专利名称：镁稀土类合金精炼熔剂及其生产方法
技术领域：
本发明涉及的是一种镁稀土类合金精炼熔剂及其生产方法，用于清除镁稀土类合金熔炼过程中混入合金内的杂质元素及非金属夹杂物，属于金属材料及冶金类领域。
背景技术：
镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度比刚度高、减振性好、电磁屏蔽能力强及易于回收等性能特点。自20世纪90年代以来，各工业发达国家高度重视镁合金的研究和开发，并已将镁合金广泛应用于国防军工、航空航天、汽车和电子信息产业等领域，有着十分广阔的市场前景。
镁化学性质活泼，镁合金中往往含有大量氧化物、碳化物及硫化物等杂质，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镁等。目前普遍使用RJ2熔剂[如文献《有色铸造合金及熔炼》，(陆树荪等，国防工业出版社，1983年5月出版，P195-199)中所描述]，该熔剂对镁熔体内的夹杂物具有一定的去除能力，但该熔剂中含有38-46％MgCl2，MgCl2会与合金熔体中的稀土元素发生相互作用而增加稀土元素的损耗，以致降低合金的性能。故RJ2熔剂不能用于镁稀土类合金的精炼处理。而RJ6熔剂中虽然不含MgCl2，但生产实践表明，该熔剂的除渣效果较差，不能满足使用要求。当前镁稀土类合金的精炼处理是一个急需解决的难题。
稀土元素(RE)是周期表中原子序数为57-71的15个元素的统称，习惯上还将化学元素性质与其十分相近的钇(Y，原子序数为39)和钪(Sc，原子序数为21)二元素也包括在内，故共有17个元素。天然矿物中最常见的是铈(Ce)、镧(La)、钕(Nd)、镨(Pr)四元素，从目前所知的地壳中的储量来看，四元素中以铈最多，钕次之，镧、镨则约为铈的储量的十分之一。我国是富产稀土的国家，故Mg-RE类合金得到较大发展。
RE元素可以有效地提高镁合金的强度、铸造性能和高温性能，当前稀土在高强高韧镁合金、耐热镁合金、耐蚀镁合金中均得到广泛的应用。稀土可以增强镁合金原子间结合力，减小原子扩散速度，而且稀土与镁的化合物具有较高的热稳定性。国标中的ZM2、ZM3、ZM4、ZM6均含有稀土元素。但稀土元素活性强，易和MgCl2反应生成稀土氯化物，，研究结果表明，各种稀土元素均能与现有的熔剂反应，结果降低溶液中的稀土含量，其中以镧最强，钇最弱[罗治平，张少卿，汤亚力，宁德玉.稀土在镁合金溶液中作用的热力学分析.中国稀土学报，1995，13(2)119-122]，所以使用普通的熔剂将使稀土的收得率大大下降。当前，镁稀土合金净化遇到的主要难题之一便是缺乏相应的精炼熔剂。因此，开发镁稀土类合金专用精炼熔剂具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有镁合金精炼剂的不足，提出一种既能有效地去除镁稀土合金熔体内的非金属夹杂物，又不增加合金中稀土元素损耗的镁稀土合金专用净化熔剂，解决镁稀土合金的净化难题。
为实现这个目的，本发明提供的镁稀土合金熔剂的化学组成与现有的镁合金熔剂有较大的不同，熔剂中没有加入会与稀土元素相作用的MgCl2，为提高熔剂的除渣效果，对熔剂中的氯盐及氟盐的比例进行了较大调整，以便熔剂具有较佳的熔点、粘度和润湿性。并加入了造渣剂冰晶石(Na3AlF6)与活性稀土化合物，使熔剂的除渣性能得到较大的提高。熔剂的成分质量百分比范围为20-40％氯化钙(CaCl2)、10-25％氯化钾(KCl)、10-20％氯化钠(NaCl)、15-25％氯化钡(BaCl2)、2-5％氟化钙(CaF2)、3-10％冰晶石(Na3AlF6)、3-10％活性稀土化合物。活性稀土化合物可以为RECl3、REF3或RE2(CO3)3等。
本发明镁稀土类合金精炼熔剂的生产方法为将坩埚升温到一定温度后，加入氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化钡和冰晶石，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。之后加入稀土化合物并用球磨机混合。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约740℃时，将2-3％的熔剂不断撒于液面，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，增加熔剂与氧化夹杂接触吸附机会，通常精炼处理后再静置10分钟左右至液面呈光亮镜面为止。
本发明提供的镁稀土合金精炼熔剂具有显著的优点，与传统的RJ2熔剂相比，本精炼熔剂不含MgCl2，不与合金中的稀土元素发生作用，在精炼过程中不会造成稀土元素的损耗，故尤其适用于镁稀土类合金熔体的精炼净化处理。熔剂中加入的冰晶石有利于提高熔剂的造渣能力。此外，熔剂内含有稀土化合物，可以增加合金内的活性稀土元素含量，有利于提高合金的夹杂物去除率及合金的力学性能与耐蚀性能。本发明制成的镁合金熔剂活性较强，具有合适的熔点、密度、粘度及表面张力，对镁熔体内的夹杂物有极强的吸附性，造渣性强，能有效去除镁熔体内的夹杂物，且不产生熔剂夹杂，提高了镁熔体的精炼效果。
具体实施例方式
