一種無熔劑的鎂合金純淨化方法
2023-05-21 00:16:16 1
專利名稱：一種無熔劑的鎂合金純淨化方法
技術領域：
本發明涉及鎂合金的熔煉工藝，具體涉及在熔煉過程中去除雜質元素的純淨化方法。
背景技術：
鎂合金具有密度小、比強度比剛度高、阻尼減振降噪能力強、液態成型性能優越、 能屏蔽電磁輻射和易於回收利用等一系列優點，在汽車、摩託車等交通工具、3C產品、手動工具、航空航天及國防軍工等領域具有廣闊的應用前景。隨著很多金屬礦產資源的日益枯竭，鎂以其資源豐富而日漸受到重視，特別是結構輕量化技術及環保問題的需求更加刺激了鎂合金工業的發展。純淨的鎂熔體是獲得優質鎂合金材料的基本前提，然而原材料及熔煉工具等會帶入多種雜質元素，有害雜質元素的存在影響了熔體純淨度，將大大降低鎂合金鑄錠的品質， Fe、Si、Cu、Ni等雜質會嚴重影響鎂合金材料的耐腐蝕性能、機械性能和成形性能。在鎂合金的這些金屬雜質中，狗是危害最大的元素。由於!^e和Mg不形成化合物，固態Mg中!^e元素以原子形式存在於晶界處，Fe雜質能顯著降低抗腐蝕性、強度、塑性及加工性能。因此，研究和開發鎂合金熔體純淨化技術，有效地減少鎂合金鑄坯中！^雜質元素的含量刻不容緩。常規生產中採用Mn、Ti、&、Be、B等元素的單質或化合物作為熔劑(除鐵劑)以降低狗含量。但是這些熔劑在除鐵的同時會帶入新的夾雜，而且熔劑除狗通常要在高溫下進行，這樣增加了鎂及合金元素燒損、提高了熔煉生產成本。
發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種無熔劑的鎂合金材料純淨化方法，本發明效果好，可以在較低溫度條件下有效去除狗雜質元素，顯著提高了鎂合金材料的純度與性能，生產過程中金屬氧化和燒損少，並且所用工藝設備為常規通用設備， 成本較低，容易操作，工業上易於實現。本發明的技術方案是這樣實現的一種無熔劑的鎂合金純淨化方法，本方法是將變質處理且成分符合要求的合金液進行降溫重熔處理，降溫重熔處理具體步驟為
1)停止對合金液熔煉爐加熱，使合金液冷卻至620-680°C，此時合金液變成粘稠狀；
2)然後再對合金液熔煉爐重新加熱，使合金液升溫至700-710°C，此時合金液重新變成均勻熔體，在該溫度下即可對熔體進行澆注得到鎂合金鑄錠。第1)步冷卻時間長於第2)步升溫時間。進一步地，第1)步冷卻速率為1. (Tl. 4 0C / min (優選1. 1 °C / min)；第2)步升溫速率為 1. 6-2. 0 0C / min (優選 1. 8 °C / min)。本發明通過降溫重熔工藝達到除鐵的目的。熔體降溫至680°C以下時，由於狗在Mg中溶解度明顯減小，Fe元素將大量析出；而後通電升溫至澆注溫度，升溫過程中部分元素會重新溶入鎂合金熔體之中，但是由於升溫時間明顯小於降溫時間(例如，合金熔體從 730°C降溫至630°C，所需時間約為90 min，而溫度從630°C升至710°C則僅用時45 min。)， 因此升溫過程中溶入合金熔體中的狗含量低於降溫過程中析出的狗含量，這樣澆注製備的鎂合金材料的狗雜質含量得以有效減少。相比現有技術，本發明具有如下優點
1.本發明純淨化效果明顯本發明通過降溫重熔處理，能夠顯著降低鎂合金中狗雜質含量，另外此純淨化方法無需加入常規除鐵劑，從而不會引入新的熔劑夾雜，避免了二次汙染，可在鎂合金中取得很好的整體純淨化效果。2.本發明金屬元素燒損少與常規的熔劑除鐵不同，本發明除鐵是在較低溫度下 (620-680°C)實現的，溫度降低顯著減少了熔體中鎂和其他合金元素的氧化及燒損，有利於準確控制鎂合金成分。3.本發明操作簡單、成本較低本發明利用常規鎂合金熔鑄技術，只需在熔體精煉變質之後增加降溫重熔處理工藝，控制冷卻溫度和升降溫速度，即可達到降低狗雜質含量的目的，所用設備均為常規鎂合金熔鑄所涉及的通用工藝設備，且除鐵是在較低溫度下進行，生產成本較低。4.本發明適用面廣本發明可適用於多種牌號商用鎂合金體系，如AZ系、ZM系、 ZK系、AM系等。
