металлов, с которыми магний образует сплавы, велико. Из диаграммы, иллюстрирующей правило Юм-Розери, ясна удивительная особенность магния не смешиваться в расплаве со своим близким по положению в таблице Менделеева соседом - бериллием. Из-за сильного различия межатомных расстояний не образует магний сплавов и с железом.

Среди кислородных соединений Mg нужно отметить оксид магния MgO, называемый также жжёной магнезией. Он применяется в изготовлении огнеупорных кирпичей, т.к. температура его плавления 2800 о С. Жжёная магнезия используется и в медицинской практике.

Интересны силикаты магния - тальк 3MgO*4SiO 2 *H 2 O и асбест CaO*MgO*4SiO 2 , обладающие высокой огнестойкостью. Асбест имеет волокнистое строение, поэтому его можно прясть и изготавливать из него спецодежду для работы при высоких температурах. Карбонаты и силикаты магния в воде нерастворимы.

Интерес к магнию и сплавам на его основе обусловлен, с одной стороны, сочетанием важных для практического использования свойств, а с другой стороны, большими сырьевыми ресурсами магния. Велика сфера использования магния и магниевых сплавов со специальными химическими свойствами, например в источниках тока и для протекторов при защите стальных сооружений от коррозии.

В СНГ, как и за рубежом, имеются большие запасы минерального сырья магния, удобные для его извлечения. Это месторождения твёрдых солей, содержащих магний, а также рассолы ряда соляных озёр. Кроме того, магний может извлекаться из морской воды. Таким образом для магния не стоит проблема истощения сырьевых ресурсов, которая приобретает всё большее значение для многих других, промышленно важных металлов. Хотя магний является одним из основных промышленных металлов, но объём его производства продолжает заметно уступать объёму производства алюминия и стали.

Определённую ориентировку в потребностях промышленности в магнии даёт рассмотрение его производства и потребления в развитых капиталистических и развивающихся странах. После второй мировой войны и вплоть до начала 70-х годов XX столетия в них наблюдался непрерывный рост производства и потребления магния, затем произошла его стабилизация. Крупнейшим производителем магния в капиталистических странах являются США, доля которых в общем производстве несколько больше 50%.

Конструкционные магниевые сплавы - это лишь одна, причём не самая большая по объёму область применения магния. Магний широко используется как химический реагент во многих металлургических процессах. В частности, он применяется в чёрной металлургии для обработки чугуна с целью десульфурации. В общем в последние годы имеется тенденция к расширению применения магния в качестве химического реагента. Значительное количество магния используется для получения титана, и надо искать пути повышения эффективности применения его в этих целях. Проявляется также значительный интерес к магнию и сплавам на его основе как аккумуляторам водорода.

Имеется определённая предубеждённость против магниевых сплавов со стороны потребителей в отношении их пожароопасности, низкой коррозионной стойкости, повышенной чувствительности к концентраторам напряжений. Эту предубеждённость следует преодолевать. В то же время следует продолжить работы, направленные на улучшение служебных характеристик магниевых сплавов, в частности на повышение их коррозийной стойкости.

Основные тенденции в развитии потребления магния в мире.

В последние годы за рубежом положение магния как одного из масштабных промышленных металлов упрочнилось: в 1980 году впервые в мирное время был превзойдён максимальный уровень производства магния военного 1943 года. Несмотря на отдельные спады, обусловленные общей неблагоприятной коньюктурой, потребление магния оставалось стабильным, хотя цены на него и выросли в 1,9 раза.

Самым крупным производителем и потребителем первичного магния за рубежом остаются США, но их доля в мировом потреблении за 1975-85гг сократилось с 51,7% до 41,5%. Норвегия и США - крупнейшие экспортёры магния: по 36-45 тыс. тонн в год. США являются также крупнейшим производителем магния из вторичного сырья.

Второе место по объёма потребления магния занимает Западная Европа (30%). Потребление магния в Японии оценивается на уровне 20-25 тыс. тонн в год, из которых 69% расходуется в производстве алюминиевых сплавов и высокопрочного чугуна, на отливки из магниевых сплавов - 4,9%.

