Некоторые вопросы техники безопасности при работе с новыми магниевыми сплавами

17.07.2019

В настоящее время разработаны и находят все большее применение новые магниевые сплавы, в состав которых входят иттрий, лантан, церий? неодим, литий. Говоря о вопросах техники безопасности применительно к этим сплавам, необходимо рассматривать два фактора: токсичность и пожароопасность сплава. Однако сейчас нет достаточных сведений ни по одному из названных факторов.

Некоторые сведения о токсичности рассматриваемых металлов.

Магний. Вдыхание больших количеств дыма (MgO) вызывает удушье, притупление чувствительности нервных окончаний, может вызывать рвоту. Предельно допустимая концентрация в рабочей зоне (ПДК раб. зоны) составляет 15 мг/м3.

Иттрий. Токсичное действие неизвестно, однако в США принята ПДК раб. зоны 1 мг/м3. В России ПДК раб. зоны для иттрия не установлена.

Лантан. В литературе имеются лишь ссылки, что в полиграфической промышленности при выделении пыли и дыма, содержащих лантан, отмечались жалобы на головную боль и тошноту у некоторых рабочих. ПДК раб. зоны не установлена.

Литий. Обладает сильными щелочными свойствами. Может влиять на органы желудочно-кишечного тракта, почки, центральную нервную систему и органы дыхания. Известно, что натрий снимает явления интоксикации, вызванные литием. ПДК раб. зоны 0,02 мг/м3.

Церий и неодим. Острые и хронические отравления этими элементами неизвестны; имеются лишь сведения, что многократное введение их в желудок лабораторных животных не вызывало у последних заметных изменений. ПДК раб. зоны не установлены.

Несмотря на отсутствие достаточных данных о токсичности рассмотренных элементов, при работе с ними необходимо обеспечивать условия, исключающие попадание паров и пыли металлов в зону дыхания работающих. Для этого следует использовать вентиляционные системы, применять герметичyое оборудование, автоматизировать процессы или отдельные операции технологического цикла, где происходит выделение пыли и дыма металлов.

Вторым опасным фактором при работе с магниевыми сплавами является их способность воспламеняться и гореть в атмосфере воздуха и других газов. В литературе отсутствуют сведения об исследованиях воспламеняемости магниевых сплавов, содержащих иттрий, лантан, церий, неодим, литий.

Для определения параметров воспламенения металла в компактном состоянии, а также в виде стружки и порошка, нами была создана установка и разработана методика, позволяющая достаточно надежно определять наиболее важную характеристику пожароопасности металлов — температуру самовоспламенения. Методика сводится к следующему: образец помещают в нагретую до определенной температуры печь и определяют время задержки воспламенения металла. При этом наблюдается закономерность: чем ниже температура печи, тем больше время задержки воспламенения. Для компактного образца магния марки Мг95, например, такая зависимость приведена на рис. 1. Отсюда видно, что кривая асимптотически приближается к некоторому минимальному значению температуры, при котором воспламенение возможно лишь при бесконечно большом времени задержки. Эта температура является, по определению, температурой -самовоспламенения металла.

Исследования были проведены с компактными образцами двойных сплавов систем: магний—лантан, магний—неодим, магний—церий и магний—иттрий. Эксперименты показали (рис. 2), что с увеличением содержания легирующего элемента в сплаве его температура самовоспламенения повышается. Исключение составляет сплав магния с иттрием, температура самовоспламенения которого несколько понижается при содержании иттрия в сплаве до 1%. Это отклонение можно объяснить повышенной растворимостью иттрия в твердом магнии, вызывающей изменение кристаллической решетки и, следовательно, внутренней энергии системы и приводящей к образованию легкоплавкой фазы магний—иттрий. При дальнейшем увеличении содержания иттрия температура самовоспламенения сплава повышается по аналогии с другими сплавами.

Для выявления влияния легирующего элемента на воспламеняемость магниевого сплава были проведены рентгеноспектральные исследования окисной пленки, образующейся на образцах в условиях длительной выдержки их на воздухе при повышенных температурах.

Эти исследования показали, что окисная пленка состоит из двух слоев. Слой, прилегающий к поверхности металла, состоит преимущественно из окиси легирующего элемента. Этот плотный слой предохраняет металл от дальнейшего окисления. С увеличением содержания легирующего элемента в сплаве толщина этого защитного слоя увеличивается. Внешний слой окисной пленки состоит преимущественно из окиси магния и не обладает защитными свойствами. Таким образом, повышение температуры самовоспламенения сплава магния с лантаном, неодимом, церием и иттрием при увеличении содержания легирующего элемента в сплаве объясняется в основном увеличением толщины защитного слоя окисной пленки, образующейся на металле.

Аналогичные исследования были проведены с компактными образцами, стружкой (Sуд = 60—120 см2/г) и порошком (фракция 0,1—0,4 мм) магниево-литиевых сплавов ИМВ2 и ВМД5. Отличие от предыдущей методики заключалось в том, что образец нагревали до заданной температуры в атмосфере инертного газа (гелия). По достижении образцом этой температуры инертный газ быстро заменяли воздухом. Определяли время задержки воспламенения при изотермической выдержке металла в атмосфере воздуха. Численные значения температуры самовоспламенения находили, проводя математическую обработку результатов эксперимента.

Из рис. 3, а видно, что для сплава ИМВ2 в ряду компактный образец — стружка—порошок температура самовоспламенения снижается. Так, для компактного образца сплава ИМВ2 температура самовоспламенения составила 371° С, для стружки — 319° С, для порошка — 286° С. Это объясняется тем, что в ряду компактный образец — стружка — порошок увеличивается удельная поверхность металла. Реакция взаимодействия металла с газообразным окислителем является гетерогенной, поэтому в большой степени зависит от величины поверхности контакта фаз. При большей удельной поверхности металла срыв теплового равновесия в системе металл — окислитель происходит при более низкой температуре.

Для сплава ВМД5 (рис. 3, б) сохраняется та же зависимость: для компактного образца сплава ВМД5 температура самовоспламенения составила 384° С; для стружки — 308° С.

Температура самовоспламенения порошков сплавов магния с лантаном, неодимом, церием и иттрием определяли на установке (4), которая позволяет вести эксперимент в условиях одномерного нагрева с послойной регистрацией температуры в объеме порошка. Опыты проводили с порошками четырех фракций: < 50, 50—100, 100—200 и 200—400 мкм. На рис. 4 представлены зависимости температуры самовоспламенения порошков магниевых сплавов от размеров частиц порошка при разном содержании легирующего элемента. Здесь также наблюдается повышение температуры самовоспламенения сплава при увеличении содержания легирующего элемента и при уменьшении удельной поверхности металла.

Сопоставление зависимостей (рис. 4) показывает, что температуры самовоспламенения порошков промышленных сплавов близки к значениям, полученным для двойных сплавов соответствующих систем, содержащих то же количество того же элемента. Полученные данные позволяют говорить о возможности прогнозирования пожароопасных свойств вновь создаваемых сплавов.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна