CN114934184A

CN114934184A - 一种镁锂合金废料回收及真空再生方法

Info

Publication number: CN114934184A
Application number: CN202210677968.2A
Authority: CN
Inventors: 肖阳; 高华; 刘金学; 解海涛; 张瑷月; 李飞; 刘志鹏; 马凯杰
Original assignee: Zhengzhou Qingyan Alloy Technology Co ltd
Current assignee: Zhengzhou Qingyan Alloy Technology Co ltd
Priority date: 2022-06-15
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2042-06-15
Also published as: CN114934184B

Abstract

本发明属于有色金属材料循环利用技术领域，具体涉及一种镁锂合金废料回收及真空再生方法。本发明采用两次真空熔炼与铸造工艺，针对Ⅰ类、Ⅱ类镁锂合金废料提出了一种镁锂合金废料回收真空再生方法，以提高镁锂合金废料的回收利用率。其中一次真空熔铸过程包括机械强力搅拌、通惰性气体精炼以及长时间静置，综合作用下产生的上浮下沉机制，能够初步筛除氢气和密度大的氧化夹杂、非金属夹杂等。二次真空熔铸，包括旋转喷吹，两次精炼，短时静置，二次筛除氢气、密度大的氧化夹杂以及非金属夹杂等，然后依次经双级过滤，消除氧化夹杂、非金属夹杂等，最终浇铸实现镁锂合金的再生铸造。

Description

一种镁锂合金废料回收及真空再生方法

技术领域

本发明属于有色金属材料循环利用技术领域，具体涉及一种镁锂合金废料回收及真空再生方法，所回收再生的铸锭能够用于航空航天、电子器件等领域的产品生产和材料加工。

背景技术

镁锂合金具有比普通镁合金更小的密度，一般为1.3～1.6g/cm³，是铝合金的1/2～3/5，且具有更好的减震和电磁屏蔽性能。

在航空航天领域，通过结构设计减重已达极限，设计者们都在寻求轻量化材料以实现减重，从而提升飞行器可搭载空间。镁锂合金作为最轻质的结构材料，是重要的减重材料之一，不仅已在卫星蒙皮蜂窝板、阀座、仪器设备壳体、单兵装备等方面广泛应用，而且在3C消费领域也具有较大的应用潜力。另外，由于石油能源价格飞涨以及碳达峰的到来，为满足减少碳排放和提高产品便携性的双重需求，镁锂合金也已在部分型号的笔记本外壳、耳机振膜等3C产品中应用。

一般情况下，为达到结构极限减重的目的，突出镁锂合金的轻量化优势，常常会选用LA91N、LA93M、LA103Z等Li含量较高的镁锂合金(其中Li含量最高可达14wt.％)作为结构材料，从而发挥其低密度的优势。但是由于锂原材料成本较高，且锂元素又极为活泼、易燃，所以对镁锂合金制备工艺要求较高，导致制造成本的增加。而镁锂合金成品率的高低也会影响其在减重替代方面是否具有高性价比的优势。

虽然采用真空无熔剂高纯净制备工艺得到的镁锂合金成品率已达85％以上，但是在后续塑性加工、冲压、裁切、车铣等过程中容易产生大量的废料，且产品的废料比最高达到了30％，而废料的实际利用率仅50％左右，存在着严重的浪费。

由于镁锂合金最低自燃温度可低至100℃，对于产出的镁锂合金废料，如果保存不当或受潮，极易造成火灾、爆炸等事故的发生，具有较大的安全隐患。因此需要对镁锂合金废料在室内进行集中、分类、分级别干燥保存，防止受潮或温度升高。但是随着废料的增多，占用的场地空间、人力成本、物料成本都不断增加，造成更大的安全隐患和材料储存成本压力，镁锂合金废料的再生回收成为亟待解决的问题。

