CN1281771C - 镁和镁合金熔融体净化用泡沫陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种镁和镁合金熔融体净化用泡沫陶瓷及其制备方法，镁和镁合金熔融体净化用泡沫陶瓷是以氧化镁为基体的泡沫状多孔体，泡沫状多孔体含有氧化镁80-95%，萤石1-5%，三氧化二硼3-10%，泡沫状多孔体呈空间开放互通网状，其中空洞互相连通，空隙率为80%-95%。工艺包括如下步骤：把软质聚氨酯泡沫塑料浸渍浆料，揉捏并挤出过剩的浆料，粘有浆料的软质聚氨酯泡沫塑料恢复原来的形状后，留在泡沫纤维上的浆料经风干、干燥；获得经风干、干燥软质聚氨脂泡沫塑料，室温入炉，慢速升温至150℃低温排塑，待泡沫塑料燃烧挥发后，然后快速升温固相烧结温度高温烧结，保温1小时，冷却出炉，即为性能稳定、良好过滤能力成品。
Description
所属技术领域：
本发明属金属熔融体的净化技术，尤其是用于镁金属液体过滤净化的泡沫陶瓷过滤器及其制备方法。
背景技术：
近年来，电子、电力、机械、食品包装对材料的要求越来越高，需要金属材料具有高电导、高变形能力。为使金属材料具有高电导、高变形能力，金属含有非金属夹杂带来的问题越来越突出，例如饮料罐多用铝合金深冲成型，为节约成本，罐壁越来越薄，壁越薄对铝合金材料的洁净度要求就越高，微小的氧化铝夹杂物就会使产品出现缺陷，从而得不到合格的饮料罐。为了满足上述要求，应在金属的熔融阶段使其高度净化。为此，开发了许多金属液的净化技术，其中过滤净化应用普遍，过滤净化的过滤介质包括使用玻璃纤维布、陶瓷颗粒床、陶瓷颗粒烧结体、泡沫陶瓷等。泡沫陶瓷过滤效果最为理想，泡沫陶瓷的过滤机理是靠阻挡、吸附和因流场的变化引起夹杂聚集而同金属液体分离等。泡沫陶瓷金属液过滤器的优点是刚性骨架结构均匀，所以过滤后的金属液质量的分散度较小(且过滤性能随过滤量的变化小)、过滤精度好、过滤能力大、金属液压力损失小、热容小(不需预热或预热时间短)、经济性好、操作简单等。该工艺曾被评为1984年美国全国十大实用新型之一。泡沫陶瓷过滤净化工艺已广泛应用于铝、铜、钢铁的融体净化。
镁合金的净化对镁合金扩大应用范围有重要意义。普通镁合金的缺点是耐腐蚀性差，某些环境中在较短的期间内会因腐蚀造成零件失效，这是因为镁的标准电极电位为-2.34V，是自然界中很容易遭受腐蚀的一种金属。镁更容易同不同标准电极电位的金属材料或杂质形成电池或微电池，此时，镁是阳极，镁将受到腐蚀。原则上讲，电位差越大，促成镁腐蚀的作用也越大，同时考虑动力学因素，在不同镁合金系列中，各种杂质都有不利的作用。
镁合金在活性离子的溶液中，特别是在含有氯离子的溶液中，能加速镁的腐蚀，当氯离子浓度增加，镁的腐蚀速度增加。镁合金熔炼所使用的熔剂，基本是水溶性的氯盐MgCl2、KCl、NaCl、BaCl2等盐的混合物。当镁合金中有熔剂夹渣，吸潮后必然形成高浓度的氯盐溶池，引起镁的溃烂性的腐蚀。
镁合金有强烈的不均匀腐蚀倾向，其中以点蚀最为典型，除镁本身性质和材料成份及组织不均匀性的因素作用外，金属中分散性的熔剂和氯离子起着很大的作用。镁和镁合金液容易氧化和燃烧，氧化皮容易造成氧化夹杂，镁合金中的氧化夹杂不仅影响合金的机械性能，由氧化夹杂造成材料的成分、组织、致密度的不均匀缺陷多，显示出更大的活性对耐腐蚀性能也是有害的。
如果对镁合金的金属和非金属夹杂严格限制，以使镁合金高纯化，并辅以表面保护处理，则镁合金零件可像铝合金一样使用，因此，高纯化是镁合金发展的方向，例如汽车轮毂、笔记本电脑壳体等都需要高纯镁合金如AZ91D、AZ91E、AM60B来铸造。但是到目前为止，要获得高纯度的镁合金在冶金学上仍是困难的。目前皮江法粗镁的精炼过程中由于镁合金被污染，所生产的镁合金杂质含量通常都超标，有人为了获得高纯镁合金而不得不采用不经济的方法。因此，急需开发一种经济的高纯镁合金熔炼技术，采用泡沫陶瓷对镁合金进行过滤是一种新途径。