Магний за рубежом используется во многих отраслях промышленности. Всё разнообразие направлений использования можно условно разделить на 3 группы:

Применение магния в производстве алюминиевых сплавов, в которых добавляют от 0,5% до 10% магния. Алюминиевые сплавы, содержащие магний, отличаются высокой удельной прочностью, коррозийной стойкостью и хорошо обрабатываются резанием.

Приготовление сплавов конструкционного назначения на основе магния. Содержание магния в таких сплавах 90-98%. Деформируемые магниевые сплавы и литые заготовки из них находят применение в ряде отраслей промышленности, прежде всего в аэрокосмической промышленности, далее идут военная и автомобильная.

Использование магния в качестве химического реагента в чёрной и цветной металлургии для восстановления Be, Ti, U, Zr, Hf и др.металлов, в химии (в основном в реакции Гриньяра), также в качестве расходуемых анодов для катодной защиты от коррозии стальных конструкций, подземных трубопроводов и резервуаров. Магний в этих процессах полностью расходуется. Лом и отходы не образуются, в отличии от первых двух групп, где он может повторно использоваться в виде вторичных сплавов.

В условиях дефицита магния также актуальной является задача более рационального использования имеющихся ресурсов металла, сокращение потерь его на всех этапах переработки и использования. Например, более эффективно может быть использован вторичный магниевый сплав типа МА9С6 для легирования алюминиевых сплавов взамен первичного металла. Предпочтительнее выглядит и прямое использование отходов из магниевых сплавов в виде брикетов стружки взамен чушкового металла, например, для десульфурации или модифицирования чугуна, производстве модификаторов типа железо-кремний-магний.

Использование магния в аппаратах космической и авиационной техники, автомобилестроении, различных агрегатах и ответственных приборах предъявляя особые требования к технологии производства литья из магниевых сплавов. Потребность народного хозяйства в магнии и магниевых сплавах значительно превышает возможность их производства. Это ставит перед металлургами, технологами и разработчиками новые проблемы повышения качества литья, использования лома и стружки, создание безотходных и малоотходных технологий производства. Обостряются вопросы экологии.

Большое значение в органической химии имеют магнийорганические соединения, содержащие связь Mg-C. Особенно важную роль среди них играет так называемый реактив Гриньяра - соединения магния общей формулы RMgHal, где R - органический радикал, а Hal = Cl, Br или I. Эти соединения образуются в эфирных растворах при взаимодействии магния и соответствующего органического галоида RHal и используются для самых разнообразных синтезов.

Применение магния в авиации

Магний чрезвычайно легок, и это свойство могло бы сделать его прекрасным конструкционным материалом, но, увы – чистый магний мягок и непрочен. Поэтому конструкторы используют магний в виде сплавов его с другими металлами. Особенно широко применяются сплавы магния с алюминием, цинком и марганцем. Каждый из компонентов вносит свой «пай» в общие свойства: алюминий и цинк увеличивают прочность сплава, марганец повышает его антикоррозионную стойкость. Ну, а магний? Магний придает сплаву легкость – детали из магниевого сплава на 20...30% легче алюминиевых и на 50...75% – чугунных и стальных. Есть немало элементов, которые улучшают магниевые сплавы, повышают их жаростойкость и пластичность, делают устойчивее к окислению. Это литий, бериллий, кальций, церий, кадмий, титан и другие.

Но есть, к сожалению, и «враги» – железо, кремний, никель; они ухудшают механические свойства сплавов, уменьшают их сопротивляемость коррозии.

Магниевые сплавы находят широкое применение. Авиация и реактивная техника, ядерные реакторы, детали моторов, баки для бензина и масла, приборы, корпуса вагонов, автобусов, легковых автомобилей, колеса, масляные насосы, отбойные молотки, пневмобуры, фото и киноаппараты, бинокли – вот далеко не полный перечень областей применения магниевых сплавов.

Применение магния в металлургии

Сплавы на основе магния являются важным конструкционным материалом в авиационной и автомобильной промышленности благодаря их лёгкости и прочности. Цены на магний в слитках в 2006 году составили в среднем 3 долл/кг. К 2010 году цены на Мг-90 выросли до 4,6$ за кг.

