CN103820648B

CN103820648B - 镁合金熔体净化方法

Info

Publication number: CN103820648B
Application number: CN201410056780.1A
Authority: CN
Inventors: 刘文才; 吴国华; 魏广玲; 丁文江
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: CN103820648A

Abstract

本发明公开了一种镁合金熔体净化方法，包括如下步骤：先将镁合金熔体进行气体旋转喷吹净化，然后再进行泡沫陶瓷过滤净化处理，其中，气体旋转喷吹具有出色的除气能力，并且引入的惰性气体或氮气的气泡能使悬浮于镁合金熔体中的夹杂物快速上浮到熔体表面，有效去除熔体中的夹杂物特别是微小夹杂物，而之后的泡沫陶瓷过滤净化能进一步去除镁合金熔体较大的夹杂物，本发明不但大幅度提高了镁合金的品质，而且还促进了镁合金成分的均匀化，降低镁合金生产成本；同时，本方法的处理时间短，操作简单，适合实验和工业应用。

Description

镁合金熔体净化方法

技术领域

本发明属于金属熔体处理技术领域，具体涉及一种镁合金熔体净化方法。

背景技术

我国是世界上镁矿资源最富有的国家，中国工程院在2005年《我国富有资源镁及镁合金发展战略研究报告书》中指出，金属镁以其本身特有的资源、性能、环境和价格优势成为21世纪我国材料工业持续发展的必然选择。由于镁合金具有密度小、比强度和疲劳强度高、比弹性模量好以及优良的切削加工性能，使镁合金在一系列国防尖端领域及日常制造业中被广泛应用，譬如，汽车减重节能和环保的要求推动镁合金在汽车领域的大规模开发应用。随着对镁合金研究的不断深入，人们发现镁合金较低纯净度已成为制约镁合金应用的关键瓶颈之一，尤其是氧化等夹杂成为破坏力学性能和腐蚀性能的发源地。镁合金内较高的夹杂物含量不仅限制镁合金材料潜力的发挥，而且还大大降低镁合金材料的成型性能及耐蚀性。因此，有必要采取净化措施来提高镁熔体的纯净度，提升镁合金的品质。这对于促进镁合金产业发展，具有重要意义。

目前，熔剂净化工艺因除杂效率高、成本低、操作方便而成为镁合金生产中普遍采用的净化方法，其原理是利用熔剂润湿夹杂物，使夹杂物团聚并与熔剂结合形成沉淀，沉降至熔体底部。经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利申请（公开号为CN1772931A，公开日为2006年05月17日）公开了一种含镧镁合金复合净化熔剂及其生产方法，净化熔剂的化学组成除了30～50%氯化镁、15～25%氯化钠、15～25%氯化钾、2～7%氯化钙、3～7%氯化钡外，还加入了5～15%碳酸镧和5～15%四硼酸钾；而中国发明专利申请（公开号为CN1760390A，公开日为2006年04月19日）公开了一种含铈镁合金复合净化熔剂及其生产方法，净化熔剂的化学组成除了30～50%氯化镁、15～25%氯化钠、15～25%氯化钾、2～7%氯化钙、3～7%氯化钡外，还加入了5～15%碳酸铈和5～15%四硼酸钾。这两种熔剂均对镁合金熔体内的夹杂物有较强的吸附性，能有效去除镁熔体中的夹杂物。但是熔剂净化存在金属损耗增加、熔剂夹杂、不能去气等不足，尤其在熔炼稀土镁合金时，对熔剂成分要求严格。

