鎂合金熔煉阻燃保護方法
2023-07-29 07:20:26
專利名稱：：鎂合金熔煉阻燃保護方法
技術領域：
：本發明屬於鎂合金冶金
技術領域：
，更涉及一種鎂合金熔煉阻燃保護方法。技術背景鎂合金不僅密度小、比強度高、比剛度高，而且還具有阻尼性能好、切削加工性能好、導電性好、尺寸穩定、成本低、無汙染、易回收等優點，在汽車、通訊、電子和航天航空等領域得到日益廣泛的應用，是21世紀重要的輕質高強度材料之一。但是，一些阻礙鎂合金大規模應用的關鍵技術還沒有得到解決，如鎂合金在熔煉、加工和熱處理等過程中易發生氧化燃燒現象。多年來，人們一直在尋找阻止鎂合金熔煉過程中氧化燃燒的方法。目前，國內外常用的阻止鎂合金燃燒的方法有三種熔劑保護法、合金元素法和氣體保護法。熔劑保護法簡便易行，保護效果好，能起到良好的阻燃作用，但容易產生熔劑夾雜，損害合金的力學性能和耐腐蝕性能，在高溫下易揮發產生HC1，Cl2等有毒氣體，對環境和工作人員造成不良影響。鑑於以上原因，熔劑保護法的應用已經大大減少。合金元素法能夠在阻燃的同時調節合金成分，是阻止鎂合金燃燒的一種簡便易行的方法。但是，這種方法也存在明顯的缺點，如難以同時兼顧阻燃性能和力學性能，因此其大規模的應用依然存在困難。氣體保護法是目前應用最廣的鎂合金熔煉保護方法。工業上常用的保護氣體有SF6和S02等。由於S02腐蝕性大，洩漏易造成環境汙染，故自上世紀70年代以來，以SF6混合氣體為代表的氣體保護技術一直是鎂合金普遍採用的阻燃保護方法。然而，上世紀末，溫室效應所引起的環境問題日益引起人們的關注，SF6是一種嚴重的溫室效應氣體，其溫室效應約為CO2的23900倍，屬於1997年京都議定書中規定要逐步淘汰的氣體。歐美等發達國家已經立法，在2010年前逐步限制和停止使用SF6，國際鎂業協會(IMA)也確定鎂工業界於2015年前實現SF6的零排放。因此，當今鎂工業界面臨嚴峻的挑戰，迫切需要尋找優質、高效、環保的保護氣體和保護技術，以替代現有的SF6氣體保護技術。
發明內容本發明的目的是提供一種鎂合金熔煉阻燃保護方法，該方法使用的1，1，1,2，3,3,3-七氟丙烷(HFC-227ea)氣體具有低溫室效應、在使用濃度下，毒性極低，幾乎對人體無影響，優質、高效、環保，成本低，方法簡單易行，解決當前國際鎂工業界使用高溫室效應的SF6和有毒的S02氣體進行鎂合金熔煉保護時所帶來環境、設備和人體危害等問題，具有顯著的環保價值和經濟效益，適合工業化大規模推廣。本發明鎂合金熔煉阻燃保護方法，包括鎂合金熔煉，其特徵在於在熔煉鎂合金的同時在鎂合金熔煉爐內通入由1，1，1,2,3，3，3-七氟丙垸HFC-227ea氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進行鎂合金熔煉阻燃保護，直到熔煉澆注結束。本發明與現有的SF6或S02氣體保護技術相比，具有無毒、環保，成本降低，可有效防止鎂合金氧化燃燒的特點。HFC-227ea(l，l，l，2,3,3，3-七氟丙烷，分子式C3F7H)通常情況下為無色無味氣體，熔點-13rC，沸點-16.4。C，具有良好的環境性能(ODP^，1000年GWP值為2900，僅相當於SF6的12%)，在使用濃度下無毒、阻燃(如可作為哈龍滅火劑替代品)，作為鎂合金熔煉保護氣體具有很好的保護效果，因此，其作為SF6和S02保護氣體的替代品具有無可比擬的優勢。己在實驗室穩定運行，證明安全可靠，具有顯著的環保價值和經濟效益，適合工業化大規模推廣。具體實施方式本發明通過在鎂合金熔煉爐內通入HFC-227ea氣體和稀釋氣體(可用乾燥的N2、C02、Ar和壓縮空氣中的一種或多種)的混合氣體進行鎂合金熔煉保護。鎂合金熔煉時，用常規的方法進行氣體的乾燥、混合和輸送至需要保護的鎂合金表面進行保護作用。