镁合金熔炼工艺.pdfVIP

特种铸造及有色合金2004年年会专刊—— 镁合金熔炼工艺 华北工学院郭琪敏+ 靳玉春 摘 要 本文论述了目前国内外的镁合金熔炼的主要工艺，指出了现有生产工艺的问题和未来的发展方向。其中说明了 镁合金熔炼保护的关键问题和保护方法；指出了实际生产中精炼的原理和步骤；并介绍了各种变质处理的方法。 关键词：镁合金熔炼精炼变质 中图分类号：TGl46．2+2 文献标识码：A 1镁合金熔炼 镁合金被公认为当今最有前途的汽车轻量化材料， 被誉为2l世纪的“绿色”材料。但镁合金最大的缺点是 活性高、易氧化燃烧。为此人们做了大量工作在熔炼和 成型过程中防止镁的氧化和燃烧，解决镁合金的氧化燃 烧是今后镁合金大量应用的关键u J。 1．1镁合金的一些重要反应 (1)镁与氧 2Mg+02—2MgO 镁与氧的化学亲和力很大，而且生成的氧化膜是疏 松的(a=0．79)。温度高于500℃氧化加速，液态镁遇 氧时即发生剧烈氧化而燃烧，放出大量的热量，而生成 MgO层绝热性又很好，使反应生成之热量不能很好地散 出去，因而提高了反应界面上的温度，温度的提高又促 进了镁的氧化，使镁燃烧加剧。如此循环下去，将使反 应界面上的温度越来越高，最高甚至可达2 850℃，此 时已引起镁的大量气化，使燃烧大大加剧引起爆炸。 (2)镁与水 Mg+H20—MgO+H2十 Mg+2H20一Mg(0H)2+H2十 当熔融的镁液与水接触时，由于发生上述反应而放 出大量之热，加之反应产物氢与周围大气中的氧迅速反 应以及液态的水受热而迅速汽化，因而将导致猛烈的爆 炸，引起镁液的剧烈飞溅。 (3)镁与氮气 3Mg+N2一M趵N2 镁与氮气在室温下反应速度极慢，当镁处于液态 时，反应速率加快，生成的M＆N2膜亦不能防止镁的蒸 发。所以氮气不能阻止镁熔体的氧化和燃烧。怛J (4)镁与硫(二氧化硫) Mg+pM痨 镁液与硫(s)相遇时，硫即蒸发为蒸气(硫的沸点为 444．6℃)，并在镁液表面形成严密的MgS膜，如果在大 气中将硫撒在镁液上，则除了上述反应外，硫蒸气遇氧 后即生成s02，s02与镁液相遇时，即发生下列放热反 应。 3Mg+S02—2M护+MgS 4Mg+2S02—4M护+2S 生成的2MgO+Mgs复合表面膜近似严密，所以具 有阻缓镁液氧化的作用，但如温度高于750 qC时，此膜 将不再能起保护作用，s02将与镁液发生剧烈反应而生 成大量硫化物夹杂。 1．2镁熔炼的保护方法 镁合金的防氧化燃烧最初使用熔剂保护，熔剂可阻 止镁与氧或水蒸气反应，有效地阻止镁合金的燃烧。目 前国内常使用的保护熔剂是商品化的RJ系列熔剂旧J。 其中，用得最为广泛的是RJ2熔剂。熔剂的组分主要是 氯盐和氟盐。国外某些航空企业所使用的熔剂成分与 国内RJ系列熔剂大致相同HJ。上海交大研制出JDMF 覆盖剂和JDⅢ精炼剂[5J，取得了较好的效果。 20世纪70年代中期，美国密西根大学发明了sF6 与空气混合的气体保护工艺，这也是国外目前普遍采用 的防燃方法。但SF6能长期滞留在大气中，其生命周期 估计可达3200年，它的温室效应能力是C02的23 900 倍，[6]随着环保要求的日益严格，sF6混合的气体保护工 艺必将很快地受到限制甚至取缔。因此国际上投入大 量的人力与物力研究新型保护方法。 镁合金的防氧化燃烧的另一个途径是向镁合金中 添加合金元素。这种方法也是解决易氧化燃烧合金的 常用方法[7，8。。日本较早研究了加Ca防止镁合金燃烧 的问题[9|，日本在添加元素阻燃方面研究较多，㈨11|。 哈尔滨工业大学的黄晓锋，吉林工业大学的周宏，何镇 明以Ce为主研究了元素对起燃温度的影响并与国外研 究较多的钙元素的作用进行了对比，认为Ce与Ca同样 对镁合金的阻燃具有显著作用u2|，但效果不理想。 20世纪末澳大利亚发明了氟碳氢化合物保护法， ÷郭琪敏，男，1979年出生，硕士生，华北工学院材料科学与工程系，太原市尖草坪(300051)，电话：035l一3557423E—nlail：so棚25@111ail．ncust．edu．cn 收稿日期：2004—03—21 256 这种化合物虽然含氟，但初步研究证明在高温下没有发 现产生有毒气体、不会对大气臭氧层造成破坏。它的温 室效应能力不足SF6的1／18，价格仅为SF6的l／3。一旦 出现镁燃烧时还具有阻止镁燃烧的能力H3’14|。它可大 幅度减少环境污染、保证镁合金质量、提高防燃效果、降 低生产成本，是目前最先进的保护方法，已申请了专利。 2镁液的精炼 精炼过程中将镁液搅动使其作上下循环流动的目 的是为了延长熔剂滴的行程，使熔剂在镁液中经多次循 环后，方下沉，增加镁液中的氧化夹杂物与熔剂接触而 被吸附的机会。已由试验证实：搅动大大加快了夹杂物