为了弥补熔剂净化工艺的不足，人们又开发了非熔剂净化工艺，如过滤净化。泡沫陶瓷过滤器是一种高效除杂介质，它是由细密的陶瓷枝干骨架构成的三维连续网状结构。泡沫陶瓷过滤器的过滤机理比较复杂，泡沫陶瓷过滤片对夹杂物的捕捉有以下作用：过滤作用，在过滤片的各个孔洞口处阻挡夹杂物颗粒；沉淀作用，金属熔体通过过滤片时，一些很细小夹杂物颗粒即沉淀于过滤片内部的一些角落而去除；吸附作用，泡沫陶瓷过滤器内壁对固态微细夹杂或液态夹杂可吸附去除。这些机制的综合作用，可使泡沫陶瓷过滤达到极好的效果，不但可以滤掉合金熔体中小至10～20μm的微细夹杂物颗粒，而且能滤掉用一般过滤介质难以滤除的液态熔剂夹杂。

不过，镁合金的过滤净化工艺针对性强，无法同时达到既高效去杂、又除气的目的，因此，迫切需要开发一种镁合金熔体净化方法，以达到既除气又去夹杂的目的，尽可能提高镁合金的质量。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种镁合金熔体净化方法，即镁合金熔体的旋转气体喷吹结合泡沫陶瓷过滤复合净化方法，不但大幅度提高了镁合金的品质，而且还促进了镁合金成分的均匀化，降低镁合金生产成本；同时，处理时间短，操作简单。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种镁合金熔体净化方法，包括如下步骤：先将镁合金熔体进行气体旋转喷吹净化，然后再进行泡沫陶瓷过滤净化处理。

优选的，所述气体旋转喷吹净化采用旋转喷头向镁合金熔体通入惰性气体或氮气。

优选的，所述方法包括如下具体步骤：

（A）、将镁合金原材料置入有SF₆/CO₂、SO₂/CO₂、CO₂/Ar、二氟甲烷或C₂H₂F₄气体保护的熔炉中熔化；

（B）、在炉温升至720℃～750℃时，将具有旋转叶片的喷吹装置放入镁合金熔体中开始旋转并通入惰性气体或氮气进行喷吹搅拌处理；

（C）、将镁合金熔体进行静置、扒渣去皮后浇注到模具中，并在模具浇道口处放置泡沫陶瓷过滤器进行过滤净化，即可。

优选的，步骤（A）中，通SF₆/CO₂、SO₂/CO₂、CO₂/Ar、二氟甲烷或C₂H₂F₄气体的出气口不接触所述镁合金熔体液面。

优选的，步骤（B）中，所述惰性气体为氩气。

优选的，步骤（B）中，所述喷吹装置的吹头孔径为0.05～1mm，旋转的转速为0～400转/分钟。

优选的，步骤（B）中，所述喷吹的气体流速为0～10升/分钟，喷吹时间为0～60分钟。

优选的，步骤（C）中，所述静置时间为5～25分钟，并降温至铸造温度，然后再扒渣去皮，过滤净化后铸造成型。

优选的，步骤（C）中，所述泡沫陶瓷过滤器的材质为SiC或Al₂O₃或ZrO₂或MgO，或由SiC、Al₂O₃、ZrO₂和MgO混合组成，其中SiC、Al₂O₃、ZrO₂和MgO的质量百分比为（5～15%）:（80～65%）:（5～15%）:（10～5%）。

优选的，步骤（C）中，所述泡沫陶瓷过滤器的孔径为5～30ppi。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明采用气体旋转喷吹结合泡沫陶瓷过滤的净化工艺，不仅能有效地去除镁合金熔体中的夹杂物与有害氢气，具有镁合金熔体复合净化效果，大幅度提高了镁合金的品质；还促进了镁合金成分的均匀化，提高镁合金的质量，降低镁合金生产成本；同时，本发明的方法处理时间短，操作简单，可广泛适合于实验和工业的应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为仅进行精炼熔剂单独净化处理Mg-3Nd-0.2Zn-0.5Zr镁合金的T6态金相组织照片；

