CN101338378A - 废弃镁合金零件重熔铸造获得镁合金锭的工艺 - Google Patents

Abstract

废弃镁合金零件重熔铸造获得镁合金锭的工艺。本发明针对表面涂装过的废弃的镁合金零件，采用机械抛丸打磨去除表面涂装，然后重新熔化镁合金零件，进行精炼处理，最终浇注获得镁合金铸锭的工艺，对废弃的镁合金进行了回收。本发明采用抛丸处理和碱液清洗同时对废弃的镁合金零件表面进行了预处理，去除了表面的油漆、油污等涂装，保证了后续重新熔炼过程的顺利进行，保证了回收后镁锭的纯度。采用本发明获得的镁合金锭，成分均匀，成分偏差在2％以内，杂质含量低于0.3％，达到国家标准要求，可以被再次作为回收的镁合金锭进行使用。

Description

废弃镁合金零件重熔铸造获得镁合金锭的工艺

技术领域

本发明涉及一种镁合金废弃零件回收后，重新熔化铸造获得可循环使用的镁合金铸锭的工艺，属于金属材料回收及熔炼、铸造加工领域。

背景技术

镁合金具有强度高、减震性能好、电磁屏蔽性能好、散热性好、易加工、可回收的优点，广泛用于航天航空、汽车、3C产品、电动工具、光学设备和体育用品等多个领域，由于具有可回收性，镁合金被称为21世纪的“绿色材料”。目前随着全球制造业的轻量化、低能耗、低污染的发展，镁合金零部件取代塑料、铝合金甚至钢制零件在广泛应用。

随着镁合金应用领域的扩大，因正常使用寿命中止而报废的镁合金产品也越来越多，2005年中国报废的镁合金产品为10000吨/年。镁合金从原料到成品，合格率在30％左右，废料主要包括产品废品、浇道、冒口、飞边、边角料等，进行镁合金产品回收处理，对于减少环境污染、节约能源、降低镁合金成本、延长镁合金使用周期具有重要意义。

从经济角度看，回收报废的镁合金产品带来显著的效益。由于镁合金的熔化潜热比铝合金低很多，对镁合金的回收所消耗的能量比回收铝合金消耗的能量要少很多。就镁合金本身而言，生产一次新镁合金需要的能量至少是35KWh/kg，而由废料重熔再生镁合金仅需要3KWh/kg，降低1个数量级以上。

目前，镁合金废料的分类为以下6级。其中第1、2级废料氧化物和表面污染物少，直接在零件制造的生产线上就可回收。4～6级废料体积小，容易燃烧，回收分类和重熔再生都比较困难，目前基本上不进行回收，重点在于第3类废料，主要是生产的产品经过使用后，零件到达一定寿命后报废后需要进行回收。

级别	清洁废料
		1A	高级清洁废料：废铸件、饼形废料
1B	大表面积的清洁废料：薄壁压铸件
		2	含有Fe和Al的清洁废料，未被Cu、Zr污染(如果污染需要做为特殊情况)
3	表面涂装过的废料：含有Al或Fe的废料；不含Al或Fe的废

	料；未被Cu、Zr污染(如果污染需要做为特殊情况)
		4	有污染的金属废料：被油、水污染，或者含硅污染物(如砂粒)、铝、铜和不含硅的垃圾
5A	碎片、碎屑和切削片：清洁、干燥、无污染
		5B	碎片、碎屑和切削片：被油、水污染
6A6B	不含熔剂的残渣：坩锅浮渣含熔剂的残渣：坩锅淤渣、沉渣

但是，目前废弃的镁合金零部件回收没有稳定的回收工艺，原因是镁合金容易燃烧，在废镁合金零件回收时容易氧化无法得到金属镁。回收后的镁合金锭要求杂质含量要低，必须在回收过程中进行精炼净化处理，才能避免原来废弃的零件中的螺钉等装配件中铁杂质的影响。

此外，表面涂装过的报废镁合金零件是所有镁合金废料中最难回收的一类，回收过程最复杂。这是因为镁合金零件在使用时都经过表面阳极氧化处理、化学表面处理、电镀、表面涂装(油漆)，废镁零件中不仅含有油、水等污染物，而且有机涂料含量高，分离困难，回收时会产生大量气体。

发明内容

针对表面涂装过的到达使用寿命后报废的镁合金零件，本发明提供一种重新熔化铸造的回收工艺，可以有效清除废弃的镁合金零件表面上的涂装，获得高质量的镁合金重熔铸锭，铸锭成分偏差在2％以内，杂质含量低于0.3％，达到国家标准要求，可以重新作为镁合金锭使用。