对于镁锂合金废料，按其形态分类，主要分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类(参见《GB/T 20926-2007镁及镁合金废料》)，其中Ⅰ类废料主要为块状形态，如铸锭冒口、变形材的裁切料、变形材的废品等，其占废料的比例在60％以上，回收利用价值最高；Ⅱ类主要为屑状形态，如铸锭车屑、板材铣屑等，其表面积大，需特殊封闭保存，减少空气氧化，其占废料比例约25％；Ⅲ类主要为渣状形态，如熔炼过程中产生的渣滓等，经济价值低，无回收利用价值，可采用一定的化学工艺进行排废处理，以消除危险性。由于受技术条件的制约，目前大多数生产镁锂合金的厂家仅能回收铸锭废料、变形材废品等块体较大的废料并进行回炉铸造，对于裁切料、屑料等表面积较大的废料，回炉过程中易燃烧，造渣严重，导致成本高且难以保障纯净度，所以这两类废料的回收难度较大。

对于合金废料的回收，现有技术公开较少，专利号为CN202010777645.1的中国专利公开了一种铝锂合金废料废屑再生回收方法，该方法基于铝锂合金特点，采用除杂剂、加新料等方式能够实现杂质、氢含量的降低。专利号为CN02113128.7的中国专利公开了一种废镁合金真空回收工艺和装置，根据各金属元素蒸气压的不同，通过真空蒸馏，将金属元素分离提纯的，但是由于冷凝后镁锂合金为疏松块体，若在此情况下收集极易发生燃烧、爆炸等危险。

综上，可以看出，现有技术中还未见有对不同形态类别的镁锂合金废料均能实现合理回收的工艺方法。

基于此，为提高镁锂合金原材料利用率、降低镁锂合金废料的安全风险，开发出回收率高、应用广泛的镁锂合金废料回收再生利用方法极为必要。

发明内容

针对以上问题，为了大幅降低镁锂合金废料中的夹杂，并尽可能的避免引入外部杂质，本发明针对Ⅰ类、Ⅱ类镁锂合金废料提出了一种镁锂合金废块废屑回收真空再生方法，以提高镁锂合金废料的回收利用率。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种镁锂合金废料回收及真空再生方法，包括如下步骤：

(1)废料回收和预处理：

a、将Ⅰ类镁锂合金废料经抛磨、喷砂或抛丸进行预处理，再经压块获得Ⅰ类饼状废料，封闭保存备用；

b、将Ⅱ类镁锂合金废屑经清洗，干燥，压块，获得Ⅱ类饼状废料，封闭保存备用；

(2)一次重熔再生：

将步骤(1)所得Ⅰ类饼状废料、Ⅱ类饼状废料烘干后，按(1-5)：1的质量比混合，置于真空感应熔炼炉中，抽真空至10Pa及以下，通入惰性气体至20～50kPa，并升温至750～850℃直至熔化，然后搅拌，精炼，粗过滤，浇铸，得到一次重熔再生铸锭；

(3)二次重熔再生：

将步骤(2)所得一次重熔再生铸锭再次置于真空感应熔炼炉中，抽真空至10Pa及以下，并升温至400～550℃，然后通入惰性气体至20～50kPa，继续升温到730-830℃进行再次回炉熔化，然后精炼，过滤，浇铸，最终得到二次重熔再生镁锂合金铸锭。

优选的，步骤(1)中所述镁锂合金包括但不限于合金牌号为LA43M、LZ91M、LZ91N、LA93M、LA93Z、LA103M、LA103Z的镁锂合金。

优选的，步骤(1)中Ⅰ类镁锂合金废料包括表面积较小的镁锂合金废料和板材、棒材、丝材等表面积稍大的镁锂合金废料；对于表面积较小的镁锂合金废料的预处理直接进行抛磨、喷砂或抛丸处理，去除表面油污以及氧化物即可；对于板材、棒材、丝材等表面积稍大的镁锂合金废料的预处理需要抛磨、喷砂或抛丸处理后再进行破碎处理。

进一步优选的，所述破碎处理为将板材、棒材、丝材等表面积稍大的镁锂合金废料通过破碎机撕碎，其中，板材厚度≤3mm、棒材直径≤5mm；对于表面积大于以上规格的镁锂合金废料可直接抛除氧化皮后回炉重熔。

