Введение 5
1. Анализ литературы по проблеме исследования 7
1.1 Обзор сырья для получения металлического магния 7
1.2 Методы получения магниевых материалов 9
1.2.1 Получение магния электроосаждением из расплава 9
1.2.2 Получение магниям термическим методом 12
1.3 Магниевые покрытия 15
1.4 Электролитическое осаждение металлов 17
1.4.1 Сущность процесса электролиза и основные понятия 17
1.4.2 Осаждение металлов 24
2. Методики исследований свойств электролита и морфологии поверхности
электролитического магния 25
2.1 Методика приготовления магний содержащего электролит 25
2.2 Методика измерения вязкости электролита на программируемом
вискозиметре Брукфильда DV-II+PRO 27
2.3 Цифровой измеритель кислотности 33
2.4 Методика подготовки подложки для электроосаждения 34
2.5 Методика электроосаждения магния из водного раствора 37
2.6 Методика получения микроснимков на микроскопе JEOL JCM-6000 39
3. Результаты исследований 42
Заключение 49
Список используемых источников 50
С развитием технологий, появляются новые полимерные материалы, которые весьма успешно конкурируют с металлами, и даже вытесняют их. Тем не менее, без металлов и сплавов не сможет обойтись ни одна отрасль науки и техники, будь то медицина, сельское хозяйство, машиностроение и др. Везде необходимо эффективное применение уже существующих и разработка новых материалов.
Среди огромного многообразия металлов и сплавов есть один, особенно «модный» сегодня, благодаря сочетанию в нём множества интересных свойств: высокая прочность, термостойкость, биоинертность и это - магний. За магниевыми протезами и имплантатами стоит будущее медицины - вот, почему так важно заниматься разработками магниевых материалов. Перспективной также считается возможность применения магниевых сплавов в авиа и ракетостроении, поскольку масса магния почти в два раза меньше массы алюминия, сплавы на основе которого активно применимы сейчас в этих отраслях. Снижение веса конструкции приведёт к меньшему энергопотреблению - это экономически выгодно.
Несмотря на все вышеперечисленные положительные моменты, современное производство магния является экологически неблагополучным, поскольку, процесс сопровождается выделением в окружающую среду опасных соединений: хлора и хлорорганических соединений. Поэтому разработка альтернативных методов получения магния весьма актуальна.
Анализ научной литературы позволил сформулировать идею работы — электролитическое получение магния.
Целью работы является отработка состава электролита и методики нанесения магниевых покрытий электролитическим методом из водного раствора электролита.
Поставлены задачи:
5. Провести анализ научной литературы и патентов по теме исследования;
6. Изучить методику нанесения электролитических покрытий;
7. Подобрать состав электролита для электроосаждения магния;
8. Отработать режимы получения магниевых покрытий из подобранного состава электролита.
Работа отражает результаты исследований, связанных с взаимодействием магния с водными растворами электролитов. В качестве магний содержащего вещества было решено использовать бишофит. Бишофит ( М gC 1 2 • 6 Н2О) — магниевая соль, которая широко используется в народном хозяйстве, строительстве и в медицине.
Работа состоит из введения, трёх глав, выводов и списка литературы из 9 наименований.
В первой главе представлен литературный обзор. В нём отражается физико- химическая характеристика свойств магния, пояснены теоретические основы процессов электролитического восстановления металлов из водных растворов электролитов, а также представлен анализ публикаций по проблемам окисления, растворения и коррозии в водных средах.
Во второй главе дано представление о методиках исследования. В работе использованы классические методы исследования кинетики гетерогенных процессов с отслеживанием изменения кислотности раствора электролита и его вязкости. Третья глава посвящена обсуждению результатов эксперимента. Проанализирована морфология осаждённого покрытия, рассмотрены микроснимки, полученные на растровом сканирующем микроскопе JEOL JCM-6000. Дана экспериментальная оценка результатов осаждения магниевых покрытий. В заключении сделаны выводы по работе.