Наиболее ранней областью применения металлического магния было, по видимому, использование его в качестве восстановителя. В 1965 г. Н.Н.Бекетов впервые применил магний для вытеснения с его помощью алюминия из расплавленного криолита. Этот процесс в 80-е годы прошлого века применялся промышленно на первом немецком алюминиевом заводе в Гмелингене. Несколько позже начали использовать способность порошка магния и тонкой магниевой ленты гореть ослепительно белым пламенем с выделением большого количества тепла. Это свойство магния получило применение в фотографии для моментальных съемок, а также в пиротехнике и для военных целей (для изготовления осветительных ракет). В обоих случаях магний обычно смешивается с веществами, легко отдающими кислород. Ракетный осветительный состав, например, может содержать 45% Mg, 48% NaNO3 и 7% связующего органического вещества. Наиболее важным практическим применением магния было использование его в качестве основы различных легких сплавов. Затем он стал использоваться и в других областях техники, благодаря своим специфическим физико-химическим и механическим свойствам. По мере развития металлургии магния его получали все в более чистом виде, что открывало для этого металла новые области применения.

Благодаря большому химическому сродству к кислороду магний способен отнимать его у многих оксидов, также как и хлор у хлоридов. На этом свойстве магния основана магниетермия, открытая Бекетовым как способ получения других металлов вытеснением их магнием из соединений. Она приобрела большое значение для современной металлургии. В качестве примера можно указать, что магниетермия стала основным способом в производстве таких металлов, как бериллий и титан. С помощью магниетермии были получены такие трудновосстанавливаемые металлы, как ванадий, хром, цирконий и другие. Магний используется для рафинирования вторичного алюминия от примеси магния путем переплавки металла с жидкими хлоридными флюсами, содержащими криолит. В этом случае магний из металлической фазы переходит в солевую в форме фтористого магния. Большая химическая активность магния по отношению к кислороду позволяет применять его в качестве раскислителя в производстве стали и цветного литья, а также (в порошкообразном виде) для обезвоживания органических веществ (спирта, анилина и др.). Важное значение в современной химической технологии получил синтез сложных веществ с помощью магнийорганических соединений. Таким путем был синтезирован, в частности, витамин А. Высокий электроотрицательный электродный потенциал дал возможность с большим эффектом применять магний в качестве материала для анодов при катодной защите от коррозии стальных и железных сооружений, находящихся во влажном грунте. Легкая воспламеняемость дисперсного магния и способность его гореть ослепительным белым пламенем долгое время использовалась в фотографии. Магниевый порошок стали применять также в качестве высококалорийного горючего в современной ракетной технике. Введение небольшого количества металлического магния в чугун позволило значительно улучшить его механические (в частности, пластические) свойства. Глубокая очистка магния от примесей, достигнутая в последнее время, позволила использовать его в качестве одного из компонентов при синтезе полупроводниковых соединений.