优选的，步骤(1)中清洗时，采用工业酒精进行清洗去除Ⅱ类镁锂合金废屑表面油污、水渍。

具体的，步骤(1)中压块后得到的Ⅰ类饼状废料的尺寸为直径Φ100～180mm、高度50～150mm，Ⅰ类饼状废料密度不低于1.3g/cm³。

具体的，步骤(1)中压块后得到的Ⅱ类饼状废料的尺寸为直径Φ100～180mm、高度50～150mm，Ⅱ类饼状废料密度不低于1.4g/cm³。

具体的，步骤(2)中所述搅拌、精炼与粗过滤工艺为：饼状废料熔化后，采用不锈钢搅拌杆搅拌5～10min，在惰性气体气氛下精炼5～10min，静置30～45min，然后经3～8目不锈钢过滤网进行粗过滤，浇铸后得到一次重熔再生铸锭。

具体的，步骤(3)中所述过滤为双级过滤，精炼与双级过滤的具体工艺为：将一次重熔再生铸锭熔化后，采用旋转喷吹方式进行精炼，精炼的时间为5～10min，精炼的同时进行搅拌，静置15～20min后，依次经15～30目不锈钢过滤网和10～20ppi氧化镁泡沫陶瓷过滤片双级过滤，浇铸后最终得到二次重熔再生镁锂合金铸锭。

具体的，所述惰性气体为氩气。

通过本发明所述镁锂合金废料回收及真空再生方法获得的镁锂合金再生铸锭，完全采用Ⅰ类、Ⅱ类镁锂合金回收废料作为原料，所得镁锂合金再生铸锭化学成分、纯净度均满足国家标准要求，可直接用于棒材、板材及锻件等产品的生产加工，也可与新料进行配制用于直接生产镁锂合金铸锭。

本发明所述方法的核心在于两次真空熔炼与铸造工艺，其中一次真空熔铸过程包括机械强力搅拌、通惰性气体(氩气)精炼以及长时间静置，综合作用下产生的上浮下沉机制，能够初步筛除氢气和密度大的氧化夹杂、非金属夹杂等，然后通过3～8目不锈钢过滤网，可消除大部分微米级的大尺寸夹杂。

二次真空熔铸时，镁锂合金已相对干净，则采用镁锂合金新料真空熔铸工艺相似的工艺过程，包括旋转喷吹，两次精炼，短时静置，二次筛除氢气、密度大的氧化夹杂以及非金属夹杂等，然后依次经15～30目不锈钢过滤网、10～20ppi氧化镁泡沫陶瓷过滤片过滤，消除氧化夹杂、非金属夹杂等，最终浇铸实现镁锂合金的再生铸造。

本发明的有益效果是：

1.本发明的方法采用真空感应熔铸工艺，在惰性气体氩气氛围下，不使用任何熔剂、除杂剂，仅通过搅拌、精炼、静置、过滤等物理手段，经两次熔炼与铸造，完成镁锂合金废料的重熔与再生，获得了化学成分与组织纯净度均满足国家标准的镁锂合金再生铸锭，无需降级使用，工艺技术对环境友好，设备简单、投入低，符合国家绿色低碳循环发展经济体系建设的要求。

2.本发明所述方法制备得到的镁锂合金再生铸锭，规格较大、回收效率高。经过压块后得到的饼状镁锂合金废料密度可达相应合金牌号铸锭的90％，质量也可达全新料的85％～90％，即使不进行二次重熔再生工序，仅仅使用一次重熔再生工序得到的铸锭，虽然还存在较多的余渣和过滤渣，但是一次重熔再生铸锭质量也可达废料装炉量的97％以上，具有较高的收集率。经计算，若采用1吨真空炉(以Cu计)生产，可制备出180～250kg的大规格一次重熔再生铸锭，具有较高的产率。

