CN1472350A

CN1472350A - 镁铝系镁合金晶粒细化复合熔剂及其制备方法

Info

Publication number: CN1472350A
Application number: CNA031293832A
Authority: CN
Inventors: 吴国华; 卢晨; 丁文江; 翟春泉; 徐小平
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: SHANGHAI HAOHUA MOULD CO Ltd
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2004-02-04
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: CN1186470C

Abstract

本发明提供一种镁铝系镁合金晶粒细化复合熔剂及其制备方法，复合熔剂的化学组分除了40－55％氯化镁、10－22％氯化钾、10－20％氯化钠、1－5％氯化钙、5－15％氟化钙、1－5％氯化钡外，还加入了1－4％六氯乙烷、5－20％碳酸镁以及1－5％碳酸钙或碳酸锶。本发明制成的复合熔剂活性较强，能有效去除镁熔体内的夹杂物，并且由于加入了晶粒细化剂，大大增加了镁熔体内的结晶晶核，使镁合金晶粒得到有效细化，提高了镁合金的机械性能及抗腐蚀性能。本发明的熔剂与合金液有较大的比重差，化学稳定性好，不与合金、炉衬和炉气发生化学反应，不产生熔剂夹杂。

Description

镁铝系镁合金晶粒细化复合熔剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及的是一种新型镁合金熔剂及其制备方法，尤其是一种具有变质细化效果的Mg-Al系镁合金晶粒细化复合熔剂及其制备方法。属于金属材料及冶金类领域。

背景技术：

镁化学性质活泼，镁合金中往往含有大量氧化物及Fe、Ni、Cu等杂质元素，这些杂质显著降低镁合金的力学性能和抗蚀性。因此，镁合金熔炼过程中要使用熔剂对其进行精炼处理，精炼处理的目的在于清除混入合金中的杂质元素及非金属夹杂物如氧化皮等。要求熔剂能很好地吸附杂质，且能与镁合金熔体完全分离，以避免产生熔剂夹杂，否则会显著降低镁合金的力学性能和腐蚀性能。目前普遍使用的是RJ2熔剂，该熔剂对镁熔体内的夹杂物吸附性不够强，且熔剂易于混入合金液成为熔剂夹杂，严重影响合金的性能。如文献(陆树荪等，《有色铸造合金及熔炼》，国防工业出版社，1983年5月出版，P195-199)中所描述。

另外，RJ2熔剂对镁合金没有变质细化作用。事实上，镁合金的晶粒细化工艺具有非常重要的意义，常用的镁合金的晶粒细化工艺一般是在液态时加入各种晶粒细化剂来进行晶粒细化处理。众所周知，Zr对镁晶粒有明显的细化效果，可以使合金的力学性能有明显的提高。但对于Mg-Al系镁合金，由于Zr和Al易形成稳定的化合物Al₃Zr，而Al₃Zr晶体为体心正方型，晶格常数与镁相差较大，而且形成Al₃Zr将造成合金中Al和Zr的损失，所以Mg-Al系合金中不能用Zr细化晶粒。对于Mg-Al系合金较成功的晶粒细化工艺是加碳变质法，其原理是向镁熔体内加入碳化物(如MgCO₃)进行变质处理，MgCO₃在镁熔体的高温下分解并发生下列反应：和。新生的C原子与Al化合( )形成大量弥散的Al₄C₃质点，Al₄C₃是高熔点高稳定性化合物，其在镁液中以固态质点形式存在，Al₄C₃与α-Mg均为六方晶系，两者晶格常数相近。根据金属结晶原理，晶格常数错配度小于9％即可成为晶核，故Al₄C₃是Mg原子良好的非均质晶核，因而大量弥散的Al₄C₃晶核使Mg晶粒细化。

目前镁合金的精炼处理与变质处理是单独进行的，而且通常将精炼分成两次进行。第一次精炼在变质之前，它起去除镁液中的大部分氧化物的作用。第二次精炼在变质后进行，起去除在变质时可能产生的新的氧化夹杂的辅助作用。故要对镁熔体进行三次处理，不仅大大增加了工艺的复杂性，提高了成本，而且由于变质后还要进行一次精炼处理，从而延长了镁液变质后在高温下滞留的时间，使得变质作用衰退，降低了变质效果，甚至造成变质的失效。