图2为经本发明气体旋转喷吹结合泡沫陶瓷过滤净化方法处理Mg-3Nd-0.2Zn-0.5Zr镁合金的T6态金相组织照片；

图3为仅进行精炼熔剂单独净化处理Mg-10Gd-3Y-0.5Zr镁合金的T6态金相组织照片；

图4为经本发明气体旋转喷吹结合泡沫陶瓷过滤净化方法处理Mg-10Gd-3Y-0.5Zr镁合金的T6态金相组织照片；

图5为仅进行精炼熔剂单独净化处理Mg-6Zn-0.5Zr镁合金的T6态金相组织照片；

图6为经本发明气体旋转喷吹结合泡沫陶瓷过滤净化方法处理Mg-6Zn-0.5Zr镁合金的T6态金相组织照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及一种稀土镁合金Mg-3Nd-0.2Zn-0.5Zr的气体旋转喷吹结合泡沫陶瓷过滤净化方法，具体包括如下步骤：在SF₆/CO₂或SO₂/CO₂或CO₂/Ar或二氟甲烷HFC-32或HFC134a（即C₂H₂F₄）气体保护下将Mg-3Nd-0.2Zn-0.5Zr镁合金熔化后升温到720℃时把具有旋转叶片的常规喷吹装置放入镁合金熔体中开始旋转并通入氩气或氮气，吹头孔径0.1mm，旋转喷吹转子转速为150转/分钟，吹气流量2升/分钟，喷吹气体时间为20分钟；喷吹结束后静置保温20分钟，之后降温至720℃，捞去合金液表面浮渣，然后浇注到砂型模具里，砂型模具浇道口处放置泡沫陶瓷过滤器，泡沫陶瓷过滤器的材质由5%SiC+80%Al₂O₃+5%ZrO₂+10%MgO组成，泡沫陶瓷过滤器的孔径为15ppi。

传统方法：在SF₆/CO₂或SO₂/CO₂或CO₂/Ar或二氟甲烷HFC-32或HFC134a(即C₂H₂F₄)气体保护下将Mg-3Nd-0.2Zn-0.5Zr镁合金熔化后升温到720℃加入适量精炼熔剂RJ6（6号熔剂）进行净化处理，净化结束后保温20分钟，之后降温至720℃，捞去合金液表面浮渣，然后浇注到砂型模具里。

从不同熔体处理方法处理后T6态合金的微观组织图1和图2并结合表1可以看出，相对传统的单独精炼熔剂净化方法，经本发明气体旋转喷吹结合泡沫陶瓷过滤净化方法处理的合金夹杂物更少，组织更均匀。

实施例2

本实施例涉及一种高强耐热稀土镁合金Mg-10Gd-3Y-0.5Zr的气体旋转喷吹结合泡沫陶瓷过滤净化方法，具体包括如下步骤：在SF₆/CO₂或SO₂/CO₂或CO₂/Ar或二氟甲烷HFC-32或HFC134a（即C₂H₂F₄）气体保护下将Mg-10Gd-3Y-0.5Zr镁合金熔化后升温到740℃时把具有旋转叶片的常规喷吹装置放入镁合金熔体中开始旋转并通入氩气或氮气，吹头孔径0.2mm，旋转喷吹转子转速为100转/分钟，吹气流量1升/分钟，喷吹气体时间为20分钟；喷吹结束后静置保温20分钟，之后降温至720℃，捞去合金液表面浮渣，然后浇注到砂型模具里，砂型模具浇道口处放置泡沫陶瓷过滤器，泡沫陶瓷过滤器的材质为Al₂O₃，泡沫陶瓷过滤器的孔径为20ppi。

传统方法：在SF₆/CO₂或SO₂/CO₂或CO₂/Ar或二氟甲烷HFC-32或HFC134a(即C₂H₂F₄)气体保护下将Mg-10Gd-3Y-0.5Zr镁合金熔化后升温到740℃加入适量精炼熔剂RJ6（6号熔剂）进行净化处理，净化结束后保温20分钟，之后降温至720℃，捞去合金液表面浮渣，然后浇注到砂型模具里。