Магналий тверже и прочнее чистого алюминия, легче последнего обрабатывается и полируется. Как “магналий”, так и “электрон” на воздухе покрываются защитной окисной пленкой, предохраняющей их от дальнейшего окисления. Введение 0,05% Mg в чугун резко повышает его ковкость и сопротивление разрыву. Многие магниевые детали применяются в настоящее время в самых разных областях электротехники. Небольшой вес изделий, выполненных из магниевых сплавов, явился также важной причиной применения их для изготовления различных бытовых предметов и аппаратуры. Магниевые детали очень хорошо поглощают вибрацию. Их удельная вибрационная прочность почти в 100 раз больше, чем у лучших алюминиевых сплавов, и в 20 раз больше, чем у легированной стали. Это очень важное свойство при создании разнообразных транспортных средств. Магниевые сплавы превосходят сталь и алюминий по удельной жесткости и поэтому применяются для изготовления деталей, подвергающихся изгибающим нагрузкам (продольным и поперечным). Магниевые сплавы немагнитны, совершенно не дают искры при ударах и трении, легко обрабатываются резанием (в 6-7 раз легче, чем сталь, в 2-2,5 раза – чем алюминий). Магний и его сплавы обладают очень высокой хладостойкостью. Долгое время считалось, что область возможного применения магния ограничивается его легкой воспламеняемостью. Действительно, небольшие кусочки магния воспламеняются на воздухе при температуре 550оС. Однако изделия из магния и магний в слитках неогнеопасны, так как магний имеет очень высокую теплопроводность и нагреваемый участок детали быстро распространяет тепло по всей детали. Были даже попытки применения магния для изготовления двигателей внутреннего сгорания; в испытаниях он хорошо выдерживал тепло, но оказался недостаточно стоек к агрессивному воздействию продуктов сгорания. Поэтому магниевые поршни используются редко, в основном в гоночных машинах и в технике специального назначения. Основной недостаток магния – пониженная стойкость против коррозии. Магний сравнительно устойчив в сухом атмосферном воздухе в дистиллированной воде, но быстро разрушается в воздухе, насыщенном водными парами и загрязненном примесями, в особенности сернистым газом. Магний нестоек в очень многих веществах, так как является самым активны из конструкционных металлов. Его поверхностная активная пленка имеет пористую структуру и поэтому слабо защищает от коррозии. Магний совершенно устойчив к плавиковой кислоте и другим соединениям фтора, так как при контакте с ним образуется слой MgF2 – прочная сплошная пленка. На этом основано применение магния для изготовления тары и насосов для перекачки плавиковой кислоты. Магний стоек и при контакте с другими галогенами, причем, в отличие от алюминия, он спокойно переносит сухой хлор и стремительно разрушается во влажном. На стойкости магния в броме и иоде основано применение его для изготовления резервуаров для их хранения. Кроме того, он устойчив в бензине, керосине, смазочных маслах, жирах и т.п. и из него делают емкости для хранения нефти и нефтепродуктов и бензобаки. Поверхность магниевых сплавов защищают от коррозии нанесением слоев лака, пленкой более стойкого металла, либо электрохимической и химической обработкой, а иногда – нанесением слоев эмали. Чем чище магний, тем он устойчивее к коррозии. Это связано с тем, что он вступает в электрохимическую реакцию с крупицами практически любых других элементов, которая разрушает из двух веществ более активное. Особенно вредоносными являются примеси железа, никеля, меди, хрома, свинца, кобальта – они способствуют коррозии магния даже в очень небольших количествах: например, предельно допустимая концентрация железа в промышленно выпускаемом магнии составляет 0,01%, никеля – 0,0005%. С другой стороны, такие элементы, как марганец, цирконий, цинк, титан улучшают коррозионную стойкость магния: при добавлении к магниевому сплаву нескольких девятых процентов титана коррозионная стойкость увеличивается в 3 раза.

Магний в производстве химических источников тока

Магний в виде чистого металла, а так же его химические соединения (бромид, перхлорат) применяются для производства очень мощных резервных электрических батарей (например, магний-перхлоратный элемент, серно-магниевый элемент, хлористосвинцово-магниевый элемент, хлорсеребряно-магниевый элемент, хлористомедно-магниевый элемент, магний-ванадиевый элемент и др.) и сухих элементов (марганцево-магниевый элемент, висмутисто-магниевый элемент, магний-м-ДНБ элемент и др.). Химические источники тока на основе магния отличаются очень высокими значениями удельных энергетических характеристик и высоким разрядным напряжением.

Огнеупорные материалы с применением магния

Оксид магния MgO применяется в качестве огнеупорного материала для производства тиглей и специальной футеровки металлургических печей.

Перхлорат, Mg(ClO 4) 2 - (ангидрон) применяется для глубокой осушки газов в лабораториях, и в качестве электролита для химических источников тока с участием этого элемента.

Фторид MgF 2 - в виде синтетических монокристаллов применяется в оптике (линзы, призмы).

Бромид MgBr 2 - в качестве электролита для химических резервных источников тока.

Применение магния в военных целях

Свойство металла гореть белым ослепительным пламенем широко используется в военной технике для изготовления осветительных и сигнальных ракет, трассирующих пуль и снарядов, зажигательных бомб.