3.本发明所述方法适用范围较广，除没有利用价值的Ⅲ类炉渣及少量混屑料、水锯屑料外，Ⅰ类废料、Ⅱ类废料均可实现回收、重熔和再生，回收废料再生率达90％～95％，整体材料循环利用率可高达98％以上，高于行业平均水平50％。

4.本发明的工艺简单、易操作，生产成本低廉可控，再生铸锭成品与全新铸造坯锭不存在组织、成分及性能的差别，在航空航天新材料领域具有良好的实际应用前景。

附图说明

图1为实施例1中步骤(2)得到的一次镁锂合金再生铸锭的断口照片；

图2为实施例1中步骤(3)得到的二次镁锂合金再生铸锭的断口照片；

图3为镁锂合金LA93M、LA93Z、LA103M新料铸锭及实施例1-4所制得铸锭的应变曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本申请中各实施例采用的抛磨、喷砂、抛丸、破碎、清洗、压块、干燥等工序均采用现有技术即可。

实施例1

一种镁锂合金废料回收及真空再生方法，实施例1中回收对象为LA93M镁锂合金废料，具体步骤如下：

(1)对不同类别的废料回收、预处理：

a、将表面积较小的Ⅰ类废料(铸锭冒口、锻件废料、铸件废件、精密加工废件等)进行抛磨、喷砂，去除表面油污以及氧化物；同时将板材、棒材、丝材等表面积稍大的Ⅰ类废料(厚度≤3mm板材、直径≤5mm棒材)喷砂后通过破碎机撕碎，将两次处理的Ⅰ类废料混合后，采用压块机压块，获得直径Φ160mm、高度100mm的Ⅰ类饼状镁锂合金废料，压饼块密度为1.36g/cm³，封闭保存备用(对于厚度＞3mm的板材、直径＞5mm的棒材可直接抛除氧化皮后回炉重熔)；

b、将Ⅱ类废屑采用工业酒精进行清洗去除表面油污、水渍，干燥后使用压块机压块，获得直径Φ160mm、高度60mm的Ⅱ类饼状镁锂合金废料，压饼块密度为1.45g/cm³，封闭保存备用；

(2)一次重熔再生：将步骤(1)所得Ⅰ类饼状镁锂合金废料、Ⅱ类饼状镁锂合金废屑烘干后按2:1的比例(Ⅰ类废料和Ⅱ类废屑总共质量为217kg)置于真空感应熔炼炉中，抽真空至5Pa，通入氩气至20kPa，并缓慢升温至800℃直至熔化，采用不锈钢搅拌杆搅拌8min，在氩气气氛下精炼10min后，静置45min，然后经3目不锈钢过滤网进行粗过滤，最后经金属圆锭模浇铸，获得质量为213kg的一次重熔再生圆铸锭，车去氧化皮后质量为210kg；

(3)二次重熔再生：为了提高回收效率，可以将不同炉次、相同废料配比的一次再生铸锭作为二次重熔再生原料；步骤(3)中将步骤(2)所得车去氧化皮后的一次重熔再生圆铸锭再次回炉熔化，本实施例装炉量为281kg，具体步骤为：抽真空至10Pa，并缓慢升温至450℃，然后通入氩气至30kPa，再继续升温到780℃直至熔化，采用旋转喷吹装置进行精炼，旋转喷吹装置的主体为可调节氩气流量的不锈钢搅拌管，精炼的时间为10min，精炼的同时使用不锈钢搅拌管进行搅拌，重复2次，然后静置15min，并依次经过15目不锈钢过滤网、20ppi氧化镁泡沫陶瓷过滤片过滤，浇铸，获得质量为280kg的二次重熔再生镁锂合金铸锭；本发明中旋转喷吹装置采用现有技术中的常用设备即可，且其结构不是本发明的发明点所在，故不再赘述。

对实施例1步骤(2)获得的LA93M镁锂合金一次重熔再生圆铸锭进行断口观察，如图1所示，可以看出，夹杂较多、尺寸较大肉眼可见。

对实施例1步骤(3)获得的二次重熔再生镁锂合金铸锭进行断口观察，如图2所示，可以看出，无肉眼可见的熔剂和氧化夹渣，断口致密，无明显气孔、疏松等缺陷，符合行业标准《YS/T 627-2007变形镁及镁合金圆铸锭》质量要求。