具體實施例方式根據Mg-Fe 二元相圖可知，隨著溫度降低，Fe在Mg中的溶解度逐漸減小，尤其當溫度低於650°C時Je在Mg中的溶解度十分有限。有鑑於此，本發明採用降溫重熔的方法， 利用合金液冷卻過程中狗雜質的有效析出沉降減小鎂合金中的狗雜質含量，以提高鎂合金的純度。下面對本方法進行詳細說明。本發明是在常規的鎂液合金化、合金液精煉、變質處理且成分符合要求的合金液基礎上，採用無需加入溶劑的降溫重熔處理工藝來降低鎂合金熔體中的雜質狗元素含量。 降溫重熔處理具體步驟為
1)停止對合金液熔煉爐加熱，使合金液冷卻至620-680°C，此時合金液變成粘稠狀；
2)冷卻至620-680°C後，無須等待，再立刻對合金液熔煉爐重新加熱，使合金液升溫至 700-710°C，此時合金液重新變成均勻熔體，達到該溫度後立即對熔體進行澆注，即可得到較純淨的鎂合金鑄錠。第1)步冷卻時間長於第2)步升溫時間。因此升溫過程中溶入合金熔體中的狗含量低於降溫過程中析出的狗含量，這樣澆注製備的鎂合金材料的！^雜質含量得以有效減少。第1)步冷卻速率為1. (Tl. 4 0C / min (優選1. 1 °C / min);第2)步升溫速率為 1. 6-2. 0 0C / min (優選 1. 8 "C / min)。實際處理中，熔煉爐為電阻加熱的熔煉爐，斷電即停止加熱，斷電後自然冷卻到 620-680 0C即滿足降溫速率。
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下面結合實施例對本發明作進一步說明，應理解的是，這些實施例是用於說明本發明，而不是對本發明的限制，在本發明的構思前提下對本發明製備方法的簡單改進，都屬於本發明要求保護的範圍。實施例1 熔鑄AZ31鎂合金。1)原材料採用純鎂錠、純鋁、純鋅及氯化錳；
2)在電阻爐中熔煉，升溫將純鎂熔化，溫度達到730-740°C時，加入純鋁、純鋅和氯化錳，合金化完成後攪拌合金液5 min，使合金成分均勻；
3)合金液在730-740°C溫度下進行精煉，精煉時間為8min左右，之後扒渣；
4)加入六氯乙烷C2Cl6進行變質處理；
5)爐前分析合金液成分，主要合金元素成分合格後繼續下一步；
6)停止對合金液熔煉爐加熱，使合金液緩慢冷卻至低溫680°C，合金液變成粘稠狀，此時狗元素有效析出；
7)對合金液熔煉爐重新加熱，合金液快速升溫至較高溫度700-71(TC，合金液重新變成均勻液體；
8)在700-710°C溫度條件下，熔體澆注得到高質量鎂合金鑄錠。光電光譜儀分析表明，所得AZ31鎂合金鑄錠的狗元素含量為0. 0057%，低於未經過降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0065%)。實施例2
熔鑄AZ31鎂合金。與實施例1不同之處在於降溫重熔處理的最低溫度不同，此實施例中，停止對合金液熔煉爐加熱後，合金液緩慢冷卻至650°C，然後對合金液熔煉爐重新加熱升溫。光電光譜儀分析表明，所得AZ31鎂合金鑄錠的狗元素含量為0. 0037%，低於未經過降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0065%)。實施例3
熔鑄AZ31鎂合金。與實施例1不同之處在於降溫重熔處理的最低溫度不同，此實施例中，停止對合金液熔煉爐加熱後，合金液緩慢冷卻至635°C，然後對合金液熔煉爐重新加熱升溫。光電光譜儀分析表明，所得AZ31鎂合金鑄錠的！^元素含量為0. 0023%,明顯低於未經過降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0065%)。實施例4
