CN106011512B

CN106011512B - 镁合金熔体四级净化技术

Info

Publication number: CN106011512B
Application number: CN201610435690.2A
Authority: CN
Inventors: 黎小辉; 郑开宏; 甘春雷; 徐静; 农登
Original assignee: Guangdong Institute of Materials and Processing
Current assignee: Institute of New Materials of Guangdong Academy of Sciences
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2036-06-17
Also published as: CN106011512A

Abstract

一种镁合金熔体四级净化方法。由以下步骤组成：一级净化：在氩气保护下，将净化熔剂加入镁锭或镁中间合金熔体中精炼，除去熔体中的气体与非金属夹杂物；二级净化：在中间包内采用旋转喷头喷吹Ar/N₂混合气体，除去中间包内镁合金熔体中所含气体；三级净化：在熔炉出液口进入流槽前通过泡沫陶瓷过滤器，对流出的镁液过滤除气除渣；四级净化：在浇铸保温炉内吹入氩气，并向炉内添加净化熔剂进行二次精炼及除渣。本发明可更有效地排出和除去镁合金熔液中的夹杂、夹渣及有害气体，提高镁合金熔液的纯净度，工艺过程简单，容易操作，对不同合金系的适应性好，有利于推广应用，净化过程环保，不产生新的污染。

Description

镁合金熔体四级净化技术

技术领域

本发明涉及镁合金熔体净化方法，具体而言为涉及一种通过四级净化对镁合金熔体进行净化处理技术，属于金属材料及冶金技术领域。

背景技术

镁是一种非常活泼的金属，与氧的亲和力很大，因此镁及镁合金在熔炼过程中极易受周围环境介质的影响形成较为疏松的氧化膜，进而影响熔体品质，导致铸锭、铸件产生气孔、夹杂、夹渣、缩孔、疏松、裂纹、晶粒粗大、偏析等缺陷。镁合金熔体净化处理是生产高品质镁铸件的基本保证措施之一，也是提高镁合金制品综合性能的重要手段。

镁合金熔体净化处理按所处理的生产环节不同，分为炉内处理和炉外处理两大类。镁合金熔体炉内净化技术又可分为吸附净化处理技术和非吸附净化处理技术。前者主要有惰性气体吹洗、活性气体吹洗、混合气体吹洗、熔剂精炼法、电熔剂净化等；后者主要有真空净化处理法、超声波净化处理法、电磁净化处理法等。

CN103667755A公开了一种稀土镁合金熔炼及纯净化方法，采用了熔剂净化和氧化镁陶瓷过滤二级净化方法，对WE54稀土镁合金熔体进行纯净化。中国发明专利ZL201110273525.9公开了一种无熔剂镁合金纯净化方法，即对镁合金液进行降温重熔处理，可在较低温度条件下有效降低镁合金中Fe杂质含量，显著提高镁合金材料的纯度与性能。中国发明专利ZL201010551377.8公开了一种镁合金熔体净化方法，即采用动态多孔陶瓷原位过滤进行镁合金熔体净化。利用泡沫陶瓷过滤、粘附特性，将镁合金熔体中的固体夹杂物和气体去除，从而使镁合金熔体得以净化。上述几种熔体净化方法采用其中的一种或两种方法进行镁合金熔体净化，因此，其净化效果相当有限，难以满足高品质镁合金制品对镁熔体质量的要求。

研究表明在镁合金的所有夹杂物中，氧化镁占80%以上，且主要分布形态为薄膜状和颗粒状。在镁合金精炼过程中必须采用熔剂保护或SF₆/CO₂气体保护。熔剂保护容易给镁合金熔体带来新的杂质元素；SF₆气体保护容易造成空气污染，形成温室气体。更严重的是在精炼过程中镁及添加的其他合金化元素的蒸发使合金成分偏离目标值，从而影响到材料的主要性能指标。净化熔剂除渣过程是利用气泡上浮过程对合金熔体中的固体夹杂物的粘附和上浮作用实现的，夹杂物的上浮速度直接受净化熔剂性能的影响。另外可采取泡沫陶瓷过滤净化和惰性气体底吹精炼、除气相结合的方式进一步提高镁合金熔体的品质，降低夹杂物含量和气体含量。

综上所述，迫切需要开发一种镁合金熔体净化处理技术，有效结合熔剂保护和气体保护的优点，并辅以泡沫陶瓷过滤净化和惰性气体底吹精炼在清除镁合金熔体中夹杂物的同时保证合金成分。本发明将集成上述四种熔体净化技术的优点，与现有的单一、两种或三种熔体净化方法相比，可大幅提高镁合金产品的品质，并有效减少对环境的污染。