Применение магния в медицине

Оксид и соли магния применяется в медицине (аспаркам, сульфат магния, цитрат магния, минерал бишофит). Бишофитотерапия использует биологические эффекты природного магния в лечении и реабилитации широкого круга заболеваний, в первую очередь - опорно-двигательного аппарата, нервной и сердечно-сосудистой систем.

Всем хорошо знакома «английская соль» MgSO 4 · 7H 2 O. При приеме внутрь она служит надежным и быстродействующим слабительным, а при внутримышечных или внутривенных вливаниях снимает судорожное состояние, уменьшает спазмы сосудов. Чистая окись магния (жженая магнезия) применяется при повышенной кислотности желудочного сока, изжоге, отравлении кислотами. Перекись магния служит дезинфицирующим средством при желудочных расстройствах.

Магний и другие микроэлементы являются структурными компонентами многих ферментов. Они влияют на кальций-зависимый синтез NO, косвенно регулируют пролиферацию нервных клеток и их пластичность. Доказано участие ионов магния в работе глутаматных и NMDA-рецепторов: при дефиците магниевого ионного окружения эти рецепторы возбуждаются.

В эксперименте на крысах доказана нейропротекторная роль сульфата магния, введённого за 30 минут до моделируемой гипоксии мозга. Многоцентровые эпидемиологические исследования выявили повышение частоты мозгового инсульта в биогеохимических провинциях со сниженным содержанием магния и кальция в мягкой воде.

Одним из важных эффектов магния является торможение процессов возбуждения в коре головного мозга и связанная с этим реализация наркотического, снотворного, седативного, аналитического и противосудорожного эффекта. Экспериментальными исследованиями доказана роль магния в качестве модулятора эффектов возбуждающих аминокислот в ЦНС. При дефиците магния снижается способность к концентрации внимания и функции памяти. Классикой нейрохимии стало воззрение на магний как на ион с чёткими седативными свойствами. Синтез ацетилхолина в головном мозге возможен только в присутствии ионов магния. Кора головного мозга обладает выраженной реактивностью, поэтому расстройства высшей нервной деятельности сопровождаются не только нарушениями энергетического обмена, но и изменениями трансмембранного транспорта ионов, в первую очередь магния. На большом экспериментальном и клиническом материале показана зависимость выраженности эпилептиформной готовности в коре головного мозга от уровня ионов магния.

Заслуживает внимания Магнерот, в состав которого входит оротовая кислота. Оротовая кислота необходима для фиксации магния на АТФ в клетке, что приводит к терапевтической активности магния. Помимо этого, оротовая кислота способствует росту клеток, участвуя в процессе обмена веществ. Магнерот успешно применяется в составе комплексной терапии в лечении и профилактике сердечно-сосудистых заболеваний: ишемической болезни сердца, магний-зависимых сердечных аритмий, различных спастических состояниях (в т. ч. ангиоспазмов), инфаркта миокарда, атеросклероза и гиперлипидемий.

Применение оротата магния началось в 60-х годах прошлого века. Преимущественно препарат использовался в терапии сердечной недостаточности, в т. ч. вызванной алкогольной кардиомиопатией. На модели алкогольного повреждения сердца у животных было показано, что одной из причин заболевания является нарушение синтеза РНК в кардиомиоцитах, а оротовая кислота необходима для нормального хода данного процесса. Оротовая кислота (которую называют так же витамином В13), помимо участия в обмене магния, обладает собственной метаболической активностью: соединение является одним из метаболических предшественников пиримидиновых нуклеотидов, т. е. в конечном счёте необходимо для нормального хода анаболических процессов. На уровне сердечной мышцы эффект выражается в повышении синтеза белка и АТФ. Анаболическая активность оротовой кислоты с успехом используется, например, у спортсменов с целью повышения работоспособности и конкурирует с таковой у стероидных препаратов. Установлено, что оротовая кислота поддерживает холестерин в коллоидном состоянии, что, возможно, препятствует его отложению в сосудистой стенке. Положительно и то, что магниевая соль оротовой кислоты слабо растворима в воде, поэтому практически не обладает послабляющим эффектом, хорошо всасывается.

