Магниевые сплавы и их применение¶

Магниевые сплавы — металлические сплавы на основе магния, отличающиеся наименьшей плотностью среди конструкционных металлов (около 1,74 г/см³ у чистого магния, 1,75–1,85 г/см³ у сплавов). Благодаря высокой удельной прочности, хорошей обрабатываемости и способности к литью они применяются в авиастроении, автомобилестроении, электронике и оборонной промышленности. Основные легирующие элементы — алюминий, цинк, марганец, цирконий и редкоземельные металлы.

¶История

Магний был выделен в чистом виде в 1808 году Хэмфри Дэви, а промышленное производство началось в конце XIX века. Первые конструкционные магниевые сплавы появились в Германии в 1909 году (сплавы системы Mg–Al–Zn). В годы Первой и особенно Второй мировой войны резко вырос спрос на лёгкие сплавы для авиации: из них изготавливали детали двигателей, корпуса приборов, колёсные диски. В 1940-х годах производство магния достигало сотен тысяч тонн в год. В послевоенный период интерес к сплавам снизился из-за конкуренции с алюминием, но с 1990-х годов возродился благодаря требованиям снижения массы в автомобилестроении и портативной электронике.

¶Классификация

По способу получения изделий различают:

• Литейные сплавы — обладают высокой жидкотекучестью, используются для фасонного литья (например, системы Mg–Al–Zn, Mg–Al–Mn).
• Деформируемые сплавы — обрабатываются давлением (прокатка, прессование, ковка), отличаются повышенной пластичностью (системы Mg–Zn–Zr, Mg–Mn).

По системе легирования выделяют группы:

¶Свойства

Магниевые сплавы сочетают низкую плотность с достаточно высокой удельной прочностью. Предел прочности литейных сплавов обычно составляет 150–250 МПа, деформируемых — 250–350 МПа; после упрочняющей термообработки прочность возрастает. Модуль упругости (около 45 ГПа) ниже, чем у алюминия и стали, что обеспечивает хорошее демпфирование вибраций.

К недостаткам относятся:

• пониженная коррозионная стойкость, особенно во влажной среде и при контакте с другими металлами (требуются защитные покрытия и электроизоляция);
• склонность к возгоранию стружки и мелкой пыли при нагреве;
• ограниченная пластичность при комнатной температуре у ряда литейных сплавов;
• более высокая стоимость по сравнению с алюминиевыми сплавами.

¶Применение

Основные области использования:

• Авиация и космонавтика — корпуса приборов, детали двигателей, элементы шасси, корпусные конструкции (исторически — самолёты и ракеты).
• Автомобилестроение — рулевые колёса, кронштейны, корпуса коробок передач, детали интерьера; снижение массы на 10–15 % улучшает топливную экономичность.
• Электроника — корпуса ноутбуков, фотоаппаратов, смартфонов, планшетов.
• Медицина — биодеградируемые имплантаты на основе Mg–Zn–Ca, растворяющиеся в организме.
• Оборонная и спортивная отрасль — детали оружия, элементы велосипедов, снаряжение.

¶Производство и перспективы

Магний получают электролизом расплавленных солей или термическим восстановлением (силикотермический процесс). Крупнейшие производители — Китай, обеспечивающий значительную долю мирового выпуска. Развиваются новые жаропрочные и коррозионностойкие сплавы с редкоземельными добавками, а также композиционные материалы на магниевой матрице. Ограничивающими факторами остаются стоимость, коррозия и вопросы пожаробезопасности при обработке.