发明内容

本发明的目的在于针对现有镁合金熔体净化技术存在的不足，提供一种镁合金熔体四级净化处理方法。本发明集气体保护、泡沫陶瓷过滤、旋转吹气净化、熔剂净化于一体，可大幅度提高镁合金熔体的纯净度。熔剂净化和气体保护旨在隔绝合金在熔炼过程中的空气避免产生大量的氧化夹杂，因其成本低、操作简便、效果好而被广泛采用。泡沫陶瓷过滤则是利用泡沫陶瓷的过滤和粘附特性，将镁合金熔体中的固体夹杂物、熔剂夹杂和气体去除，从而实现合金熔体净化。通过引入惰性气体，在合金熔体内部形成气泡，熔体中的氢在分压差的作用下扩散进气泡中，并随气泡的上浮而被排除，达到除气的目的。气泡在上浮的过程中还能吸附部分氧化夹杂，起到除杂的作用。

为实现上述目的，本发明所述四级净化处理方法由以下步骤组成：

一级净化：在氩气保护下，将净化熔剂加入到镁合金熔体中精炼，除去熔体中的气体与非金属夹杂物；

二级净化：在中间包内采用旋转喷头喷吹Ar/N₂混合气体，除去中间包内镁合金熔体中所含气体；

三级净化：在熔炉出液口进入流槽前通过泡沫陶瓷过滤器，对流出的镁液过滤除气除渣；

四级净化：在浇铸保温炉内吹入氩气，并向炉内添加净化熔剂进行二次精炼及除渣。

所述净化熔剂的成分及百分质量为：10~35%氯化钾、2~10%氟化钙、1~10%氯化钡，1~10%四氯化锆，2~10%冰晶石，余量为氯化镁。净化熔剂的添加量为镁合金熔体质量的0.2~0.5%，精炼温度为720~760^oC。

所述旋转喷头为多孔陶瓷其孔径为0.05~0.5mm，转子转速为200~1200转/分钟，喷吹压力为0.15~0.35MPa，氩气与氮气比例为1:1，吹气后的熔体静置15~30分钟。

所述泡沫陶瓷过滤器以氧化镁为基础材料制作而成，过滤器的孔隙相互贯通，孔径为5~40ppi，孔隙率为60~85%。

浇铸保温炉内吹入氩气的流量为1~60升/分钟，喷吹气体时间为15~30分钟；向镁合金熔体添加其质量0.1~0.5%的所述净化熔剂，二次精炼5~15分钟，静置10~30分钟后降温至铸造温度，扒渣，浇铸。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明将多种净化方法集成在一起形成四级净化技术，即在熔炉内通过氩气和净化熔剂进行第一次净化，在中间包内通过Ar/N₂混合气体进行第二次净化，在熔炉出液口通过泡沫陶瓷过滤器进行第三次净化，在浇铸保温炉内通过吹入氩气，并添加净化熔剂进行第四次净化。通过上述连续四次净化，本发明可以相对于现有技术中采用单一方法进行一次或两次净化，可更为有效地排出和除去镁合金熔液中的夹杂、夹渣及有害气体，提高镁合金熔液的纯净度。

2.工艺过程简单，容易操作，对不同合金系的适应性好，有利于推广应用。

3.净化过程环保，不产生新的污染。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步详细地描述本发明，应理解为这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围，在以下的实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。

实施例1

本实施例是镁合金AZ61四级净化方法，具体步骤如下：

一级净化：在氩气保护下，将AZ61镁合金熔化后升温到720^oC加入与熔体质量比为0.2%的净化熔剂。净化熔剂的成分及百分质量为：25%氯化钾、8%氟化钙、5%氯化钡，2%四氯化锆，5%冰晶石，余量为氯化镁。

二级净化：把镁液转移到中间包，在中间包内进行旋转喷吹Ar/N₂混合气体，旋转喷头为多孔陶瓷其孔径为0.1mm，转子转速为300转/分钟，喷吹压力为0.2MPa，氩气与氮气比例为1:1，吹气后的熔体静置15分钟。

三级净化：静置后的镁熔体在进入流槽前通过泡沫陶瓷过滤，泡沫陶瓷以氧化镁为基础材料，过滤器的孔隙相互贯通，孔径为10ppi，孔隙率为70%。

四级净化：在浇铸保温炉内通过吹入氩气，所吹气体流速为10升/分钟，喷吹气体时间为20分钟，并添加前述净化熔剂，其净化熔剂的添加量为熔体质量的0.1%，二次精炼5分钟，静置15分钟后降温至铸造温度，扒渣，浇铸。