Другие сферы применения магния

Магниевый порошок с окисляющими добавками (нитрат бария,нитрат аммония, перманганат калия, гипохлорит натрия, хлорат калия и т. д.) применялся (и применяется сейчас в редких случаях) в фотоделе в химических фотовспышках (магниевая фотовспышка).

Окись магния используют в производстве цементов, огнеупорного кирпича, в резиновой промышленности. Перекись магния («новозон») применяют для отбелки тканей. Сернокислый магний используют в текстильной и бумажной промышленности как протраву при крашении, водный раствор хлорида магния – для приготовления магнезиального цемента, ксилолита и других синтетических материалов. Карбонат магния MgCO 3 находит применение в производстве теплоизоляционных материалов.

История магния

Магний в виде металла был впервые получен Гемфри Дэви в 1808 году. Английский химик проводил процесс электролиза между влажной смесью белой магнезии и оксидом ртути, в результате чего получил сплав ртути с неизвестным металлом (амальгаму). После выгонки ртути Дэви получил новое вещество - порошок металла, который был назван магнием (calorizator). Через два десятилетия, в 1828 году француз А.Бюсси получил чистый металлический магний.

Магний является элементом главной подгруппы II группы III периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 12 и атомную массу 24,305. Принятое обозначение - Mg (от латинского Magnesium ).

Нахождение в природе

По количеству содержания в земной коре магний занимает 8-е место среди минеральных веществ, он очень распространён. Природными источниками магния являются морская вода, ископаемые минеральные отложения и рассолы.

Магний является лёгким и ковким металлом, его цвет - серебристо-белый с явным металлическим блеском. В обычном состоянии покрыт плёнкой оксида магния, которую можно разрушить, нагрев металл до 600-650˚С. Магний сгорает, выделяя ослепительно белое пламя и образуя оксид и нитрид магния.

Суточная потребность в магнии

Суточная потребность в магнии зависит от возраста, пола и физического состояния человека. Для здорового взрослого человека составляет от 400 до 500 мг.

В продуктах питания содержится различное количество магния, расположим их по мере убывания содержания полезного микроэлемента:

• крупы ( и )
• молочные продукты, рыба,

Усвояемость магния

Всасывание органических соединений магния в основном происходит в двенадцатиперстной и толстой кишках, при чрезмерном употреблении кофеина, алкоголя и организм теряет значительную часть магния с мочой.

Взаимодействие с другими

Для организма важен баланс между и магнием, потому что именно эти минералы отвечают за нормальное состояние костной ткани и зубов. В аптечных витаминно-минеральных комплексах количество кальция и магния содержится в оптимальных количествах.

Нехватку магния в организме могут вызвать болезни почек, расстройство желудка, приём мочегонных средств и некоторых контрацептивов, чрезмерное увлечение алкоголем и кофеином. Признаками нехватки магния считают бессонницу, раздражительность, головокружения, нарушения сердцебиения и скачки кровяного давления, частые головные боли, чувство усталости, мерцающие точки перед глазами, судороги, мышечные спазмы, выпадение волос.

Признаки избытка магния

Признаками избытка магния считают:

• понос, тошноту, рвоту
• сонливость, замедление пульса
• нарушения координации, речи
• высыхание слизистых (во рту и носу).

Магний важен для эффективного функционирования нервов и мышц, важен для превращения сахара крови в энергию. Магний поддерживает здоровое состояние зубов, помогает предупредить отложения , камни в почках и желчном пузыре, приносит облегчение при несварении. Организм человека содержит приблизительно 21 г магния.

Магний нормализует деятельность сердечно-сосудистой и эндокринной систем организма, функции головного мозга, оказывает помощь при выведении токсинов и тяжёлых металлов.

Применение магния в жизни

Соединения магния (сплавы) используются в самолётостроении и автомобильном производстве из-за прочности и лёгкости магниевых сплавов. Магний применяется как химический источник тока, в медицине, военном деле, в фотографии.

Научно установлено, что магний — самый важный минерал для сердца. Более трехсот различных ферментов в организме зависят от магния . Куда ни посмотри, нас со всех сторон подстерегает угроза лишиться магния .