对实施例1获得的再生镁锂合金铸锭取样，并采用ICP-AES进行元素分析，分析结果如表1所示，实施例1所制备的再生镁锂合金铸锭，各元素质量百分比计为：9.5％Li、3.3％Al、0.85％Zn、0.03％Mn、0.008％Si、0.003％Fe、0.03％Cu、0.004％Ni，余量Mg，符合国家标准《GB/T 5154-2022变形镁及镁合金板带材》化学成分规定。

实施例2

一种镁锂合金废料回收及真空再生方法，实施例2中回收对象为LA93M镁锂合金废料，具体步骤如下：

(1)对不同类别的废料回收、预处理：

a、将表面积较小的Ⅰ类废料(铸锭冒口、锻件废料、铸件废件、精密加工废件等)进行抛磨、喷砂，去除表面油污以及氧化物；同时将板材、棒材、丝材等表面积稍大的Ⅰ类废料(厚度≤3mm板材、直径≤5mm棒材)喷砂后通过破碎机撕碎，将两次处理的Ⅰ类废料混合后，采用压块机压块，获得直径Φ160mm、高度80mm的Ⅰ类饼状镁锂合金废料，压饼块密度为1.37g/cm³，封闭保存备用(对于厚度＞3mm的板材、直径＞5mm的棒材可直接抛除氧化皮后回炉重熔)；

b、将Ⅱ类废屑采用工业酒精进行清洗去除表面油污、水渍，干燥后使用压块机压块，获得直径Φ160mm、高度70mm的Ⅱ类饼状镁锂合金废料，压饼块密度为1.45g/cm³，封闭保存备用；

(2)一次重熔再生：将步骤(1)所得Ⅰ类饼状镁锂合金废料、Ⅱ类饼状镁锂合金废屑烘干后按4:1的比例(Ⅰ类废料和Ⅱ类废屑总共质量为186kg)置于真空感应熔炼炉中，抽真空至10Pa，通入氩气至30kPa，并缓慢升温至780℃直至熔化，采用不锈钢搅拌杆搅拌10min，在氩气气氛下精炼8min后，静置40min，然后经3目不锈钢过滤网进行粗过滤，最后经金属圆锭模浇铸，获得质量为184kg的一次重熔再生圆铸锭，车去氧化皮后质量为182kg；

(3)二次重熔再生：为了提高回收效率，可以将不同炉次、相同废料配比的一次再生铸锭作为二次重熔再生原料；步骤(3)中将步骤(2)所得车去氧化皮后的一次重熔再生圆铸锭再次回炉熔化，本实施例装炉量为237kg，具体步骤为：抽真空至10Pa，并缓慢升温至450℃，然后通入氩气至50kPa，再继续升温到780℃直至熔化，采用旋转喷吹装置进行精炼，旋转喷吹装置的主体为可调节氩气流量的不锈钢搅拌管，精炼的时间为10min，精炼的同时使用不锈钢搅拌管进行搅拌，重复2次，然后静置15min，并依次经过20目不锈钢过滤网、20ppi氧化镁泡沫陶瓷过滤片过滤，浇铸，获得质量为236kg的二次重熔再生镁锂合金铸锭。

对实施例2步骤(3)获得的二次重熔再生镁锂合金铸锭进行断口观察，，断口致密，无肉眼可见的熔剂和氧化夹渣，无明显气孔、疏松等缺陷，符合行业标准《YS/T 627-2007变形镁及镁合金圆铸锭》质量要求。

对实施例2获得的再生镁锂合金铸锭取样，并采用ICP-AES进行元素分析，分析结果如表1所示，实施例2所制备的再生镁锂合金铸锭，各元素质量百分比计为：9.4％Li、3.1％Al、0.90％Zn、0.02％Mn、0.01％Si、0.003％Fe、0.03％Cu、0.002％Ni，余量Mg，符合国家标准《GB/T 5154-2022变形镁及镁合金板带材》化学成分规定。

