一种镁锆中间合金及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种一步还原成型法生产镁锆中间合金的方法，所述方法具体将镁锆中间合金生产用主要原料(镁锭和锆氟酸钾)，经过预处理，在硅碳棒保温翻转炉内大高径比耐热不锈钢坩埚中进行还原反应，通过控制熔剂配比、还原温度、还原时间和搅拌浇铸速度、浇铸温度、电磁振动频率等因素控制，一步还原成型生产出高品质的镁锆中间合金锭。中间合金锭经过表面抛光处理后，加真空单锭包装，然后按客户要求进行整件充Ar气封装或者蜡封入库。本发明所述的方法为无水环境生产，安全性提高，适应连续批量生产，且生产成本降低，效率大大提高。
【专利说明】一种镁锆中间合金及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镁锆中间合金，更具体涉及一种镁锆中间合金及其生产方法，属于金属材料领域。
【背景技术】
[0002]镁合金具有质量轻、比强度和比刚度高，阻尼防震性能好，尺寸稳定性及机械加工性能优良等优点，而且自然界中镁的资源储量丰富，易于回收利用，被喻为21世纪的绿色环保工程材料，因而受到材料工作者的青睐，日益成为现代工业产品的理想材料。Zr是镁合金中有效的晶粒细化剂。Zr加到镁合金中，可以增加镁合金的挤压性，改进室温及高温的延性和韧性，提高强度。含Zr的镁合金广泛应用于汽车、摩托车制造工业、航空航天材料。镁合金中的Zr均以Mg-Zr中间合金的形式加入，因而对Mg-Zr中间合金的需求迅速增加。Mg-Zr中间合金的生产方法有镁还原ZrCl4法、锆粉与镁液对掺法、液态Mg阴极电解法、镁还原K2ZrF6法。前三种生产方法由于产品在质量、成本方面满足不了用户的要求，故Mg-Zr中间合金的生产现以镁还原K2ZrF6法为主。
[0003]传统的镁还原K2ZrF6法以KCl为熔剂，以液态Mg还原熔融的K2ZrF6,还原5~IOmin后浇铸，将得到的合金进行破碎，把夹杂在合金中的块状渣选出，再水洗、烤干，以光卤石为覆盖剂重熔，再次浇铸，得到最终产品Mg-Zr中间合金。由于渣相与合金相的密度相差不大，第一次浇铸后的中间合金往往含有大量的夹渣，虽经人工选渣和水洗可除去部分夹渣，但仍有大部分夹渣 留在合金中，而二次重熔时又有新的夹渣(光卤石)带进，因此所生产的Mg-Zr中间合金质量低，工艺长，成本高。
[0004]专利申请200410020594.9公开了一种镁锆中间合金的生产方法，所述方法一定程度上解决了现有镁合金冶炼操作困难，质量难以控制以及污染环境。其方法具体为:将金属镁和钾盐按重量比1: 0.5-1.5的比例加入到还原炉内，当真空度小于IPa时，停止抽真空，并连续通入惰性气体作为保护气体，炉内压力为0.006-0.02MPa，按金属镁与四氯化锆重量比1: 1-2的比例，取四氯化锆加入到预热炉内，当真空度小于等于IPa时，停止抽真空，对四氯化锆进行加热，使四氯化锆汽化；在还原炉通入惰性气体的同时，对金属镁和钾盐进行加热，经2-5小时，将物料加热到650-950°C，将汽化的四氯化锆引入还原炉内与熔融镁反应，持续8-14小时，然后，机械搅拌0.5-1小时，冷却至室温出炉，即得所述镁锆中间
I=1-Wl O
[0005]此外，《稀有金属与硬质合金》2006年01期文献“高质量Mg-Zr中间合金的研制”一文公开了一种以KCl、NaCl为溶剂，用液态Mg还原K2ZrR6,通过控制炉料配比，还原温度、还原时间并用机械正反向交替搅拌，以解决传统生产工艺中渣相与Mg-Zr中间合金难以分离、合金杂质含量偏高、合金成分偏析的难题，获得了一种高质量的Mg-Zr合金。上述生产方法采用石墨外套刚玉坩埚+中频感应电炉，需水泵供应循环水不间断冷却，安全性低，小批量生产，效率低下，能耗高，生产成本高，具体有如下缺点:
[0006]1、因镁-锆合金生产过程中，温度变化大，刚玉坩埚骤冷骤热，极易开裂，甚至刚玉坩埚的碎片极易混入产品中，产品质量降低，引起质量事故。
[0007]2、刚玉坩埚使用过程中脱皮严重，使用寿命不长，一只坩埚一般能使用20~30炉次，镁锆合金生产量不足100kg。频繁更换坩埚导致反复筑炉，不宜连续批量生产，成本上升，效率低下。
[0008]3、使用的是中频感应电炉，反应温度在900°C。生产过程中需要水冷，在生产镁-锆中间合金时存在安全隐患；产量小，单炉产量在2kg左右，不适应批量生产，生产效率低，劳动成本高。
[0009]4、合金锭锭型:圆饼形锭,市场认同度不高。
[0010]5、仅能生产锆含量Zr 30%左右的产品，目标用户单一，市场需求量有限。
[0011]有鉴于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0012]本发明的第一目的在于提高一种镁锆中间合金的生产方法的安全性和生产效率，为实现第一目的，本发明采用如下技术方案:
[0013]一种镁锆中间合金的生产方法，所述的方法包括如下步骤:
[0014](I)对锆氟酸钾和镁锭进行预处理；
[0015](2)将经预处理后的锆氟酸钾和镁锭投入温控保温翻转炉内的不锈钢坩埚中，在熔剂的保护下，一步还原成型生产出镁锆中间合金锭；
[0016](3)对镁锆中间合金锭进行表面抛光处理；
[0017](4)将处理后的镁锆中间合金锭加真空单锭包装，入库。
[0018]其中，所述的步骤I中锆氟酸钾的预处理为100°C _200°C下预热30~45min去游离水；镁锭表面用气流沙抛光预处理，去氧化皮和表面污染物。
[0019]所述步骤2中还原温度为1000-1200°C，还原时间为30-50分钟，反应过程中对反应物进行搅拌。
[0020]所述步骤2中还原反应的熔剂为KCl和NaCl的混合熔盐体系。
[0021]所述步骤2中镁锭:锆氟酸钾:KC1: NaCl的用量比为I: 1-1.8: 0.5-1.5: 0.5-1.5。
[0022]所述的步骤2为:将经预处理后的锆氟酸钾和镁锭投入硅碳棒保温翻转炉内的不锈钢坩埚中进行还原反应，在熔剂的保护下，一步还原成型生产出镁锆中间合金锭，成型过程中控制电磁振动浇铸模系统浇铸速度为5-20kg/min，浇铸温度为1000-1100°C，电磁振动频率为200-500Hz，时间3-5min。
[0023]本发明的第二目的在于提供一种镁锆中间合金，所述镁锆中间合金含渣量小于5%, Zr含量为20%~45%，锭型为市场所需要的华芙锭。
[0024]以下对本发明作进一步详细介绍:
[0025]本发明采用一步还原成型法生产镁锆中间合金，具体将镁锆中间合金生产用主要原料(镁锭和锆氟酸钾)，经过预处理，在硅碳棒保温翻转炉内不锈钢坩埚中进行还原反应，通过控制熔剂配比、还原温度、还原时间和搅拌浇铸速度、浇铸温度、电磁振动频率等因素控制，一步还原成型生产出高品质的镁锆中间合金锭。中间合金锭经过表面抛光处理后，加真空单锭包装，然后按照客户要求进行整件充Ar气封装或者蜡封入库。[0026]一种镁锆中间合金的生产方法，所述的方法包括如下步骤:
[0027](I)对锆氟酸钾和镁锭进行预处理，将锆氟酸钾在100°C -200°C下预热30_45min去游离水；优选在150°C下预热40min ;将镁锭表面用气流沙抛光预处理，去氧化皮和表面污染物；通过对锆氟酸钾和镁锭进行科学有效的预处理，保障了后续还原反应和终产品质量。
[0028](2)将经预处理后的锆氟酸钾和镁锭投入硅碳棒保温翻转炉内的不锈钢坩埚中进行还原反应，在KCl和NaCl的混合熔盐体系的保护下，一步还原成型生产出镁锆中间合金锭，镁锭:锆氟酸钾:KCl: NaCl的用量比为1: 1-1.8: 0.5-1.5: 0.5-1.5 ;还原温度为1000-1200°C，还原时间为30-50分钟，反应过程中对反应物进行人工自由搅拌；还原反应结束后控制反应物成型，电磁振动浇铸模系统浇铸速度为5-20kg/min，浇铸温度为1000-1100oC,电磁振动频率为200-500HZ，时间3_5min，优选电磁振动浇铸模系统浇铸速度为10-15kg/min，浇铸温度为1050_1080°C，电磁振动频率为300_400Hz，时间3.5_4min。