实施例2

本实施例是镁合金AM60四级净化方法，具体步骤如下：

一级净化：在氩气保护下，将AM60镁合金熔化后升温到740^oC加入与熔体质量比为0.5%的净化熔剂。净化熔剂的成分及百分质量为：35%氯化钾、5%氟化钙、5%氯化钡，5%四氯化锆，2%冰晶石，余量为氯化镁。

二级净化：把镁液转移到中间包，在中间包内进行旋转喷吹Ar/N₂混合气体，旋转喷头为多孔陶瓷其孔径为0.3mm，转子转速为500转/分钟，喷吹压力为0.3MPa，氩气与氮气比例为1:1，吹气后的熔体静置30分钟。

三级净化：静置后的镁熔体在进入流槽前通过泡沫陶瓷过滤，泡沫陶瓷以氧化镁为基础材料，过滤器的孔隙相互贯通，孔径为30ppi，孔隙率为80%。

四级净化：在浇铸保温炉内通过吹入氩气，所吹气体流速为50升/分钟，喷吹气体时间为30分钟，并添加前述净化熔剂，其净化熔剂的添加量为熔体质量的0.2%，二次精炼10分钟，静置30分钟后降温至铸造温度，扒渣，浇铸。

实施例3

本实施例是镁合金ZK60四级净化方法，具体步骤如下：

一级净化：在氩气保护下，将ZK60镁合金熔化后升温到760^oC加入与熔体质量比为0.5%的净化熔剂。净化熔剂的成分及百分质量为：35%氯化钾、10%氟化钙、5%氯化钡，2%四氯化锆，2%冰晶石，余量为氯化镁。

二级净化：把镁液转移到中间包，在中间包内进行旋转喷吹Ar/N₂混合气体，旋转喷头为多孔陶瓷其孔径为0.5mm，转子转速为1000转/分钟，喷吹压力为0.35MPa，氩气与氮气比例为1:1，吹气后的熔体静置30分钟。

三级净化：静置后的镁熔体在进入流槽前通过泡沫陶瓷过滤，泡沫陶瓷以氧化镁为基础材料，过滤器的孔隙相互贯通，孔径为40ppi，孔隙率为80%。

四级净化：在浇铸保温炉内通过吹入氩气，所吹气体流速为60升/分钟，喷吹气体时间为30分钟，并添加前述净化熔剂，其净化熔剂的添加量为熔体质量的0.4%，二次精炼15分钟，静置30分钟后降温至铸造温度，扒渣，浇铸。

实施例的测试结果见表1。本发明采用四级净化方法，使喷入到熔体中的气泡达到微米级，降低熔体中氢含量；采用泡沫陶瓷过滤加二次熔剂精炼，可完全去除5微米以上的非金属夹杂，去除熔体中的10微米以下的大部分夹杂，并使镁中的氢含量降到0.5ml/100gMg以下，从而显著降低熔体中的氢含量和非金属夹杂含量，较传统净化技术中对应的净化效果提高60%以上。

表1 实施例的测试结果

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作出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种镁合金熔体四级净化方法，其特征在于由以下步骤组成：

一级净化：在氩气保护下，将净化熔剂加入镁锭或镁中间合金熔体中精炼，除去熔体中的气体与非金属夹杂物；

四级净化：在浇铸保温炉内吹入氩气，并向炉内添加净化熔剂进行二次精炼及除渣；

所述净化熔剂的成分及百分质量为：10～35％氯化钾、2～10％氟化钙、1～10％氯化钡，1～10％四氯化锆，2～10％冰晶石，余量为氯化镁；

所述旋转喷头为多孔陶瓷其孔径为0.05～0.5mm，转子转速为200～1200转/分钟，喷吹压力为0.15～0.35MPa，氩气与氮气比例为1:1，吹气后的熔体静置15～30分钟。

2.根据权利要求1所述的镁合金熔体四级净化方法，其特征在于所述净化熔剂的添加量为镁合金熔体质量的0.2～0.5％。

3.根据权利要求1所述的镁合金熔体四级净化方法，其特征在于所述精炼温度为720～760℃。

4.根据权利要求1所述的镁合金熔体四级净化方法，其特征在于所述泡沫陶瓷过滤器以氧化镁为基础材料制作而成，过滤器的孔隙相互贯通，孔径为5～40ppi，孔隙率为60～85％。

5.根据权利要求1所述的镁合金熔体四级净化方法，其特征在于所述浇铸保温炉内吹入氩气的流量为1～60升/分钟，喷吹气体时间为15～30分钟，添加净化熔剂，二次精炼5～15分钟，静置10～30分钟并降温至铸造温度，扒渣，浇铸。

6.根据权利要求1或5所述的镁合金熔体四级净化方法，其特征在于添加所述净化熔剂的质量为镁合金熔体的0.1～0.5％。