Термодиффузионная металлизация магния

Известно, что ртуть при использовании ее в качестве легирующего компонента сплавов или при введении ее в электролит в виде растворимых солей приводит к снижению потенциала магния. Однако приготовление литых магниево-ртутных сплавов связано с большими трудностями вследствие значительной летучести ртути.

Нами исследовалась возможность приготовления магниево-ртутных сплавов методом амальгамирования с последующей термодиффузионной обработкой листового магниевого сплава МА8. Амальгама магния обладает самой высокой реакционной способностью. Она в тысячу раз быстрее разлагает воду по сравнению с амальгамами щелочных металлов, поэтому ее невозможно получить из водных растворов.

Амальгамирование магния проводилось из ртутьсодержащих растворов ледяной уксусной кислоты методом цементации. Ледяная уксусная кислота выполняет две функции: снимая с магния окисные и гидроокисные пленки, она облегчает процесс амальгамирования и, образуя на поверхности вязкую пленку, препятствует разложению амальгамы. Коррозионная устойчивость амальгамы магния в ледяной уксусной кислоте выше коррозионной устойчивости магния и мало изменяется с повышением температуры кислоты. Показано, что увеличение концентрации ртутьсодержащей соли, рост температуры раствора и продолжительности процесса повышают скорость контактного обмена.

Амальгамированный магний в 3%-ном растворе NaCl имеет низкое значение потенциала (—1,95 В), но в силу того, что амальгама неустойчива и вся ртуть находится на поверхности, потенциал быстро надает до потенциала магния.

При комнатной температуре благодаря низкой взаимной растворимости ртути и магния диффузионные процессы протекают крайне медленно, поэтому изучалось влияние температуры и продолжительности нагрева на процесс диффузии ртути в магний. Термическая обработка амальгамированного магния проводилась в герметичной печи в среде аргона при давлении 2 ати. Диффузия ртути изучалась при температурах 100, 200, 300, 400, 450° С с продолжительностью выдержки 1, 5, 10, 20 и 40 ч.

Распределение ртути по глубине образца определялось рентгеноспектральным анализом на микроанализаторе МАР-1. Послойный металлографический анализ проводился на микроскопе МИМ-7. Микроструктуры слоев были такими же, как у литых магниево-ртутных сплавов, равных по концентрации ртути. Кривые распределения ртути по глубине образца при различной температуре нагрева (выдержка 1 ч) показаны на рис. 1.

Между глубиной диффузионного слоя и температурой нагрева установлена экспоненциальная зависимость. Скорость диффузии резко возрастает при 500° С, однако при этой температуре происходит сильное коробление пластин. Вычисленный по методу Герцрикена коэффициент диффузии ртути в магний при 400° С составляет 4,8*10в-9 см2/с. Как видно из рис. 1, в этих опытах ртуть в основном сосредоточена в поверхностном слое. Для увеличения толщины ртутьсодержащего слоя амальгамированные пластины выдерживались 1, 5, 10 ч при температуре 450 С, отвечающей максимальной растворимости ртути в магнии.

При 10-часовой продолжительности нагрева происходит заметное снижение содержания ртути в поверхностном слое и концентрационная кривая распределения ртути по сечению пластины принимает плавный характер (рис. 2, кривая 3). В этом случае при двухстороннем амальгамировании листа может быть получен сплав, подобный литому, с равномерным распределением ртути.

Электрохимические свойства (потенциал и скорость саморастворения) магниево-ртутных сплавов отличаются от магния и определяются содержанием ртути в сплаве.

Данные таблицы показывают, что по величине потенциала амальгамированный и термообработанный в оптимальных условиях (450°— 10 ч) сплав, обозначенный МА8ат, близок к потенциалу Mg—Hg-сплава с 3% ртути, но благодаря уменьшению концентрации ртути по глубине листа имеет меньшую скорость саморастворения.

При наложении анодной поляризации время достижения потенциала у амальгамированного и термообработанного сплава МА8ат, изготовленного в различных условиях, разное и соответствует кривым распределения ртути по слоям в зависимости как от температуры нагрева (рис. 3, кривая 1), так и от продолжительности термообработки (рис. 3, кривая 2) Это показало, что электрохимический метод может быть использован для определения толщины ртутьсодержащего слоя.

Выводы

1. Показана возможность получения магниево-ртутного сплава с различным содержанием ртути методом амальгамирования МА8 с последующей термодиффузионной обработкой.

2. Установлена зависимость глубины диффузии ртути от температуры нагрева и продолжительности выдержки. Рассчитана скорость диффузии.

3. Показано, что изменение величины анодного потенциала во времени может служить косвенным методом определения толщины ртутьсодержащего слоя.