Магний: Свойства и применение элемента

Описание

Магний - химический элемент с символом Mg и атомным номером 12. Это легкий серебристо-белый металл, необходимый как для биологических процессов, так и для современной промышленности.

Знакомство с элементом

Магний - восьмой по распространенности элемент в земной коре и третий по количеству растворенных в морской воде минералов. Он не встречается в природе в чистом виде, но содержится в таких минералах, как доломит, магнезит и карналлит. В биологических системах магний является кофактором в более чем 300 ферментативных реакциях и имеет решающее значение для синтеза ДНК, работы мышц и нервной передачи.

В промышленности магний ценится как самый легкий конструкционный металл - его плотность примерно в четверть меньше плотности стали и в две трети меньше плотности алюминия. Сочетание низкой плотности, высокой удельной прочности и хорошей обрабатываемости делает его незаменимым в тех областях, где снижение веса является приоритетом.

Химические свойства

Магний химически реактивен, особенно с кислородом и водой. При контакте с воздухом он образует тонкий защитный оксидный слой, который предотвращает дальнейшую коррозию при нормальных условиях. Однако в мелкодисперсном виде (порошок или лента) он легко воспламеняется и горит интенсивным белым пламенем - это свойство используется в фейерверках и ракетах.

Магний медленно реагирует с холодной водой, но бурно - с горячей водой или паром, выделяя газообразный водород. Он также легко растворяется в минеральных кислотах с заметным выделением водорода. Будучи щелочноземельным металлом, магний обладает относительно низкой энергией ионизации и в своих соединениях обычно имеет степень окисления +2.

Таблица данных физических свойств

Общие области применения в промышленности

Автомобильная промышленность
Магниевые сплавы используются в сердечниках рулевых колес, каркасах сидений, опорах приборной панели и корпусах трансмиссий. Замена алюминия магнием позволяет снизить вес компонентов на 25-35 %, что становится все более ценным для аккумуляторов электромобилей. BMW, Audi и Ford используют магниевые компоненты в серийных автомобилях уже несколько десятилетий.

Аэрокосмическая промышленность
Корпуса трансмиссий вертолетов, коробки передач двигателей и оперение ракет. Снижение веса имеет решающее значение в аэрокосмической отрасли, а магний обеспечивает наилучшее соотношение прочности и веса среди распространенных конструкционных металлов. Детали обычно защищаются покрытиями для решения проблемы коррозии.

Потребительская электроника
Корпуса ноутбуков, фотоаппаратов и смартфонов. Магниевые сплавы обеспечивают жесткость, защиту от электромагнитных помех и рассеивание тепла, сохраняя при этом легкость устройств. Функция "магниевый корпус" в электронике премиум-класса является прямым результатом этих свойств.

Другие области применения

• Жертвенные аноды: Защита стальных конструкций (трубопроводов, судов, водонагревателей) от коррозии

• Пиротехника: Магниевый порошок в фейерверках, сигнальных ракетах и военных осветительных приборах.

• Металлургия: Нодуляризатор при производстве ковкого чугуна; восстановитель при добыче титана и урана

• Химическая обработка: Реагенты Гриньяра в органическом синтезе

Доступные формы от Stanford Advanced Materials

Stanford Advanced Materials поставляет магний и магниевые сплавы в различных формах для научных исследований и промышленного применения:

• Магниевые слитки: Чистота 99,8% - 99,99%

• Магниевый порошок: от -20 до -325 меш, а также частицы нестандартных размеров

• Магниевые сплавы: AZ31, AZ61, AZ91, ZK60, а также композиции на заказ

• Обработанные формы: Листы, пластины, стержни и нестандартные формы по чертежу

Вся продукция поставляется с сертифицированным анализом состава. [Свяжитесь с нами] для получения спецификаций, цен или технических вопросов.

Методы подготовки

Коммерческое производство магния осуществляется двумя основными способами:

Электролиз составляет около 75 % мирового производства. Хлорид магния, полученный из морской воды, рассола или соленых озер, расплавляют и подвергают электролизу, получая расплавленный магний и газообразный хлор.

Термическое восстановление (процесс Пиджона) используется в основном в Китае. Кальцинированный доломит смешивают с ферросилицием и нагревают под вакуумом. Магний испаряется и конденсируется в виде кристаллов чистого металла, которые затем расплавляются и отливаются.

Часто задаваемые вопросы

В: Каковы основные преимущества магния перед алюминием?
О: Магний примерно на 33 % легче алюминия, что обеспечивает лучшее соотношение прочности и веса. Он также обладает лучшей демпфирующей способностью (поглощение вибраций) и легче поддается обработке. Однако алюминий, как правило, обладает лучшей коррозионной стойкостью и стоит дешевле.

В: Как магний подвергается коррозии и как его защитить?
О: Магний подвержен гальванической коррозии при контакте с более благородными металлами. Методы защиты включают: хроматные конверсионные покрытия, анодирование, покраску и избегание прямого контакта с разнородными металлами. Высокочистые сплавы также обладают повышенной коррозионной стойкостью.

В: Какие магниевые сплавы наиболее распространены?
О: AZ31 (листы и плиты), AZ61 (экструзия), AZ91 (литье под давлением) и ZK60 (высокопрочные применения). Каждый из них обеспечивает различное соотношение прочности, пластичности и коррозионной стойкости.

В: Безопасен ли магний в обращении и обработке?
О: Магний в сыпучем виде безопасен, но мелкая стружка и пыль легко воспламеняются. Обработка требует правильного удаления стружки, острых инструментов и отказа от охлаждающих жидкостей на водной основе (они могут вступать в реакцию). Огнетушители должны быть класса D для металлических пожаров.

В: Какие уровни чистоты вы предлагаете?
О: Мы поставляем магний чистотой 99,8 % (2N8), 99,9 % (3N) и 99,99 % (4N), с предоставлением анализа на содержание микроэлементов. Для исследовательских целей доступны продукты более высокой чистоты.

В: Можете ли вы поставлять сплавы магния по индивидуальным заказам?
О: Да. Мы сотрудничаем с клиентами для производства небольших и средних партий сплавов на заказ для научно-исследовательских и специализированных применений. Минимальные количества зависят от состава и формы.

В: Как следует хранить магний?
О: Хранить в сухом месте, вдали от влаги и несовместимых материалов (кислот, окислителей). Порошок и мелкую стружку следует хранить в герметичных контейнерах с инертной атмосферой, если это возможно. Сыпучие слитки и обработанные детали стабильны при нормальных условиях.