Магний и его сплавы высокой чистоты

24.01.2017

Для некоторых целей, например для производства урана, а также для приготовления сплавов на основе магния с малой абсорбцией нейтронов необходим магний высокой чистоты. Получение титана магниетермическим способом также требует очень чистого металла. Несколько неожиданным может показаться то, что при производстве магниевых сплавов высокой чистоты для обычных конструктивных целей не нужен высокочистый исходный металл и пригоден обычный электролитический магний.
Это объясняется тем, что в сплавах высокой чистоты типов Mg—Al и Mg—Zr основное загрязнение — железо высаживается одним из присутствующих легирующих элементов — марганцем или цирконием
Процессы химической очистки магния и его сплавов можно разделить на следующие категории:
1. Удаление растворенных загрязнений путем химического обмена с флюсом.
Как известно, элементов, которые можно удалять из магния обработкой MgCl2 или флюсами с большим содержанием MgCl2, относительно мало. При отсутствии таких солей, как NaF или BaF2, являющихся источником натрия и бария, щелочные и щелочноземельные металлы легко удаляются из магния обычно за одну операцию до следующих количеств:
Магний и его сплавы высокой чистоты

Редкоземельные металлы удаляют из магния путем обработки MgCl2 или хлорированием очень неполно. Таким способом почти невозможно удалить 0,3—0,5% этих металлов из сплава. В некоторых сплавах с торием, например в сплавах ZTl, содержание РЗМ не должно превышать 0,1%. Применяя флюс, богатый MgCl2, можно обеспечить некоторую защиту от случайного загрязнения плавки нежелательными количествами редкоземельных металлов.
2. Физическое удаление нерастворимых металлических включений методами обработки флюсом.
Успешное удаление взвешенных окисных частиц и плен флюсами позволяет обсудить вопрос возможности удаления таким же способом взвешенных металлических загрязнений.
Опыт показывает, что это происходит не всегда и наблюдаемое удаление очень незначительно. Исчерпывающие исследования, проведенные с флюсами различных типов, показали, что процесс обработки флюсами расплава с частицами, богатыми цирконием, не приводит к существенному удалению этих частиц. С другой стороны, осаждаясь, тяжелые частицы из расплава могут унести с собой на дно нежелательные взвешенные частицы. Этот принцип применялся для очистки сплавов с цирконием, значительно загрязненных хлоридами при легировании цирконием с помощью хлорцирконатов. Частицы Zr—Al, образовавшиеся в сплаве при добавке алюминия, уносили на дно взвешенные нерастворимые частицы, богатые цирконием и несущие хлоридные включения.
3. Высаживание в осадок загрязнений добавкой соответствующих элементов.
В этих процессах практической целью является добавка малого количества некоторого безвредного быстро удаляемого вещества, воздействующего на нежелательное загрязнение, которое таким образом удаляется в осадок. Может иметь место несколько механизмов:
а) добавленный металл X может снизить растворимость загрязнения 3 в магнии и высадить 3 в осадок;
б) может образоваться и выпасть в осадок нерастворимое соединение ХЗ;
в) 3 могут действовать как зародыши, на которых образуются первичные кристаллы MgX, опускающиеся вместе с ним на дно;
г) для образования зародышей, на которых выпадают в осадок 3, к плавке добавляют крупные частицы соединения XY, нерастворимого в магнии.
По видимому, существуют примеры всех этих вариантов.
Хотя во многих случаях образовавшиеся нерастворимые частицы достаточно велики и легко осаждаются, часто случается, что осаждение можно ускорить с помощью простого устройства для поддержания в верхних слоях металла более высокой температуры, чем в нижних, с целью снижения конвекции.
К высаживающим агентам и загрязнениям, которые они способны удалить, можно отнести следующие.
Магний и его сплавы высокой чистоты

Природа некоторых из этих процессов и условия их применения на практике будут рассмотрены ниже.