一種防止鎂合金氧化燃燒的氣體保護方法

2023-07-29 12:23:26

專利名稱：一種防止鎂合金氧化燃燒的氣體保護方法
技術領域：
本發明涉及一種防止鎂合金氧化燃燒的方法，採用六氟丙烯(又稱全氟丙烯,分子式C3F6) 與稀釋氣體的混合氣體作為鎂合金熔煉時的保護氣體，屬於鎂合金冶金技術領域。
背景技術：
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，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。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。S02由於腐蝕性大，洩漏易造成環境汙染，因此上世紀70年代以來普遍採 用SFe混合氣體的氣體保護技術。然而，上世紀末，溫室效應所引起的環境問題引起人們的關 注，SFe是一種嚴重的溫室效應氣體，其溫室效應約為C02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SFe， 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SFe氣 體保護技術。

發明內容
為了解決當前國際鎂工業界使用高溫室效應的SFe或腐蝕性大的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，本發明提供了一種用六氟丙烯(又稱全氟丙烯，
分子式C3F》氣體防止鎂合金高溫氧化燃燒的方法。該方法使用的六氟丙烯氣體具有低溫室效 應、無色無臭，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，具有顯著的環保價值和經濟效益，適合工業化大規模推廣應用。
本發明提出的防止鎂合金氧化燃燒的方法，其特徵在於:所述方法是通過在鎂合金熔煉時
通入由六氟丙烯和稀釋氣體組成的混合氣體進行鎂合金熔煉保護；所述氣體在鎂合金熔煉時，
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。
在上述的方法中，六氟丙烯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。
本發明與現有的SF6或S02氣體保護技術相比，具有環保，可有效防止鎂合金氧化燃燒的特點。六氟丙烯(分子式C:,FJ通常情況下為無色無臭氣體，熔點-156.2°C，沸點-29.4。C，相 對密度1.58，具有良好的環境性能(ODPi, GWP=2)，不燃，作為鎂合金熔煉保護氣體具有 良好的保護效果，因此，其作為SFe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。
具體實施例方式
下面結合實例對本發明做進一步詳細說明。
本發明通過在鎂合金熔煉爐內通入六氟丙烯(分子式C3Fe)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六氟丙烯氣體和稀釋氣體，六氟丙烯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。鎂合金熔煉爐根據實 際生產情況而定，可以是密封的，也可以是非密封的。根據熔煉爐的密封情況和熔煉要求， 確定混合氣體的組成。在無密封的熔煉爐中，混合氣體各組分的體積百分比為0.05% 3%六 氟丙烯、97% 99.95%稀釋氣體；在密封的熔煉爐中，混合氣體各組分的體積百分比0.01% 10%六氟丙烯、90% 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。在無密封的熔煉爐中，熔煉時一直通入混 合氣體，氣體流量為0.5 100L/min，直到熔煉澆注結束。在密封的熔煉爐中熔煉鎂合金時， 利用真空系統排除熔煉爐內的空氣，當熔煉爐內氣體壓力降到O. 1 10Pa時，關閉真空泵， 打開充氣口，利用氣體輸入裝置通過充氣口向熔煉爐內通入混合氣體，當混合氣體壓力為5 xl(TPa 2xl05pa時，關閉充氣口，打開加熱爐電源，熔煉鎂合金。
實施例l
在無密封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. 3% 六氟丙烯(分子式GF6)和99. 7%&的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘1L，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，蓋上甜堝蓋。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%六氟丙烯和99. 7%N2, 混合氣體的流量為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680°C，保溫5小時，然後進行澆注。在整個 熔煉和保溫過程中，含六氟丙烯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2在無密封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0.3% 六氟丙烯和99.7%1^的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘l.OL,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lCTC/分鐘，200'C時通入混合氣體，混合氣體組成為0. 3%六氟丙烯和99. 7%N2， 混合氣體的流量為l.OL/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70(TC，保溫1小時，然後進行澆注。在 整個熔煉和保溫過程中，含六氟丙烯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3
在密封熔煉爐中熔煉鎂合金AZ91D，熔煉爐容積30升，熔煉溫度680。C，使用0. 1%六氟 丙烯和99.9% N2的混合氣體進行保護。
將烘乾過的鎂合金爐料(3千克)放入密封熔煉爐內的坩堝中，之後蓋上密封熔煉爐蓋。 打開真空系統，排除熔煉爐內的空氣，當熔煉爐內壓力為1Pa時，關閉真空泵。利用保護氣 體輸入裝置通過充氣口向密封熔煉爐內充入0. 1%六氟丙烯和99. 9% N2的混合氣體，當爐內壓 力為lxl5pa時，關閉充氣口。打開加熱爐電源，開始熔煉鎂合金，熔煉溫度68(TC，保溫 l小時。在整個鎂合金熔煉過程中，沒有發生氧化燃燒現象。
實施例4
在密封熔煉爐中熔化鎂合金AZ91D，容積30升，熔煉溫度68(TC，使用2.0%六氟丙烯、 48.0%化和50%空氣的混合氣體進行保護。
將烘乾過的鎂合金爐料(3千克)放入密封熔煉爐內的坩堝中，之後蓋上熔煉爐蓋。打 開真空系統，排除熔煉爐內的空氣，當熔煉爐內壓力為1Pa時，關閉真空泵。利用保護氣體 輸入裝置通過充氣口向密封熔煉爐內充入2.0%六氟丙烯、48.0% &和50%空氣的混合氣體， 當爐內壓力為lxl05Pa時，關閉充氣口。打開加熱爐電源，開始熔煉鎂合金，熔煉溫度680 °C，保溫3小時。在整個鎂合金熔煉過程中，鎂合金沒有發生氧化燃燒現象。
以上實施例說明，在熔煉爐中熔煉鎂合金時，釆用含六氟丙烯的混合氣體進行熔煉保護， 具有良好的保護效果，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，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
1.一種防止鎂合金氧化燃燒的氣體保護方法，其特徵在於所述方法是在熔煉鎂或鎂合金的同時，在熔煉爐內通入由六氟丙烯氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進行熔煉保護。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在鎂合金熔煉時，將所述的六氟丙烯和稀釋氣體用常規的方法進行乾燥、混合併輸送到需要保護的鎂合金表面進行保護；所述稀釋氣 體為化、C02、 Ar和壓縮空氣中的一種或多種。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於:所述混合氣體中，六氟丙烯佔混合氣 體的體積含量為0. 01 10%，稀釋氣體佔混合氣體的總體積含量為90 99. 99%。
全文摘要
本發明涉及一種防止鎂合金氧化燃燒的氣體保護方法，屬於鎂合金冶金技術領域。所述方法是通過在鎂合金熔煉時通入由六氟丙烯(又稱全氟丙烯，分子式C3F6)氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進行鎂合金熔煉保護；當鎂合金熔煉時，用常規的方法進行氣體的乾燥、混合併輸送至需要保護的鎂合金表面進行保護。在混合氣體中，六氟丙烯和稀釋氣體的純度為工業用純度，稀釋氣體為乾燥的N2、CO2、Ar和壓縮空氣中的一種或多種。根據鎂合金熔煉爐的密封情況，採用不同比例的混合氣體和通氣方式。採用含六氟丙烯的混合氣體進行鎂合金熔煉保護，具有良好的保護效果和環保優勢(六氟丙烯的ODP＝0，GWP＝2，無臭，不燃)，熔煉保護工藝簡單，因而有很好的工業應用前景。
文檔編號C22C23/00GK101302588SQ20081011487
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月13日 優先權日2008年6月13日
發明者熊守美, 曉 陳 申請人:清華大學;福州大學