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镁稀土合金精炼熔剂成分(质量百分数)40％氯化钙(CaCl2)、20％氯化钾(KCl)、10％氯化钠(NaCl)、15％氯化钡(BaCl2)、2％氟化钙(CaF2)、3％冰晶石(Na3AlF6)、10％氯化稀土(RECl3)。
本镁稀土合金精炼熔剂的生产方法为将坩埚升温到约350℃后，加入氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化钡和冰晶石，升温到部分熔化后，加入氟化钙，升温到770℃左右，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。之后加入氯化稀土并用球磨机混合。配好的熔剂应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约740℃时，将3％的精炼剂不断撒于液面，同时用精炼勺上下搅动10分钟，使镁液循环流动，之后再静置10分钟左右直至液面呈光亮镜面为止。用于ZM3镁合金，金属型试样的抗拉强度提高到150MPa以上，延伸率达2.9％以上。
实施例2镁稀土合金精炼熔剂成分(质量百分数)20％氯化钙(CaCl2)、10％氯化钾(KCl)、20％氯化钠(NaCl)、25％氯化钡(BaCl2)、5％氟化钙(CaF2)、10％冰晶石(Na3AlF6)、10％氟化稀土(REF3)。
本镁稀土合金精炼熔剂的生产方法为将坩埚升温到约400℃后，加入氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化钡和冰晶石，升温到部分熔化后，加入氟化钙，升温到760℃左右，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。之后加入氟化稀土并用球磨机混合。配好的熔剂应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约740℃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，之后再静置10分钟左右直至液面呈光亮镜面为止。用于ZM3镁合金，金属型试样的抗拉强度提高到155MPa以上，延伸率达3.0％以上。
实施例3镁稀土合金精炼熔剂成分(质量百分数)30％氯化钙(CaCl2)、25％氯化钾(KCl)、15％氯化钠(NaCl)、20％氯化钡(BaCl2)、4％氟化钙(CaF2)、3％冰晶石(Na3AlF6)、3％碳酸稀土(RE2(CO3)3)。
本镁稀土合金精炼熔剂的生产方法为将坩埚升温到约300℃后，加入氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化钡和冰晶石，升温到部分熔化后，加入氟化钙，升温到780℃左右，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。之后加入碳酸稀土并用球磨机混合。配好的熔剂应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约740℃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，之后再静置10分钟左右直至液面呈光亮镜面为止。用于ZM3镁合金，金属型试样的抗拉强度提高到145MPa以上，延伸率达2.8％以上。
权利要求
1.一种镁稀土类合金精炼熔剂，其特征在于成分质量百分比范围为20-40％氯化钙、10-25％氯化钾、10-20％氯化钠、15-25％氯化钡、2-5％氟化钙、3-10％冰晶石、3-10％活性稀土化合物，其中活性稀土化合物为氯化稀土、氟化稀土或碳酸稀土。
2.一种权利要求1的镁稀土类合金精炼熔剂的生产方法，其特征在于将坩埚升温后，加入氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化钡和冰晶石，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，过筛后加入稀土化合物并用球磨机混合，配好的熔剂装入密闭容器中备用。
全文摘要
本发明提供一种镁稀土类合金精炼熔剂及其生产方法，熔剂的化学组分质量百分比范围为20－40％氯化钙、10－25％氯化钾、10－20％氯化钠、15－25％氯化钡、2－5％氟化钙、3－10％冰晶石及3－10％活性稀土化合物。活性稀土化合物可以为氯化稀土、氟化稀土或碳酸稀土。本发明对熔剂中的氯盐及氟盐的比例进行了较大调整，并加入了造渣剂冰晶石与活性稀土化合物，该熔剂具有较佳的熔点、粘度和润湿性，除渣性能得到较大的提高。熔剂中不含氯化镁，不与合金中的稀土元素发生作用，在精炼过程中不会造成稀土元素的损耗，故尤其适用于镁稀土合金熔体的精炼净化处理，提高了镁熔体的精炼效果。
文档编号C22C23/00GK1563445SQ20041001701
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月18日 优先权日2004年3月18日
发明者吴国华, 丁文江, 高洪涛 申请人:上海交通大学