镁和镁合金过滤对泡沫陶瓷的要求严格，镁和镁合金液的高活性，易于同陶瓷材料起化学反应，现在成功用于铝和钢铁的泡沫陶瓷材料不能用于镁合金液的过滤，因为现有的泡沫陶瓷过滤片多以Al2O3、SiO2等为骨料的基本成分，若使用该类泡沫陶瓷过滤片来过滤镁合金，则Al2O3、SiO2容易与镁反应，生成对镁及镁合金有害的成分，同时过滤器很快被镁合金液溶蚀。为此需要研究使用于镁合金的泡沫陶瓷过滤器。由于实用于镁合金的材料选择范围狭窄，从工业的角度仅能在MgO、CaO等有限几种材料中选择。镁合金的泡沫陶瓷过滤器必须具备良好阻挡氧化夹杂、熔剂夹渣和吸附氯离子的能力。氧化镁不易烧结，单纯氧化镁也不具备所有希望的功能。因此，制造出合格的镁合金的泡沫陶瓷过滤器有一定的难度。
到目前为止还没有研究成功实用的镁和镁合金熔融体过滤净化用的泡沫陶瓷。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种性能稳定、对镁合金融体中非金属夹杂物有良好的过滤和吸附能力，对镁及镁合金熔融体的过滤净化效果好的镁和镁合金熔融体净化用泡沫陶瓷以及制备方法。
目前熔融体净化用泡沫陶瓷的市场品不能用于镁和镁合金液的过滤净化，镁和镁合金液高活性，易于同陶瓷材料起化学反应，材料选择范围狭窄，从工业的角度只有MgO、CaO等有限几种。CaO有很大的吸湿倾向，烧成的泡沫陶瓷过滤器存放时CaO与水和水蒸气发生作用而使其强度下降，甚至损坏，除非有十分严格的措施，在使用时也必须高温脱水，使用十分不方便。为此一般只能用MgO制造镁合金用的泡沫陶瓷过滤器。
氧化镁熔点高，固相烧结困难，为了降低烧结温度和缩短烧结时间，可采用添加少量助剂方法，如氟化物(MgF2)、三氧化二硼。
烧结强度出现在较高的温度范围，在低温和中温时泡沫陶瓷坯的强度太低，可能会引起裂纹或塌陷，为此必须赋予其适当的低温和中温强度，为此在成分中加入胶凝固化组元，为了在成分上与基体保持一致，采用镁质胶凝材料MgCl2溶液，由于含有吸潮性的氯化镁，镁质胶凝材料的量要控制，尽量要少。也可以使用吸潮性小的硫酸镁(MgSO4.7H2O)，但硫酸镁胶凝性能低。
影响净化过滤效果的因素是多方面的，为了保证机械阻挡的效果，必须使孔洞的网络均匀，包括聚氨脂泡沫塑料的均匀性和浸浆、挂浆的均匀性，正确的脱塑和烧结工艺。为了提高对细小非金属质点和熔剂的过滤效果，应该改善泡沫陶瓷表面对金属液的润湿性和表面活性以提高对杂质的吸附能力。一般是在陶瓷中添加活化剂和造渣剂，如萤石。
本发明的镁和镁合金熔融体净化用泡沫陶瓷是以氧化镁为基体的泡沫状多孔体，所述的泡沫状多孔体含有氧化镁80-95％，萤石1-5％，三氧化二硼3-10％，泡沫状多孔体呈空间开放互通网状，其中空洞互相连通，空隙率为80％-95％。
镁和镁合金熔融体净化用泡沫陶瓷的制备方法，依序包括如下步骤：
1)选用内连通大孔径软质聚氨脂泡沫塑料，空隙率不小于90％，孔洞分布均匀，按过滤器的规格型号剪裁；
2)浆料成分为氧化镁基体，包含4-6％硼酸、3-5％硫酸镁、3-5％萤石，用适量的水把各成分的固体粉沫和水混合成浆；加入少量的羧甲基纤维素有机粘结剂；
3)把软质聚氨脂泡沫塑料浸渍浆料，揉捏并挤出过剩的浆料，粘有浆料的软质聚氨脂泡沫塑料恢复原来的形状后，留在泡沫纤维上的浆料经风干、干燥；