В результате проведенных исследований по теме выпускной квалификационной работы был проведен анализ научной литературы и патентов, изучены методики измерения вязкости и кислотности электролитов, изучена и освоена методика нанесения электролитических покрытий, подобраны составы электролитов для электроосаждения магния и отработаны некоторые режимы получения магниевых покрытий из подобранных составов электролитов.
В результате проведенных исследований было обнаружено, что при электроосаждении в электролитах 1 и 3 на поверхности катода не образуется магниевых осадков. Магний осаждается из электролитов 2 и 4, однако интенсивнее осаждение идет из электролита с добавлением хлорида натрия.
Проведенные эксперименты показали, что для получения на поверхности микросетки магниевых образований с использованием электролита на основе бишофита, необходимо брать концентрацию на пределе растворимости.
Результаты исследований выявили факт слабой адгезии магниевого осадка с нержавеющей сталью марки 12Х18Н10.
Таким образом, по результатам работы над темой ВКР можно сформулировать рекомендации для дальнейших исследований:
1. Проводить электроосаждение из электролита на основе бишофита с концентрацией на пределе растворимости и добавление хлорида натрия.
2. В качестве подложки не целесообразно использовать нержавеющую сталь из-за слабой адгезией с магнием.
3. Для улучшения структуры покрытия электроосаждение осуществлять при меньших перенапряжениях с увеличением времени осаждения.
1. Белогурова О. А., Гришин Н. Н., Саварина М. А. Жаростойкие бетоны на основе негидратированных магнезиальносиликатных пород. Огнеупоры и техническая керамика. 2005. № 8.
2. Бетехтин А.Г. Курс минералогии, Государственное Издательство геологической литературы, Москва, 1951, 542 с.
3. Крешкон А.П. «Основы аналитической химии» Книга вторая Издательство «Химия», М., 1965 г. [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://chem21.info/page/16910825302608013913025104418718614414 8008215190.
4. Металлургия магния и других легких металлов [Текст] : научное издание / М. А. Эйдензон. - Москва : Металлургия, 1964. - 16 с Дата последнего посещения: 12.03.20 МЕТАЛЛУРГИЯ-МАГНИЯ-И- ДРУГИХ-ЛЕГКИХ-МЕТАЛЛОВ-МОСКВА-1964^
5. Пальгова А. Ю. Обзор мировых запасов магнезиального сырья //
Молодой ученый. — 2015. — №3. — С. 193-196. — URL
https://moluch.ru/archive/83/15216/ (дата обращения: 12.03.2020).
6. Статья ООО "НИИ Электрохимия"[Электронный ресурс] Режим
доступа: https://zctc.ru/sections/magnesium_protection Дата
последнего посещения: 19.03.20
7. Щипцов В. В. и др. Высокомагнезиальные промышленные минералы и горные породы Карелии в потенциальном производстве огнеупоров и керамических материалов различного назначения //Огнеупоры и техническая керамика. - 2013. - №. 4-5. - С. 46.
8. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://helpiks.org/4-
58406.html Дата последнего посещения: 19.03.20.
9. [Электронный ресурс] //Гальванические ванны: [сайт]. - Б. м., 2015.
- URL: http://lkmprom.ru/clauses/tekhnolo giya/galvanicheske-vanny-
kak-ustroeny-galvanicheskie-va/
10. Alan Plante, Donald Peck, David Von Bargen MINERAL
IDENTIFICATION KEY II [Электронный ресурс]
//http://www.minsocam.org/MSA/collectors_corner/id/mineral_id_key
11. Bard A.J., Faulkner L.R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons; New York, NY, USA: 2001. Electrochemical Instrumentation; p. 632
12. Martin Chaplin [Электронный ресурс] // water structures and science [сайт]. - 2020. http: //www 1 .lsbu.ac. uk/water/electrolysis.html
13. Stanley Faber Dynamic Model Investigation of a Landing-gear Configuration Consisting of a Single Main Skid and a Nose Wheel NASA technical note (Том 213) National Aeronautics and Space Administration, 1960
14. Zanello P. Inorganic Electrochemistry: Theory, Practice and
Applications. Royal Society of Chemistry; London, UK: 2003. Voltammetric Techniques; p. 49