本發明的鎂合金熔鍊氣體保護方法具體實施步驟為準備用於鎂合金熔煉保護的HFC-227ea氣體和稀釋氣體，HFC-227ea氣體和稀釋氣體的純度為工業用純度，稀釋氣體為乾燥的N2、C02、Ar和壓縮空氣中的一種或多種。混合氣體各組分的體積百分比為0.01%5%的HFC-227ea、95%99.99%稀釋氣體。在鎂合金熔煉需要使用氣體保護時，用常規的方法將乾燥、混合的氣體輸送至需要保護的鎂合金表面。根據熔煉爐的密封狀況，通入的混合氣體每分鐘流量為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的0.01%~15%，直到熔煉澆注結束。下面結合實例對本發明做進一步詳細說明，但是本發明不僅限於此。實施例l在電阻坩堝爐中熔煉鎂合金AZ91D,熔煉爐容積25升，熔煉溫度700°C，使用0.15。/。HFC-227ea和99.85%N2的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘1L(約為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的5%)，進行鎂合金熔鍊氣體保護。將烘乾過的爐料(3千克)放入電阻坩堝爐的坩堝中，蓋上坩堝蓋。開啟熔煉爐，加熱坩堝，升溫速率10'C/分鐘，200'C時通入混合氣體，混合氣體組成為0.15%HFC-227ea和99.85%N2的混合氣體，混合氣體的通入量為1L/min加熱升溫至熔化後，保護氣體在鎂熔體表面迅速形成一層緻密的、具有良好保護性的保護膜，熔化後繼續升溫到700°C，保溫1小時，然後進行澆注。在整個熔煉和保溫過程中，含HFC-227ea的混合氣體對鎂合金液的保護效果很好，即使採用攪拌杆破壞鎂合金液表面的保護膜，也會很快形成新的保護膜起保護作用，沒有發生鎂合金液燃燒現象。實施例2在電阻坩堝爐中熔煉鎂合金AZ91D,熔煉爐容積25升，熔煉溫度680°C,使用0.2%HFC-227ea和99.8°/。乾燥壓縮空氣的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘0.8L(約為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的4%)，進行鎂合金熔鍊氣體保護。將烘乾過的爐料(3千克)放入電阻坩堝爐的坩堝中，蓋上坩堝蓋。開啟熔煉爐，加熱坩堝，升溫速率10。C/分鐘，20(TC時通入混合氣體，混合氣體組成為0.2%HFC-227ea和99.8%乾燥壓縮空氣的混合氣體，混合氣體的通入量為0.8L/min加熱升溫至熔化後，保護氣體在鎂熔體表面迅速形成一層緻密的、具有良好保護性的保護膜，熔化後繼續升溫到68(TC，保溫l小時，然後進行澆注。在整個熔煉和保溫過程中，含HFC-227ea的混合氣體對鎂合金液的保護效果很好，即使採用攪拌杆破壞鎂合金液表面的保護膜，也會很快形成新的保護膜起保護作用，沒有發生鎂合金液燃燒現象。實施例3在電阻坩堝爐中熔煉鎂合金AM50，熔煉爐容積25升，熔煉溫度73(TC，使用0.3%HFC-227ea和99.7%乾燥壓縮空氣的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘l.OL(約為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的5%)，進行鎂合金熔鍊氣體保護。將烘乾過的爐料(3千克)放入電阻坩堝爐的坩堝中，蓋上坩堝蓋。開啟熔煉爐，加熱坩堝，升溫速率1(TC/分鐘，20(TC時通入混合氣體，混合氣體組成為0.3%HFC-227ea和99.7%乾燥壓縮空氣，混合氣體的流量為1.0L/min，加熱升溫至熔化後，保護氣體在鎂熔體表面迅速形成一層緻密的、具有良好保護性的保護膜，熔化後繼續升溫到73(TC，保溫1小時，然後進行澆注。