另一方面，目前Mg-Al类合金的变质处理最常用的是单独加入MgCO₃的加碳变质法。其工艺过程为：将占镁液一定重量的MgCO₃包紧在铝箔中，用钟罩分成2-3批压入720-730℃的镁液中进行变质处理，直至液面不断冒气泡时为止。但是，单独加入MgCO₃的加碳变质工艺，由于MgCO₃在压入镁液后分解较快，故CO₂气泡的生成也较快、气泡比较大、上浮较快，因此变质效果较差。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有镁合金熔剂功能单一，应用范围较窄的不足之处，提出一种新型镁铝系镁合金晶粒细化复合熔剂及其制备方法，制得的复合熔剂在使用过程中具有很强活性，既能去除镁熔体中的非金属夹杂物，又能有效细化镁合金晶粒，对熔体有良好的除渣、除气、变质、细化作用。

为实现这个目的，本发明提供的Mg-Al系镁合金晶粒细化多功能复合熔剂的化学组成在现有熔剂的基础上作了调整，并加入了晶粒细化剂碳酸镁、六氯乙烷以及附加物。其成分范围为：40-55％氯化镁(MgCl₂)、10-22％氯化钾(KCl)、10-20％氯化钠(NaCl)、1-5％氯化钙(CaCl₂)、5-15％氟化钙(CaF₂)、1-5％氯化钡(BaCl₂)、1-4％六氯乙烷(C₂Cl₆)、5-20％碳酸镁(MgCO₃)以及1-5％附加物。附加物可以为碳酸钙、碳酸锶等。

本Mg-Al系镁合金晶粒细化多功能复合熔剂的生产方法为：将坩埚升温到一定温度后，加入氯化镁、氯化钾、氯化钠、氯化钙和氯化钡，升温到部分熔化后，加入氟化钙，升温到750-790℃，搅拌均匀，浇注成块。破碎后装入球磨机辗磨成粉状，用20-40号筛过筛。之后加入六氯乙烷、碳酸镁和附加物并用球磨机混合。配好的熔剂装入密闭容器中备用。

使用时，当镁合金在电阻坩埚炉内熔炼升温到～740℃时，将2-3％的精炼剂不断撒于液面，同时用精炼勺上下搅动，使镁液循环流动，以延长溶剂液滴的流程，使熔剂与镁熔体充分接触，通常保持10分钟左右液面呈光亮镜面为止。

本发明提供的Mg-Al系镁合金晶粒细化多功能复合熔剂具有显著的优点，该熔剂将镁合金的精炼处理与变质细化处理合为一体，简化了镁合金熔体处理工艺，降低了成本，而且由于变质后不需再进行精炼处理，减少了变质后镁熔体的静置时间，有效地提高了变质效果，改善了合金的性能。由于晶粒细化剂是以熔剂的形式加入镁熔体内，故其分解较慢、上浮较慢，提高了变质效果。本发明制成的Mg-Al系镁合金晶粒细化多功能复合熔剂活性较强，对镁熔体内的夹杂物有极强的吸附性，能有效地去除镁熔体内的夹杂物。并且由于本熔剂内加入了晶粒细化剂，大大增加了镁熔体内的结晶晶核，使镁合金晶粒得到了有效细化，同时使镁合金的缩松得到了显著改善，提高了镁合金的机械性能及抗腐蚀性能。本熔剂与合金液有较大的比重差，粘度合适，化学稳定性好，不与合金、炉衬和炉气发生化学反应，不产生熔剂夹杂。有害气体较少，符合工业卫生标准及废气排放要求。

具体实施方式：

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1：

镁合金晶粒细化多功能复合熔剂成分(质量百分数)：50％氯化镁(MgCl₂)、10％氯化钾(KCl)、10％氯化钠(NaCl)、5％氯化钙(CaCl₂)、12％氟化钙(CaF₂)、1％氯化钡(BaCl₂)、六氯乙烷1％、碳酸镁10％和碳酸钙1％。

本Mg-Al系镁合金晶粒细化多功能复合熔剂的生产方法为：将坩埚升温到约250℃后，加入氯化镁、氯化钾、氯化钠、氯化钙和氯化钡，升温到部分熔化后，加入氟化钙，升温到780℃，搅拌均匀，浇注成块。破碎后装入球磨机辗磨成粉状，用30号筛过筛。之后加入六氯乙烷、碳酸镁和碳酸钙并用球磨机混合。配好的熔剂装入密闭容器中备用。