实施例3

一种镁锂合金废料回收及真空再生方法，实施例3中回收对象为LA93Z镁锂合金废料，具体步骤如下：

(1)对不同类别的废料回收、预处理：

a、将表面积较小的Ⅰ类废料(铸锭冒口、锻件废料、铸件废件、精密加工废件等)进行抛磨、喷砂，去除表面油污以及氧化物；同时将板材、棒材、丝材等表面积稍大的Ⅰ类废料(厚度≤3mm板材、直径≤5mm棒材)喷砂后通过破碎机撕碎，将两次处理的Ⅰ类废料混合后，采用压块机压块，获得直径Φ150mm、高度55mm的Ⅰ类饼状镁锂合金废料，压饼块密度为1.35g/cm³，封闭保存备用(对于厚度＞3mm的板材、直径＞5mm的棒材可直接抛除氧化皮后回炉重熔)；

b、将Ⅱ类废屑采用工业酒精进行清洗去除表面油污、水渍，干燥后使用压块机压块，获得直径Φ150mm、高度80mm的Ⅱ类饼状镁锂合金废料，压饼块密度为1.46g/cm³，封闭保存备用；

(2)一次重熔再生：将步骤(1)所得Ⅰ类饼状镁锂合金废料、Ⅱ类饼状镁锂合金废屑烘干后按5:1的比例(Ⅰ类废料和Ⅱ类废屑总共质量为234kg)置于真空感应熔炼炉中，抽真空至10Pa，通入氩气至30kPa，并缓慢升温至800℃直至熔化，采用不锈钢搅拌杆搅拌10min，在氩气气氛下精炼10min后，静置40min，然后经3目不锈钢过滤网进行粗过滤，最后经金属圆锭模浇铸，获得质量为233kg的一次重熔再生圆铸锭，车去氧化皮后质量为231kg；

(3)二次重熔再生：为了提高回收效率，可以将不同炉次、相同废料配比的一次再生铸锭作为二次重熔再生原料；步骤(3)中将步骤(2)所得车去氧化皮后的一次重熔再生圆铸锭再次回炉熔化，本实施例装炉量为270kg，将步骤(2)所得一次重熔再生圆铸锭车去氧化皮后再次回炉熔化，具体步骤为：抽真空至10Pa，并缓慢升温至500℃，然后通入氩气至30kPa，再继续升温到800℃直至熔化，采用旋转喷吹装置进行精炼，旋转喷吹装置的主体为可调节氩气流量的不锈钢搅拌管，精炼的时间为10min，精炼的同时使用不锈钢搅拌管进行搅拌，重复3次，然后静置20min，并依次经过15目不锈钢过滤网、10ppi氧化镁泡沫陶瓷过滤片过滤，浇铸，获得质量为269kg的二次重熔再生镁锂合金铸锭。

对实施例3步骤(3)获得的二次重熔再生镁锂合金铸锭进行断口观察，断口致密，无肉眼可见的熔剂和氧化夹渣，无明显气孔、疏松等缺陷，符合行业标准《YS/T 627-2007变形镁及镁合金圆铸锭》质量要求。

对实施例3获得的再生镁锂合金铸锭取样，并采用ICP-AES进行元素分析，分析结果如表1所示，实施例3所制备的再生镁锂合金铸锭，各元素质量百分比计为：9.8％Li、3.1％Al、3.1％Zn、0.02％Mn、0.007％Si、0.003％Fe、0.04％Cu、0.003％Ni，余量Mg，符合国家标准《GB/T 5154-2022变形镁及镁合金板带材》化学成分规定。