本发明针对表面涂装过的废弃的镁合金零件，采用机械抛丸打磨去除表面涂装，然后重新熔化镁合金零件，进行精炼处理，最终浇注获得镁合金铸锭的工艺，对废弃的镁合金进行了回收。回收后的镁合金铸锭经成分分析，成分偏差在2％以内，可以被重新使用。

废弃镁合金零件重熔铸造获得镁合金锭的工艺，根据需回收的各种镁合金零件形状和表面状态的不同，首先需要对其进行表面处理，表面处理采用机械抛丸和NaOH碱液浸泡的方式。首先采用旋转式抛丸设备，将镁合金零件和直径为3～5mm的钢丸一同在密闭的设备内进行旋转抛丸处理。抛丸处理时间30～40分钟，然后取出镁合金零件。经过抛丸处理后的镁合金零件，表面的油污、油漆、涂层被打破或者去除，采用重量百分浓度为15％～20％的NaOH水溶液，在60℃～70℃浸泡20～30分钟，去除油漆后，再用清水漂洗2次，烘干后备用。

将经过碱液表面清洗的镁合金废料，按以下步骤进行熔炼和浇注。

采用坩锅电阻炉进行熔炼，可以比较准确的控制熔炼温度，避免电炉局部温度过高造成镁废料的局部氧化和燃烧；

将坩锅预热至700℃，此时坩锅呈现暗红色，在坩锅壁和底部撒上镁合金熔剂；将经预热到300℃～400℃的镁合金废料加入到坩锅中，第一次加入镁合金废料的量不宜过多，一般以加入了坩锅体积的1/3为宜。废料加入后在废料表面各处撒上熔剂，盖好炉门，升温熔炼；

在熔炼过程中，约每隔5～10分钟打开炉门观察熔化情况，如果不出现着火的火星，则马山关闭炉门避免更多新鲜空气进入炉中造成氧化。如果出现镁氧化燃烧的情况，则针对氧化处撒熔剂灭火；

熔炼温度控制在700℃～720℃，待第一次加入的废料完全熔化成液体后，再缓慢的加入新的固体废料，加入量以液体逐渐凝固为准，撒上一层熔剂后，盖上炉门进行熔炼；

待一炉废料完全熔化后，调整合金液体温度为700℃～720℃，进行搅拌，搅拌时，应避免破坏表面的熔剂阻燃层；搅拌时，一边搅拌一边加入精炼用熔剂，搅拌时间为15～30分钟为宜；完全搅拌后，如果表面渣过多，可进行除渣，使用漏勺扒出熔渣，重新撒上新的熔剂；搅拌后熔体静置15～30分钟，熔体温度控制在690℃～720℃。

将合金液浇入预先预热到200℃的铸型中，在浇注过程中，对浇包内合金液和铸型内合金液同时进行撒硫磺+硼酸的混合粉，避免燃烧；

浇注完成后就得到回收的镁合金铸锭。

烘烤浇包。浇包应该在其他的炉子中预热至亮红色，一般应当和熔体的温度接近；

洗涤浇包。浇包要在事先熔化的熔剂的坩锅内洗涤，然后在浇注前取出，滴净熔剂；

舀取合金液。用浇包的底推开合金液表面上的熔剂层，用浇包的宽口平稳的流入合金液，舀取合金液；

舀出合金液后，应该在浇包上撒硫磺+硼酸的混合粉，避免合金液燃烧。

所述硫磺与硼酸的混合粉混合重量比为2～2.5∶1；

所述废弃镁合金是指表面涂装过的镁合金。

本发明采用抛丸处理和碱液清洗同时对废弃的镁合金零件表面进行了预处理，去除了表面的油漆、油污等涂装，保证了后续重新熔炼过程的顺利进行，保证了回收后镁锭的纯度。

本发明采用高温重新熔化、铸造工艺获得了镁合金锭，该合金锭成分均匀，成分偏差在2％以内，杂质含量低于0.3％，达到国家标准要求，可以被再次作为回收的镁合金锭进行使用。本发明简单有效，可以容易的在工厂中实现生产。