Вы страдаете судорогами в ногах и жалуетесь на учащенное сердцебиение или нарушение сердечного ритма? У вас слабая концентрация? У вас нервно подергиваются мышцы и вы раздражительны? Эти симптомы часто являются следствием нехватки магния в организме.

Этого минерала почти совсем нет в той напичканной сaxapoм мусорной пище, которая теперь составляет более 35% рациона среднего человека. Сельскохозяйственные культуры выращивают на почве, устойчиво обедняющейся магнием . Организм расходует большую часть своих скудных запасов на то, чтобы очиститься от смога, пестицидов и множества других ядовитых веществ.

Все, что после этого остается, из нас вытягивают потоотделение и , а также диуретики и другие лекарства. Для большинства из нас недостаток магния представляется неизбежной перспективой. Возраст превращает эту перспективу в реальность. По мере как мы стареем, мы усваиваем из пищи все меньше многих питательных веществ, в том числе и магния . Из-за проблем с зубами мы можем избегать орехов, семян и других хороших пищевых источников этого минерала. А кроме того, с возрастом, вероятно, мы также принимаем больше фармацевтических препаратов, истощающих его запасы.

При болезнях сердца

Знаменитый американский кардиолог, доктор Аткинс считает, что 98% людей с жалобами на сердце нуждаются в магнии и что магний будет полезен им всем. Для любого человека с больным сердцем при регулярном приёме пищевых добавок, содержащих магний, становится возможным следующее:

• Беспорядочные сердечные ритмы становятся более устойчивыми.
• Улучшаются показатели кровяного давления.
• В организме поддерживается лучший баланс калия — еще одного минерала, важного для сердечно-сосудистой системы.
• Сердце перекачивает больший объем крови без дополнительной потребности в кислороде.
• Сжавшиеся кровеносные сосуды расслабляются, обеспечивая более свободный кровоток.
• Приступы стенокардии (боли в груди) случаются менее часто.
• Из-за предотвращения слипания тромбоцитов снижается вероятность образования сгустков крови (тромбов), закупоривающих артерии.
• Повышается уровень ЛВП-холестерина и снижается концентрация ЛНП-холестерина.

При сахарном диабете

То, насколько хорошо организм метаболизирует сахар, тесно взаимосвязано с содержанием магния в крови. Именно этот факт делает этот минерал жизненно необходимым для людей с диагнозом . Колебания уровня сахара в крови сами по себе увеличивают риск магниевой недостаточности , которая, в свою очередь, в еще большей степени расстраивает сахарный обмен.

Добавки магния позволяют больным диабетом типа II легче регулировать содержание сахара в крови. В результате их потребность в пероральных антидиабетических препаратах обычно снижается и даже может полностью исчезать. Люди, подверженные приступам гипогликемии, также могут выравнивать резкие взлеты и падения концентрации сахара в крови. Хотя этот минерал не оказывает столь же драматического воздействия на диабет типа I, он тем не менее приносит заметную пользу, которой не следует пренебрегать.

При гипертонии

Лица, страдающие гипертонией при применении пищевых добавок, содержащих магний, могут снизить или полностью устранить свою потребность в диуретиках и других препаратах для снижения кровяного давления.

У , как правило, более низкие уровни магния по сравнению с теми, у кого показатели кровяного давления ближе к здоровой норме. Добавки действуют как природный аналог блокатора кальциевых каналов — еще одного стандартного противогипертонического препарата, — однако без его вредных эффектов.

Магний одновременно действует на все первопричины гипертонии — избыток инсулина в крови, низкий уровень калия и суженные кровеносные сосуды.

Добавки магния зачастую способны помогать и их детям справляться с несколькими возможными серьезными расстройствами кровяного давления.

Как уже более чем пятьдесят лет известно медицине, магний является избранным средством для лечения преэклампсии — относительно распространенного осложнения, возникающего на поздних стадиях беременности. Это осложнение характеризуется наряду с другими проблемами повышением кровяного давления и удержанием воды в организме.

В крайних случаях преэклампсии женщина может страдать от судорог или впасть в кому. И снова этот минерал является весьма эффективным средством лечения.