实施例4

一种镁锂合金废料回收及真空再生方法，实施例4中回收对象为LA103M镁锂合金废料，具体步骤如下：

(1)对不同类别的废料回收、预处理：

a、将表面积较小的Ⅰ类废料(铸锭冒口、锻件废料、铸件废件、精密加工废件等)进行抛磨、喷砂，去除表面油污以及氧化物；同时将板材、棒材、丝材等表面积稍大的Ⅰ类废料(厚度≤3mm板材、直径≤5mm棒材)喷砂后通过破碎机撕碎，将两次处理的Ⅰ类废料混合后，采用压块机压块，获得直径Φ160mm、高度100mm的Ⅰ类饼状镁锂合金废料，压饼块密度为1.33g/cm³，封闭保存备用；

b、将Ⅱ类废屑采用工业酒精进行清洗去除表面油污、水渍，干燥后使用压块机压块，获得直径Φ160mm、高度100mm的Ⅱ类饼状镁锂合金废料，压饼块密度为1.45g/cm³，封闭保存备用(对于厚度＞3mm的板材、直径＞5mm的棒材可直接抛除氧化皮后回炉重熔)；

(2)一次重熔再生：将步骤(1)所得Ⅰ类饼状镁锂合金废料、Ⅱ类饼状镁锂合金废屑烘干后按5:1的比例(Ⅰ类废料和Ⅱ类废屑总共质量为255kg)置于真空感应熔炼炉中，抽真空至8Pa，通入氩气至25kPa，并缓慢升温至810℃直至熔化，采用不锈钢搅拌杆搅拌10min，在氩气气氛下精炼8min后，静置35min，然后经3目不锈钢过滤网进行粗过滤，最后经金属圆锭模浇铸，获得质量为253kg的一次重熔再生圆铸锭，车去氧化皮后质量为251kg；

(3)二次重熔再生：为了提高回收效率，可以将不同炉次、相同废料配比的一次再生铸锭作为二次重熔再生原料；步骤(3)中将步骤(2)所得车去氧化皮后的一次重熔再生圆铸锭再次回炉熔化，本实施例装炉量为251kg，将步骤(2)所得一次重熔再生圆铸锭车去氧化皮后再次回炉熔化，具体步骤为：抽真空至10Pa，并缓慢升温至480℃，然后通入氩气至25kPa，再继续升温到810℃直至熔化，采用旋转喷吹的方式进行精炼，旋转喷吹装置的主体为可调节氩气流量的不锈钢搅拌管，精炼的时间为10min，精炼的同时使用不锈钢搅拌管进行搅拌，重复2次，然后静置15min，并依次经过20目不锈钢过滤网、15ppi氧化镁泡沫陶瓷过滤片过滤，浇铸，获得质量为250kg的二次重熔再生镁锂合金铸锭。

对实施例4步骤(3)获得的二次重熔再生镁锂合金铸锭进行断口观察，断口致密，无肉眼可见的熔剂和氧化夹渣，无明显气孔、疏松等缺陷，符合行业标准《YS/T 627-2007变形镁及镁合金圆铸锭》质量要求。

对实施例4获得的再生镁锂合金铸锭取样，并采用ICP-AES进行元素分析，分析结果如表1所示，实施例4所制备的再生镁锂合金铸锭，各元素质量百分比计为：10.1％Li、3.0％Al、1.2％Zn、0.12％Si、0.005％Fe、0.03％Cu，余量Mg，符合国家标准《GB/T 5154-2022变形镁及镁合金板带材》化学成分规定。

将实施例1～4所制得的镁锂合金铸锭的化学成分与国标(GB/T 5154-2010镁及镁合金板、带材)中相应的镁锂合金LA93M、LA93Z、LA103M的成分及金属杂质进行比较，如表1所示。

表1各牌号镁锂合金及实施例1～4的镁锂合金铸锭化学成分(质量分数/wt.％)

由表1、图2可以看出，本发明实施例1-4中完全采用Ⅰ类、Ⅱ类镁锂合金废料废屑进行回收及真空再生获得的铸锭，其化学成分符合国家标准要求，断口致密，基本无氧化夹杂，可以直接作为熔铸、锻造、挤压、轧制等原料或坯料使用，不需要降级使用，即本发明的镁锂合金废料回收及真空再生方法可以实现将Ⅰ类、Ⅱ类镁锂合金废料废屑转化为符合生产标准的原料，从而实现提升镁锂合金废料废屑的回收效果和利用价值的目的。

