CN103820657A

CN103820657A - 镁合金熔体复合净化方法

Info

Publication number: CN103820657A
Application number: CN201410056777.XA
Authority: CN
Inventors: 刘文才; 吴国华; 梅俊; 张扬; 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: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: CN103820657B

Abstract

本发明公开了一种镁合金熔体复合净化方法；镁合金熔体采用精炼熔剂净化之后进行泡沫陶瓷过滤净化处理，具有镁合金熔体多级复合净化效果。在精炼熔剂高效去除镁熔体中非金属夹杂物颗粒的同时，实现了泡沫陶瓷吸附去除液态熔剂夹杂及微小夹杂的目的，大幅度提高了镁合金的品质，降低镁合金生产成本。同时，本发明的方法处理时间短，方法简单，适合实验和工业应用。

Description

镁合金熔体复合净化方法

技术领域

本发明涉及金属熔体处理技术领域，具体涉及一种镁合金熔体复合净化方法。

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。

镁合金中的杂质根据成分和结构不同，分为非金属夹杂和金属夹杂。非金属夹杂以镁的氮氧化物为主，如MgO、Mg₃N₂等；金属夹杂以Fe、Ni、Cu等为主。夹杂物一般以薄膜状、粒子状或簇状的形态残留在镁合金件的基体或晶界上。镁合金中的杂质严重地破坏镁合金的内在完整性，影响镁合金的品质，降低镁合金的性能。同时，极大地限制了其它强化手段的作用效果。众所周知，镁合金密度小，且夹杂物的密度与镁熔体的密度差小，夹杂物往往悬浮于镁熔体中，与镁熔体的分离性差。因此，镁熔体的净化难度比钢铁、铝、钢等其它金属材料大得多。

目前，精炼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ZL200510110205.6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ZL200510110204.1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。这两种精炼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。但是精炼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，对精炼熔剂成分要求严格。同时，随着汽车、航空、航天等产业对镁合金熔体质量和性能要求的提高，单独采用精炼熔剂净化仍难获得满足要求的镁合金熔体。因此，迫切需要开发一种镁合金熔体复合净化方法，使夹杂物含量降低到一定的指标并且能避免熔剂夹杂的出现，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复合净化方法，即镁合金熔体采用精炼熔剂净化后，在模具浇道口设置泡沫陶瓷过滤器实现精炼熔剂结合泡沫陶瓷过滤的多级净化方法。

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复合净化方法，所述方法包括在镁合金熔体经精炼熔剂净化之后进行泡沫陶瓷过滤净化处理的步骤。

优选地，所述方法包括如下步骤：

A、将镁合金原材料置入有SF₆/CO₂、SO₂/CO₂、CO₂/Ar、二氟甲烷HFC-32或HFC134a(即C₂H₂F₄)气体保护的熔炉中熔化；

B、在炉温升至720℃～750℃时把精炼熔剂加入镁合金熔体中进行净化处理；

C、在对镁合金熔体进行静置、扒渣去皮后于设定温度浇注到模具中，所述模具的浇道口处放置有泡沫陶瓷过滤器进行过滤净化。

优选的，静止时间为5～25分钟。

优选地，步骤A中，通SF₆/CO₂、SO₂/CO₂、CO₂/Ar、二氟甲烷HFC-32或HFC134a(即C₂H₂F₄)气体的出气口不接触镁合金熔体液面。

优选地，步骤B中，所述精炼熔剂为RJ2(2号精炼熔剂)、RJ6(6号精炼熔剂)、JDMJ(交大镁合金精炼剂)、美国Dow230、美国Dow220、德国ElrasalB或德国ElrasalC。

优选地，步骤B中，所述精炼熔剂添加量为熔体质量的0.5～5％。更优选为1～2％。

优选地，步骤C中，所述镁合金熔体在精炼熔剂净化处理结束后静置保温时间为5～25分钟，并降温至铸造温度，扒渣、去皮，陶瓷过滤后铸造成型。

优选地，步骤C中泡沫陶瓷过滤器的材质为SiC、Al₂O₃、ZrO₂或MgO，或由SiC、Al₂O₃、ZrO₂和MgO混合组成，所述混合组成中SiC、Al₂O₃、ZrO₂和MgO的质量百分比含量依次为5～15％、80～65％、5～15％、10～5％。