附图说明

图1：进行镁合金表面抛丸处理的设备照片；

图2：回收的各种镁合金零件形状；

图3：重熔后获得的镁合金铸锭。

具体实施方式

实施例1：

首先采用旋转式抛丸设备，将镁合金零件和直径为3mm的钢丸一同在密闭的设备内进行旋转抛丸处理。抛丸处理时间30分钟，然后取出镁合金零件。

经过抛丸后处理后的镁合金零件，使用15％NaOH的水溶液，采用电加热至60℃浸泡20分钟，再用清水漂洗2次，烘干。

将经过抛丸和表面清洗的镁合金废料，采用坩锅电阻炉进行熔炼，将坩锅预热至700℃，此时坩锅呈现暗红色，在坩锅壁和底部撒上少量的镁合金熔剂，第一次加入镁合金废料到坩锅体积的1/3左右。废料加入后在废料表面各处撒上熔剂，盖好炉门，升温熔化；在熔化过程中，如果出现镁氧化燃烧的情况，则针对氧化处撒熔剂灭火。熔化温度控制在720℃，待第一次加入的废料完全熔化成液体后，再缓慢的加入新的固体废料，加入量以液体逐渐凝固为准。待一炉废料完全熔化后，将温度调整到合金液体温度为700℃，进行搅拌，一边搅拌，一边加入精炼剂，搅拌时间为15分钟，搅拌后，熔体静置15分钟，熔体温度控制在690℃。使用浇包舀取合金液。用浇包的底推开合金液表面上的熔剂层，用浇包的宽口平稳的流入合金液，舀取合金液；舀出合金液后，应该在浇包上撒硫磺+硼酸的混合粉，出现蓝色的火焰，避免合金液燃烧；将合金液浇入预先预热到200℃左右的铸型中，浇注完成后就得到回收的镁合金铸锭。

实施例2：

首先采用旋转式抛丸设备，将镁合金零件和直径为5mm的钢丸一同在密闭的设备内进行旋转抛丸处理。抛丸处理时间40分钟，然后取出镁合金零件。

经过抛丸后处理后的镁合金零件，使用20％NaOH的水溶液，采用电加热至70℃浸泡30分钟，再用清水漂洗2次，烘干。

将经过抛丸和表面清洗的镁合金废料，采用坩锅电阻炉进行熔炼，将坩锅预热至700℃，此时坩锅呈现暗红色，在坩锅壁和底部撒上少量的镁合金熔剂，第一次加入镁合金废料到坩锅体积的1/3左右。废料加入后在废料表面各处撒上熔剂，盖好炉门，升温熔化；在熔化过程中，如果出现镁氧化燃烧的情况，则针对氧化处撒熔剂灭火。熔化温度控制在720℃，待第一次加入的废料完全熔化成液体后，再缓慢的加入新的固体废料，加入量以液体逐渐凝固为准。待一炉废料完全熔化后，将温度调整到合金液体温度为720℃，进行搅拌，一边搅拌，一边加入精炼剂，搅拌时间为30分钟，搅拌后，熔体静置30分钟，熔体温度控制在720℃。使用浇包舀取合金液。用浇包的底推开合金液表面上的熔剂层，用浇包的宽口平稳的流入合金液，舀取合金液；舀出合金液后，应该在浇包上撒硫磺+硼酸的混合粉，出现蓝色的火焰，避免合金液燃烧；将合金液浇入预先预热到200℃左右的铸型中，浇注完成后就得到回收的镁合金铸锭。

Claims (5)

1.废弃镁合金零件重熔铸造获得镁合金锭的工艺，其特征在于：针对表面涂装过的废弃的镁合金零件，采用机械抛丸打磨去除表面涂装，通过碱液表面清洗，熔炼和浇注获得镁合金铸锭。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述机械抛丸打磨过程为：将废弃镁合金零件和直径为3～5mm的钢丸一同在密闭的设备内进行旋转抛丸处理，抛丸处理时间30～40分钟。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述碱液表面清洗过程为：采用重量百分浓度为15％～20％的NaOH水溶液，在60℃～70℃浸泡经打磨的废弃镁合金零件，浸泡时间为20～30分钟，再用清水漂洗2次。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述熔炼过程为：将坩锅预热至700℃，在坩锅壁和底部撒上镁合金熔剂；将经预热到300℃～400℃的废弃镁合金零件加入到坩锅中，第一次加入量为坩锅体积的1/3，在表面各处撒上熔剂；熔炼温度控制在700℃～720℃，待第一次加入的合金零件完全熔化成液体后，再缓慢的加入新的固体废料，加入量以液体逐渐凝固为准，撒上一层熔剂后，盖上炉门进行熔炼；待一炉废料完全熔化后，调整合金液体温度为700℃～720℃，进行搅拌，搅拌时，一边搅拌一边加入精炼用熔剂，搅拌时间为15～30分钟；搅拌后熔体静置15～30分钟，熔体温度控制在690℃～720℃。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述浇注过程为：将熔炼后熔体采用浇包浇入预先预热到200℃的铸型中，在浇注过程中，对浇包内合金液和铸型内合金液同时进行撒硫磺+硼酸的混合粉，硫磺+硼酸的混合粉的混合重量比为2～2.5∶1，浇注完成后就得到回收的镁合金铸锭。

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