按照国标(GB/T 5154-2010镁及镁合金板、带材)中各牌号镁锂合金的成分采用现有技术制成新料铸锭并与实施例1、2、3、4所制得的铸锭进行力学性能测试(参照GB/T16865-2013《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》)，结果如表2所示，同时得到镁锂合金LA93M、LA93Z、LA103M新料铸锭及实施例1、2、3、4所制得铸锭的应变曲线图，如图3所示。

表2

从表2和图3中可以得出，对利用LA93M废料回收再生的实施例1、实施例2铸锭进行力学测试分析，其抗拉强度均＞170MPa、屈服强度＞125MPa、延伸率＞30％，与新料铸锭力学性能基本一致，在误差范围内；对利用LA93Z废料回收再生的实施例3铸锭进行力学测试分析，其抗拉强度为180MPa、屈服强度为138MPa、延伸率为27％，与新料铸锭力学性能基本一致，在误差范围内；对利用LA103M废料回收再生重生的实施例4铸锭进行力学测试分析，其抗拉强度为149MPa、屈服强度为102MPa、延伸率为39％，与新料铸锭力学性能也基本一致，在误差范围内。可以看到，回收料再生铸锭与新料铸锭力学性能基本一致，且以上3个牌号的镁锂合金再生铸锭均具有30％以上的延伸率，有良好的成形能力。

综上，本发明的方法实现了镁锂合金废料废屑的再生和综合利用，可以直接作为熔铸、锻造、挤压、轧制等原料或坯料使用，不需要降级使用，原材料综合利用率达到98％以上，能够形成“原材料—零部件—废屑再生利用—原材料”的闭环生产体系，且工艺对环境友好，设备投入简单，符合国家绿色低碳循环发展经济体系建设的要求。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims

1.一种镁锂合金废料回收及真空再生方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）废料回收和预处理：

（2）一次重熔再生：

将步骤（1）所得Ⅰ类饼状废料、Ⅱ类饼状废料烘干后，按（1-5）：1的质量比混合，抽真空至10Pa及以下，通入惰性气体至20~50kPa，并升温至750~850℃直至熔化，然后搅拌，精炼，粗过滤，浇铸，得到一次重熔再生铸锭；

（3）二次重熔再生：

将步骤（2）所得一次重熔再生铸锭再次抽真空至10Pa及以下，并升温至400~550℃，然后通入惰性气体至20~50kPa，继续升温到730-830℃进行再次熔化，然后精炼，过滤，浇铸，最终得到二次重熔再生镁锂合金铸锭。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述镁锂合金牌号为LA43M、LZ91M、LZ91N、LA93M、LA93Z、LA103M或LA103Z。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中对于Ⅰ类镁锂合金废中的板材、棒材、丝材的预处理包括抛磨、喷砂或抛丸处理后再进行破碎处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中压块后得到的Ⅰ类饼状废料的尺寸为直径Φ100~180mm、高度50~150mm，Ⅰ类饼状废料密度不低于1.3g/cm³。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中压块后得到的Ⅱ类饼状废料的尺寸为直径Φ100~180mm、高度50~150mm，Ⅱ类饼状废料密度不低于1.4g/cm³。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述搅拌、精炼与粗过滤工艺为：饼状废料熔化后，搅拌5~10min，在惰性气体气氛下精炼5~10min，静置30~45min，然后经3~8目不锈钢过滤网进行粗过滤，浇铸后得到一次重熔再生铸锭。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中所述精炼与过滤工艺为：将一次重熔再生铸锭熔化后，进行精炼，搅拌精炼的时间为5~10min，静置15~20min后，依次经15~30目不锈钢过滤网和10~20ppi氧化镁泡沫陶瓷过滤片过滤，浇铸后得到二次重熔再生镁锂合金铸锭。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。