4)把步骤3)获得的已浸渍浆料的软质聚氨脂泡沫塑料，平放于铺有均匀一层耐火粉的陶瓷耐热托板上，室温入炉，慢速升温至150℃低温排塑，待泡沫塑料燃烧挥发后，然后快速升温至不小于1000℃的固相烧结温度高温烧结，保温1小时，冷却出炉，即为镁和镁合金熔融体净化用的泡沫陶瓷成品。
本发明的镁和镁合金熔融体净化用泡沫陶瓷在镁合金液中有良好的稳定性，不污染合金；泡沫陶瓷过滤器对镁合金融体中非金属夹杂物有良好的过滤和吸附能力，对镁及镁合金熔融体的过滤净化效果好、热容小、使用时可不预热、对流体的阻力小、过滤量大。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明进行详细说明：
选用内连通大孔径软质聚氨脂泡沫塑料，12边内连通孔、孔径20目左右、空隙率90％以上，孔洞分布均匀，按过滤器的规格型号剪裁。
浆料成分为氧化镁基体，4-6％硼酸、3-5％硫酸镁、3-5％萤石(氟化钙)等，适量的水(10-40％)。把各成分的固体粉沫和水混合成浆。为使浆料有触变性能，根据工艺的需要也可加入少量的有机粘结剂如羧甲基纤维素等，有利于泡沫的均匀涂覆并没有过量的排液。
软质聚氨脂泡沫塑料浸渍浆料，揉捏并挤出过剩的浆料，粘有浆料聚氨脂泡沫塑料立即恢复原来的形状，留在泡沫纤维上的浆料经风干、干燥，风干要平放于铺有一层均匀耐火粉的木制托板上，置于通风、背阳、干燥处风干，然后高温烧结。
烧结前清扫泡沫塑料底部粘结的粉沫，平放于铺有均匀一层耐火粉的陶瓷耐热托板上，室温入炉，慢速升温至150℃低温排塑，待泡沫塑料燃烧挥发后，然后快速升温至固相烧结温度(1000℃以上)高温烧结，保温1小时，冷却出炉，制得的镁和镁合金熔融体净化用泡沫陶瓷是以氧化镁为基体的泡沫状多孔体，所述的泡沫状多孔体含有氧化镁80-95％，萤石3-5％，三氧化二硼3～10％，泡沫状多孔体呈空间开放互通网状，其中空洞互相连通，空隙率为80％-95％。
高温烧结工艺的升温程序要保证较低温度时泡沫坯不损坏，变形均匀。由于添加剂和骨料可能发生固相反应、扩散、液相浸润、液相反应等互相作用，因此多孔体在烧成时会产生一定的收缩。各种工艺参数要恰到好处，例如在较低温度下进行排塑，此时升温速度应缓慢，以防止塑料过快燃尽而使孔塌陷，待塑料燃烧挥发后，应以较快的速度升温。烧结温度过高或烧结时问过长，都会引起形成闭孔或气孔率降低。
Claims (2)
1、一种镁和镁合金熔融体净化用泡沫陶瓷，其特征是：是以氧化镁为基体的泡沫状多孔体，所述的泡沫状多孔体含有氧化镁80-95％，萤石1-5％，三氧化二硼3-10％，泡沫状多孔体呈空间开放互通网状，其中空洞互相连通，空隙率为80％-95％。
2、权利要求1所述的镁和镁合金熔融体净化用泡沫陶瓷的制备方法，依序包括如下步骤：
1)选用内连通大孔径软质聚氨脂泡沫塑料，空隙率不小于90％，孔洞分布均匀，按过滤器的规格型号剪裁；
2)浆料成分为氧化镁基体，包含4-6％硼酸、3-5％硫酸镁、3-5％萤石，用适量的水把各成分的固体粉沫和水混合成浆；加入少量的羧甲基纤维素有机粘结剂；
3)把软质聚氨脂泡沫塑料浸渍浆料，揉捏并挤出过剩的浆料，粘有浆料的软质聚氨脂泡沫塑料恢复原来的形状后，留在泡沫纤维上的浆料经风干、干燥；
4)把步骤3)获得的已浸渍浆料的经风干、干燥软质聚氨脂泡沫塑料，平放于铺有均匀一层耐火粉的陶瓷耐热托板上，室温入炉，慢速升温至150℃低温排塑，待泡沫塑料燃烧挥发后，然后快速升温至不小于1000℃的固相烧结温度高温烧结，保温1小时，冷却出炉，即为镁和镁合金熔融体净化用的泡沫陶瓷成品。
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