从不同熔体处理方法处理后T6态合金的微观组织图3和图4并结合表1可以看出，相对传统的单独精炼熔剂净化方法，经本发明气体旋转喷吹结合泡沫陶瓷过滤净化方法处理的合金夹杂物更少，组织更均匀。

实施例3

本实施例涉及一种传统商业镁合金ZK60的气体旋转喷吹结合泡沫陶瓷过滤净化方法，具体包括如下步骤：在SF₆/CO₂或SO₂/CO₂或CO₂/Ar或二氟甲烷HFC-32或HFC134a（即C₂H₂F₄）气体保护下将ZK60镁合金熔化后升温到720℃时把具有旋转叶片的常规喷吹装置放入镁合金熔体中开始旋转并通入氩气或氮气，吹头孔径0.2mm，旋转喷吹转子转速为200转/分钟，吹气流量2.5升/分钟，喷吹气体时间为10分钟；喷吹结束后静置保温20分钟，之后降温至700℃，捞去合金液表面浮渣，然后浇注到砂型模具里，砂型模具浇道口处放置泡沫陶瓷过滤器，泡沫陶瓷过滤器的材质为MgO，泡沫陶瓷过滤器的孔径为30ppi。

传统方法：在SF₆/CO₂或SO₂/CO₂或CO₂/Ar或二氟甲烷HFC-32或HFC134a(即C₂H₂F₄)气体保护下将ZK60镁合金熔化后升温到720℃加入适量精炼熔剂RJ6（6号熔剂）进行净化处理，净化结束后保温20分钟，之后降温至700℃，捞去合金液表面浮渣，然后浇注到砂型模具里。

从不同熔体处理方法处理后T6态合金的微观组织图5和图6并结合表1可以看出，相对传统的单独精炼熔剂净化方法，经本发明气体旋转喷吹结合泡沫陶瓷过滤净化方法处理的合金夹杂物更少，组织更均匀。

表1

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种镁合金熔体净化方法，其特征在于，包括如下步骤：先将镁合金熔体进行气体旋转喷吹净化，然后再进行泡沫陶瓷过滤净化处理；

所述气体旋转喷吹净化采用旋转喷头向镁合金熔体通入惰性气体或氮气；

包括如下具体步骤：

(A)、将镁合金原材料置入有SF₆/CO₂、SO₂/CO₂、CO₂/Ar、二氟甲烷或C₂H₂F₄气体保护的熔炉中熔化；

(B)、在炉温升至720℃～750℃时，将具有旋转叶片的喷吹装置放入镁合金熔体中开始旋转并通入惰性气体或氮气进行喷吹搅拌处理；

(C)、将镁合金熔体进行静置、扒渣去皮后浇注到模具中，并在模具浇道口处放置泡沫陶瓷过滤器进行过滤净化，即可；

步骤(C)中，所述泡沫陶瓷过滤器的材质为SiC或Al₂O₃或ZrO₂或MgO，或由SiC、Al₂O₃、ZrO₂和MgO混合组成，其中SiC、Al₂O₃、ZrO₂和MgO的质量百分比为(5～15％):(80～65％):(5～15％):(10～5％)；

步骤(A)中，通SF₆/CO₂、SO₂/CO₂、CO₂/Ar、二氟甲烷或C₂H₂F₄气体的出气口不接触所述镁合金熔体液面；

步骤(B)中，所述喷吹装置的吹头孔径为0.05～1mm，旋转的转速为0～400转/分钟；

步骤(B)中，所述喷吹的气体流速为0～10升/分钟，喷吹时间为0～60分钟。

2.如权利要求1所述的镁合金熔体净化方法，其特征在于，步骤(B)中，所述惰性气体为氩气。

3.如权利要求1所述的镁合金熔体净化方法，其特征在于，步骤(C)中，所述静置时间为5～25分钟，并降温至铸造温度，然后再扒渣去皮，过滤净化后铸造成型。

4.如权利要求1所述的镁合金熔体净化方法，其特征在于，步骤(C)中，所述泡沫陶瓷过滤器的孔径为5-30ppi。