[0029]所述还原反应反应式为:
【权利要求】
1.一种镁锆中间合金的生产方法，其特征在于:所述的方法包括如下步骤: (1)对锆氟酸钾和镁锭进行预处理； (2)将经预处理后的锆氟酸钾和镁锭投入温控保温翻转炉内的不锈钢坩埚中，在熔剂的保护下，一步还原成型生产出镁锆中间合金锭； (3)对镁锆中间合金锭进行表面抛光处理； (4)将处理后的镁锆中间合金锭加真空单锭包装，入库。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步骤I中锆氟酸钾的预处理为IOO0C -200°C下预热30~45min去游离水；镁锭表面用气流沙抛光预处理，去氧化皮和表面污染物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤2中还原温度为1000-120(TC，还原时间为30-50分钟，反应过程中对反应物进行人工自由搅拌。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤2中还原反应的熔剂为KCl和NaCl的混合熔盐体系。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤2中镁锭:锆氟酸钾:KCl: NaCl 的用量比为 I: 1-1.8: 0.5-1.5: 0.5-1.5。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步骤2为:将经预处理后的锆氟酸钾和镁锭投入硅碳棒保温翻转炉内的不锈钢坩埚中进行还原反应，在熔剂的保护下，一步还原成型生产出镁锆中间合金锭，成型过程中控制电磁振动浇铸模系统浇铸速度为5-20kg/min，浇铸温度为10 00-1100°C，电磁振动频率为200_500Hz，时间3_5min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的方法包括如下步骤: (1)对锆氟酸钾和镁锭进行预处理，将锆氟酸钾在100°c-200°c下预热30~45min去游离水；将镁锭表面用气流沙抛光预处理，去氧化皮和表面污染物； (2)将经预处理后的锆氟酸钾和镁锭投入硅碳棒保温翻转炉内的不锈钢坩埚中进行还原反应，在KCl和NaCl的混合熔盐体系的保护下，一步还原成型生产出镁锆中间合金锭，镁锭:锆氟酸钾:KCl: NaCl的用量比为1: 1.4:1:1 ;还原温度为1100°C，还原时间为40分钟，反应过程中对反应物进行人工自由搅拌；还原反应结束后控制反应物成型，电磁振动浇铸模系统浇铸速度为12.5kg/min，浇铸温度为1050°C，电磁振动频率为350Hz，时间 4min ； (3)对镁锆中间合金锭进行表面抛光处理； (4)将处理后的镁锆中间合金锭，加真空单锭包装，然后按照客户要求进行整件充Ar气封装或者蜡封入库。
8.一种镁锆中间合金，其特征在于:所述的镁锆中间合金含有25% -45%的锆。
9.权利要求8所述的镁锆中间合金，其特征在于:所述的镁锆合金含渣量小于5%，Zr含量为30% -45%，锭型为市场所需要的华芙锭。
【文档编号】C22C1/03GK103540774SQ201210258870
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月17日 优先权日:2012年7月17日
【发明者】杨瑞芳, 邝建新, 何峰, 崔昌华 申请人:湖南稀土金属材料研究院