优选地，步骤C中泡沫陶瓷过滤器的孔径为5～30ppi(ppi为每线性英寸孔的数目)。更优选为10～30ppi。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用精炼熔剂结合泡沫陶瓷过滤等净化工艺，具有镁合金熔体多级复合净化效果；其中，泡沫陶瓷过滤器是由细密的陶瓷枝干骨架构成三维连续网状结构，其对夹杂物的捕捉有以下作用：过滤作用，在过滤器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器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以很好地滤掉合金熔体中小至10-20μm的微细夹杂物颗粒，而且能过滤掉难以去除的液态精炼熔剂夹杂。因此，采用精炼熔剂和泡沫陶瓷过滤的复合净化方法，在高效去除镁熔体中非金属夹杂物颗粒的同时，实现了泡沫陶瓷吸附去除液态熔剂夹杂及微小夹杂的目的，大幅度提高了镁合金的品质，降低镁合金生产成本。本发明的方法处理时间短，方法简单，适合实验和工业应用。

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AZ91镁合金的T6态金相组织照片；

图2为经本发明精炼熔剂结合泡沫陶瓷过滤净化方法处理AZ91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为经本发明精炼熔剂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ZK60镁合金的T6态金相组织照片；

图6为经本发明精炼熔剂结合泡沫陶瓷过滤净化方法处理ZK60镁合金的T6态金相组织照片。

具体实施方式

下面结合附图和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

本实施例涉及一种镁合金AZ91的精炼熔剂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AZ91镁合金熔化后升温到720℃加入与熔体质量比为1％精炼熔剂RJ2(2号精炼熔剂)进行净化处理。精炼结束后静置保温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10％SiC+70％Al₂O₃+10％ZrO₂+10％MgO组成，泡沫陶瓷过滤器的孔径为10ppi。

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AZ91镁合金熔化后升温到720℃加入与熔体质量比为1％精炼熔剂RJ2(2号精炼熔剂)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，经本发明精炼熔剂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，同时由拉伸力学性能测试结果可知，采用本发明净化熔体后其抗拉强度和延伸率均比传统净化方法有所提高，分别提高了20MPa和1％。

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的精炼熔剂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720℃加入与熔体质量比为1.5％精炼熔剂JDMJ(交大镁合金精炼剂)进行净化处理。精炼结束后静置保温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720℃加入与熔体质量比为1.5％精炼熔剂JDMJ(交大镁合金精炼剂)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，经本发明精炼熔剂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，同时由拉伸力学性能测试结果可知，采用本发明净化熔体后其抗拉强度和延伸率均比传统净化方法有所提高，分别提高了15MPa和1.2％。

实施例3

本实施例涉及一种传统商业镁合金ZK60的精炼熔剂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℃加入与熔体质量比为2％精炼熔剂RJ6(6号精炼熔剂)进行净化处理。精炼结束后静置保温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℃加入与熔体质量比为2％精炼熔剂RJ6(6号精炼熔剂)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5和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，经本发明精炼熔剂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，同时由拉伸力学性能测试结果可知，采用本发明净化熔体后其抗拉强度和延伸率均比传统净化方法有所提高，分别提高了25MPa和0.8％。

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

1.一种镁合金熔体复合净化方法，其特征在于，所述方法包括在镁合金熔体经精炼熔剂净化之后进行泡沫陶瓷过滤净化处理的步骤。

2.如权利要求1所述的镁合金熔体复合净化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

A、将镁合金原材料置入有SF₆/CO₂、SO₂/CO₂、CO₂/Ar、二氟甲烷或HFC134a气体保护的熔炉中熔化；

3.如权利要求2所述的镁合金熔体复合净化方法，其特征在于，步骤A中，通SF₆/CO₂、SO₂/CO₂、CO₂/Ar、二氟甲烷或HFC134a气体的出气口不接触镁合金熔体液面。

4.如权利要求2所述的镁合金熔体复合净化方法，其特征在于，步骤B中，所述精炼熔剂为RJ2、RJ6、JDMJ、Dow230、Dow220、ElrasalB或ElrasalC。

5.如权利要求2所述的镁合金熔体复合净化方法，其特征在于，步骤B中，所述精炼熔剂添加量为熔体质量的0.5～5％。

6.如权利要求2所述的镁合金熔体复合净化方法，其特征在于，步骤C中，所述静置保温时间为5～25分钟，并降温至铸造温度，进行扒渣去皮；陶瓷过滤后铸造成型。

7.如权利要求2所述的镁合金熔体复合净化方法，其特征在于，步骤C中泡沫陶瓷过滤器的材质为SiC、Al₂O₃、ZrO₂或MgO，或由SiC、Al₂O₃、ZrO₂和MgO混合组成，所述混合组成中SiC、Al₂O₃、ZrO₂和MgO的质量百分比含量依次为5～15％、80～65％、5～15％、10～5％。

8.如权利要求2所述的镁合金熔体复合净化方法，其特征在于，步骤C中泡沫陶瓷过滤器的孔径为5～30ppi。