По оценкам исследователей, около 60% подобного рода гипертонических осложнений можно было бы избежать, если бы беременные женщины принимали пищевые добавки, содержащие магний.

Используя магний вместо лекарств, врачи также могли бы спасать некоторых младенцев, жизни которых угрожает высокое кровяное давление. Как описано в одной статье в медицинском журнале, врачи давали магний семи младенцам, после того как все другие медикаменты оказались неспособны им помочь. Ожидалось, что дети умрут, однако инъекции сульфата магния снизили у них кровяное давление и тем самым спасли им жизнь.

Тем, кто регулярно страдает от мигрени, нет нужды беспокоиться о необходимости в будущем ежедневно посещать врача для достижения устойчивого улучшения. Отличной профилактической мерой может служить пероральный прием пищевых добавок, содержащих магний.

При болях в мышцах и суставах

Для каждого, кто вынужден справляться с мышечными и суставными болями, характеризующими такое ревматическое заболевание, как фибромиалгия, магний является ценной составной частью эффективного лечения. Кроме того, этот элемент используется в дозах порядка 300-600 мг при лечении сходного недуга — синдрома хронической усталости.

Не исключено, что для предотвращения и, возможно, даже обращения вспять остеопороза магний более важен, нежели . Хотя магний составляет лишь часть костной ткани, он играет непропорционально важную роль, уравновешивая поступление кальция в организм и препятствуя его выведению.

Некоторые ученые даже утверждают, что наше потребление магния служит более надежным фактором, предсказывающим плотность костей, чем потребление кальция. При нехватке магния и других микроэлементов потребляемый нами дополнительный кальций будет откладываться не в костях, а где-нибудь еще — быть может, в стенках наших артерий.

Рост мышц и физическая сила, в особенности в результате силовых тренировок, явно зависят от этого минерала. Добавки магния привлекли большой интерес участников Олимпийских игр 1988 года, особенно гребцов, тяжелоатлетов и представителей других силовых видов спорта.

Уменьшая хрипы и способствуя расслаблению мышц бронхов, магний усиливает свою программу улучшения дыхания npи бронхите, эмфиземе и других хронических легочных заболеваниях. При внутривенном введении он полностью останавливает приступ астмы.

Спектр других лечебных действий магния весьма широк — он помогает при::

• при химической гиперчувствительности;
• бактериальных и вирусных инфекциях;
• судорогах ног;
• почечнокаменной болезни;
• перемежающейся хромоте — нарушении кровоснабжения ног, которое вызывает боль при напряжении мышц.

Последствия дефицита

Пролапс митрального клапана — состояние, характеризующееся слабостью клапана в сердце, повышает выброс магния из организма. Восстановление снабжения минералом помогает:

• корректировать низкий уровень сахара в крови — одну из главных проблем, связанных с пролапсом митрального клапана;
• противодействовать утомлению, которое, вероятно, представляет собой его наиболее часто встречающийся симптом.

У людей с рассеянным склерозом, паркинсонизмом, болезнью Альцгеймера или другими видами слабоумия содержание магния в крови заметно понижено по сравнению со средней нормой. У многих из них в мозгу обнаруживается необычно большое количество алюминия, а этот металл, как известно, мешает обмену магния . У пациентов психиатрических клиник также пониженные уровни этого элемента в крови.

Некоторые исследования предполагают, что явный дефицит магния может отягощать психиатрические симптомы и вызывать преждевременное старение мозга.

Ученые еще не проводили непосредственных исследований на людях для выяснения возможных взаимоотношений между магнием и раком, однако другие данные указывают на наличие тесной взаимосвязи. Например, у животных при диете с низким содержанием магния могут развиваться опухоли. С другой стороны, более высокая частотность случаев рака у людей, судя по всему, наблюдается в регионах, где почва и вода содержат наиболее низкие концентрации этого минерала. Кроме того, лучевая терапия и противораковые препараты истощают запасы этого минерала в организме.

Магний должен быть составной частью любой диетологической программы для улучшения сна. Он не только способствует более полноценному отдыху, но и противодействует бруксизму — непроизвольному скрежету зубами во сне.