在整個熔煉和保溫過程中，含HFC-227ea的混合氣體對鎂合金液的保護效果良好，即使採用攪拌杆破壞鎂合金液表面的保護膜，也會很快形成新的保護膜起保護作用，沒有發生鎂合金液燃燒現象。實施例4在電阻坩堝爐中熔煉鎂合金AM50，熔煉爐容積25升，熔煉溫度70(TC,使用0.1%HFC-227ea和99.9。/。N2的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘1.5L(約為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的7.5%)，進行鎂合金熔鍊氣體保護。將烘乾過的爐料(3千克)放入電阻坩堝爐的坩堝中，蓋上坩堝蓋。開啟熔煉爐，加熱坩堝，升溫速率IO'C/分鐘，20(TC時通入混合氣體，混合氣體組成為0.P/。HFC-227ea和99.9%N2的混合氣體，混合氣體的流量為1.5L/min，加熱升溫至熔化後，保護氣體在鎂熔體表面迅速形成一層緻密的、具有良好保護性的保護膜，熔化後繼續升溫到7(XTC，保溫1小時，然後進行澆注。在整個熔煉和保溫過程中，含HFC-227ea的混合氣體對鎂合金液的保護效果良好，即使採用攪拌杆破壞鎂合金液表面的保護膜，也會很快形成新的保護膜起保護作用，沒有發生鎂合金液燃燒現象。表1為純鎂在採用乾燥空氣為稀釋氣氛下，不同熔煉溫度下所需的HFC-227ea濃度，氣體流量為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的5%。表l純鎂不同溫度下熔煉所需HFC-227ea濃度tableseeoriginaldocumentpage6以上實施例說明，採用含HFC-227ea的混合氣體進行鎂合金熔煉保護，具有很好的保護效果，與六氟化硫的保護效果相當，但比六氟化硫更具有環保優勢和經濟優勢，而且熔煉保護工藝簡單，因此具有很好的工業應用前景。權利要求1.一種鎂合金熔煉阻燃保護方法，包括鎂合金熔煉，其特徵在於在熔煉鎂合金的同時在鎂合金熔煉爐內通入由1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進行鎂合金熔煉阻燃保護，直到熔煉澆注結束。2.根據權利要求1所述的鎂合金熔煉阻燃保護方法，其特徵在於所述氣體在進入鎂合金熔煉時，用常規的方法進行氣體的乾燥、混合和輸送至需要保護的鎂合金表面進行保護。3.根據權利要求1所述的鎂合金熔煉阻燃保護方法，其特徵在於所述的混合氣體中，HFC-227ea和稀釋氣體的純度均為工業用純度，所述稀釋氣體為乾燥的N2、C02、Ar和壓縮空氣中的一種或多種。4.根據權利要求l、2或3所述的鎂合金熔煉阻燃保護方法，其特徵在於所述在混合氣體中，所用的保護氣體HFC-227ea佔混合氣體的體積含量為0.0150/。，稀釋氣體佔混合氣體的總體積含量為9599.99%，通入的混合氣體每分鐘流量為鎂合金熔體表面以上封閉氣體體積的0.01%15%。全文摘要本發明提供一種鎂合金熔煉阻燃保護方法，在熔煉鎂合金的同時在在鎂合金熔煉爐內通入由1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進行鎂合金熔煉阻燃保護，直到熔煉澆注結束。本發明使用的HFC-227ea氣體低溫室效應、在使用濃度下，毒性極低，幾乎對人體無影響，優質、高效、環保，方法簡單易行，解決當前國際鎂工業界使用高溫室效應的SF6和有毒的SO2氣體進行鎂合金熔煉保護時所帶來環境、設備和人體危害等問題，具有顯著的環保價值和經濟效益，適合工業化大規模推廣。文檔編號C22C1/02GK101265527SQ20081007100公開日2008年9月17日申請日期2008年5月6日優先權日2008年5月6日發明者朱立生,曉陳申請人:福州大學