熔鑄AZ31鎂合金。與實施例1不同之處在於降溫重熔處理的最低溫度不同，此實施例中，停止對合金液熔煉爐加熱後，合金液緩慢冷卻至620°C，然後對合金液熔煉爐重新加熱升溫。光電光譜儀分析表明，所得AZ31鎂合金鑄錠的狗元素含量為0. 0015%，顯著低於未經過降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0065%)。實施例5 熔煉ZM61鎂合金。1)原材料採用純鎂錠、純鋅及氯化錳；2)在電阻爐中熔煉，升溫將純鎂熔化，溫度達到730-740°C時，加入純鋅和氯化錳，合金化完成後攪拌合金液5 min，使合金成分均勻；
3)合金液在730-740°C溫度下進行精煉，精煉時間為8min左右，之後扒渣；
4)加入六氯乙烷C2Cl6進行變質處理；
5)爐前分析合金液成分，主要合金元素成分合格後繼續下一步；
6)停止對合金液熔煉爐加熱後，使合金液緩慢冷卻至低溫640°C，合金液變成粘稠狀， 此時狗元素有效析出；
7)對合金液熔煉爐重新加熱，合金液快速升溫至較高溫度700-71(TC，合金液重新變成均勻液體；
8)在700-710°C溫度條件下，熔體澆注得到高質量鎂合金鑄錠。光電光譜儀分析表明，所得ZM61鎂合金鑄錠的！^元素含量為0. 0057%，低於未經過降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0069%)。實施例6
熔鑄ZM61鎂合金。與實施例5不同之處在於降溫重熔處理的最低溫度不同，此實施例中，停止對合金液熔煉爐加熱後，合金液緩慢冷卻至620°C，然後對合金液熔煉爐重新加熱升溫。光電光譜儀分析表明，所得AZ31鎂合金鑄錠的！^元素含量為0. 0046%，低於未經過降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0069%)。表1不同降溫重熔工藝製備AZ31鎂合金的化學成分
權利要求
1.一種無熔劑的鎂合金純淨化方法，其特徵在於將變質處理且成分符合要求的合金液進行降溫重熔處理，降溫重熔處理步驟為1)停止對合金液熔煉爐加熱，使合金液冷卻至620-680°C，合金液變成粘稠狀；2)然後再對合金液熔煉爐重新加熱，使合金液升溫至700-710°C，此時合金液重新變成均勻熔體，在該溫度下即可對熔體進行澆注得到鎂合金鑄錠。
2.根據權利要求1所述的鎂合金純淨化方法，其特徵在於第1)步冷卻時間長於第2) 步升溫時間。
3.根據權利要求1或2所述的鎂合金純淨化方法，其特徵在於第1)步冷卻速率為 1. (Tl. 4 0C / min ；第 2)步升溫速率為 1. 6-2. 0 °C / min。
4.根據權利要求3所述的鎂合金純淨化方法，其特徵在於第1)步冷卻速率為1.1 V / min 』第2)步升溫速率為1. 8 °C / min。
全文摘要
本發明公開了一種無熔劑的鎂合金純淨化方法，本方法是將變質處理且成分符合要求的合金液進行降溫重熔處理，降溫重熔處理具體步驟為1)停止對合金液熔煉爐加熱，使合金液冷卻至620-680℃，此時合金液變成粘稠狀；2)然後再對合金液熔煉爐重新加熱，使合金液升溫至700-710℃，此時合金液重新變成均勻熔體，在該溫度下即可對熔體進行澆注得到鎂合金鑄錠。其中第1)步冷卻時間長於第2)步升溫時間。本發明純淨化效果明顯，可在較低溫度條件下有效降低鎂合金的Fe雜質含量，顯著提高了鎂合金材料的純度與性能，生產過程中金屬氧化和燒損少，並且所用工藝設備為常規通用設備，成本較低，容易操作，工業上易於實現。
文檔編號C22B26/22GK102296184SQ20111027352
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年9月15日
發明者毛建軍, 潘復生, 陳先華 申請人:重慶大學