使用时，当镁合金在电阻坩埚炉内熔炼升温到～740℃时，将3％的精炼剂不断撒于液面，同时用精炼勺上下搅动，使镁液循环流动，以延长溶剂液滴的流程，使熔剂与镁熔体充分接触，通常保持10分钟左右液面呈光亮镜面为止。用于AZ91镁合金，镁熔体中30μm以上夹杂物基本去除，晶粒平均尺寸为90μm，金属型试样的抗拉强度为188MPa以上，延伸率为3.0％。实施例2：

镁合金晶粒细化多功能复合熔剂成分(质量百分数)：40％氯化镁(MgCl₂)、20％氯化钾(KCl)、10％氯化钠(NaCl)、1％氯化钙(CaCl₂)、5％氟化钙(CaF₂)、5％氯化钡(BaCl₂)、六氯乙烷1％、碳酸镁15％和碳酸锶3％。

本Mg-Al系镁合金晶粒细化多功能复合熔剂的生产方法为：将坩埚升温到约300℃后，加入氯化镁、氯化钾、氯化钠、氯化钙和氯化钡，升温到部分熔化后，加入氟化钙，升温到760℃，搅拌均匀，浇注成块。破碎后装入球磨机辗磨成粉状，用20号筛过筛。之后加入六氯乙烷、碳酸镁和碳酸锶并用球磨机混合。配好的熔剂装入密闭容器中备用。

使用时，当镁合金在电阻坩埚炉内熔炼升温到～730℃时，将2％的精炼剂不断撒于液面，同时用精炼勺上下搅动，使镁液循环流动，以延长溶剂液滴的流程，使熔剂与镁熔体充分接触，通常保持10分钟左右液面呈光亮镜面为止。用于AZ91镁合金，镁熔体中35μm以上夹杂物基本去除，晶粒平均尺寸为95μm，金属型试样的抗拉强度为180MPa以上，延伸率为2.5％。

实施例3：

镁合金晶粒细化多功能复合熔剂成分(质量百分数)：40％氯化镁(MgCl₂)、10％氯化钾(KCl)、20％氯化钠(NaCl)、3％氯化钙(CaCl₂)、10％氟化钙(CaF₂)、3％氯化钡(BaCl₂)、六氯乙烷4％、碳酸镁5％和碳酸钙5％。

本Mg-Al系镁合金晶粒细化多功能复合熔剂的生产方法为：将坩埚升温到约350℃后，加入氯化镁、氯化钾、氯化钠、氯化钙和氯化钡，升温到部分熔化后，加入氟化钙，升温到790℃，搅拌均匀，浇注成块。破碎后装入球磨机辗磨成粉状，用40号筛过筛。之后加入六氯乙烷、碳酸镁和碳酸钙并用球磨机混合。配好的熔剂装入密闭容器中备用。

使用时，当镁合金在电阻坩埚炉内熔炼升温到～735℃时，将2.5％的精炼剂不断撒于液面，同时用精炼勺上下搅动，使镁液循环流动，以延长溶剂液滴的流程，使熔剂与镁熔体充分接触，通常保持10分钟左右液面呈光亮镜面为止。用于AZ91镁合金，镁熔体中30μm以上夹杂物基本去除，晶粒平均尺寸为85μm，金属型试样的抗拉强度为185MPa以上，延伸率为3.0％。

Claims

1、一种镁铝系镁合金晶粒细化复合熔剂，其特征在于成分范围为：40-55％氯化镁、10-22％氯化钾、10-20％氯化钠、1-5％氯化钙、5-15％氟化钙、1-5％氯化钡外，还加入了1-4％六氯乙烷、5-20％碳酸镁以及1-5％的附加物碳酸钙或碳酸锶。

2、一种权利要求1所说的镁铝系镁合金晶粒细化复合熔剂的制备方法，其特征在于将坩埚升温后，加入氯化镁、氯化钾、氯化钠、氯化钙和氯化钡，升温到部分熔化后，加入氟化钙，升温到750-790℃，搅拌均匀，浇注成块，破碎后装入球磨机辗磨成粉状，过筛后加入六氯乙烷、碳酸镁和附加物并用球磨机混合，配好的熔剂装入密闭容器中备用。