4.2.2. Защитные атмосферы для магниевых сплавов
На ряде отечественных и зарубежных заводов успешно внедрена технология бесфлюсовой плавки магниевых сплавов с использованием защитных атмосфер из аргона, азота, углекислого и сернистого газов в герметичных закрытых печах. Из них только аргон не реагирует с магнием. Углекислый и сернистый газы (CO2, SO2) являются окислителями, но менее активными, чем кислород. Так, например, при использовании SO2 на поверхности сплава протекают следующие реакции:
3Mg + SO2 → 2 MgO + MgS′,
MgS′ + SO2 → MgSO4 + S2,
MgSO4 + MgO ↔ SO2 + O,
Mg + O ↔ MgO
4Мg + 2SO2 ↔ 4MgO + S2
Вторая и третья реакции протекают не полностью. В результате на поверхности спокойной ванны образуется плотная пленка, содержащая из MgS′ и MgSO4 и защищающая сплав от интенсивного горения. Однако такая атмосфера не предотвращает образование шлаков на поверхности ванны. При их удалении происходят вспышки магния. Кроме того, применение требует надежной вытяжной вентиляции.
Двуокись углерода CO2 дает неплохие результаты, если ее концентрация в атмосфере превышает 90 %.
Азот технической чистоты частично взаимодействует с магнием и примесями в сплаве. Происходит засорение расплава нитридами.
Аргон обеспечивает более полную защиту, чем другие газы, но требуется герметизация печи, чтобы уменьшить его потери, к тому же он не исключает испарения магния.
Удовлетворительные результаты принесло введение малых добавок SO2, BF3 и SF6 к защитным газам или непосредственно в воздух. Ввод до 0,1 % этих веществ в атмосферу CO2 повышает выход годного до 96 – 99 %. Аналогичные добавки к аргону уменьшают испарение магния. Особо эффективно применение шестифтористой серы (элегаза). Она в пять раз тяжелее воздуха, поэтому равномерно распределяется над ванной и создает надежный защитный спой, содержащий фториды магния. Расход SF6 составляет 1 л/час, что соответствует концентрации в воздухе 0,1 %. Элегаз – это нетоксичный газ без запаха и цвета. Молекулярное строение близко к инертным газам, чем и объясняются высокие защитные свойства. На поверхности магниевого расплава элегаз вступает с ним в химическое взаимодействие по реакции
5 Mg + SF6 = Mg2S + 3 MgF2 ,
продукты которой образуют плотную пленку, предохраняющую жидкий металл от окисления.
Схема подачи элегаза к печи СМТ - 0,1 приведена на рис. 22. Печь должна иметь герметичную крышку.
Рис. 22. Схема подачи элегаза:1 – крышка тигля, 2 – подводящая трубка, 3 – ротаметр, 4 – игольчатый вентиль, 5 – редуктор, 6 – баллон.
Производственное опробование элегаза на заводе им. Дзержинского (г. Пермь) показало, что отливки имели более светлую поверхность по сравнению с отливками, полученными с защитой из ВИ2 и практически не были подвержены коррозии. Механические свойства сплава МЛ5 остались без изменения.
Основной причиной коррозионного разрушения магниевых сплавов при эксплуатации являются шлаковые включения хлористых флюсов. Главным достоинством защитных атмосфер и является существенное повышение коррозионной стойкости отливок.