专利名称：采用1,1－二氟乙烷为保护气氛的镁合金熔炼方法
技术领域：
本发明涉及一种纯镁或常规镁合金熔炼过程中的高温氧化及燃烧防护技术，具体涉及采用含1，1-二氟乙烷(它的商品名称是R152a)的混合气为保护气氛的纯镁或镁合金的熔炼保护工艺，属于材料冶金技术领域。
背景技术：
由于金属镁的亲氧性，纯镁或镁合金在空气中极易氧化，由于其氧化产物—氧化镁的致密度系数小于1，这种自然生成的氧化膜不能构成有效的阻挡层来阻止内部金属的进一步氧化，在高温下纯镁或镁合金还易发生燃烧。因此，工业上一般常采用含六氟化硫的混合气为保护气氛进行镁合金熔炼及生产，这是目前最有效的镁合金熔炼保护方法之一。近年来，随着镁工业的迅速发展，纯镁或镁合金熔炼和生产时所需的六氟化硫等保护气体用量越来越大。然而，六氟化硫的全球变暖潜能值(GWP)达到23900(二氧化碳的GWP值为1)，而且大气寿命长达3200年，是一种长效高温室效应气体，来自环境保护组织的禁用压力越来越大，是被国际环境保护组织列为需要减少排放的物质，在第5次联合国气候变化框架公约会议上签署的《京都议定书》要求工业界在未来10年内尽量减少六氟化硫气体的排放，到2015年要实现六氟化硫的零排放(U.S.EPA，2003b)。因此，国际镁协(IMA)要求通过提高使用效率来减少六氟化硫的用量，并确定镁工业界在2015年前实现六氟化硫的零排放。
为实现以上目标同时又不影响镁工业的发展，国际上正在努力寻找六氟化硫的替代品并开发纯镁或镁合金的熔炼保护工艺。对新型低环境影响的保护气氛进行的调研结果发现，目前只有少数几种替代气氛被提出来，最典型的代表是正被国际镁协评估其保护效果及环境负荷的三种替代物AMCoverTM(HFC-134a)，HFE7100(C4F9-O-CH3)和NovecTM612(C3F7COC2F5)。前者由澳大利亚CAST研究中心发明，后两者由3M公司发明。尽管这三种气体及熔炼保护工艺已被初步证实对纯镁或镁合金是有效的，而且它们温室效应的影响只有六氟化硫的 比六氟化硫对环境更加友好，但这三种气体的GWP值仍然较高，均超过1000，而且后两种气体的保护效果还在评价当中，目前还未得到确认；同时，HFE7100和NovecTM612的价格较高，国内尚无生产，明显将限制其工业应用的可行性。因此继续寻找价格更低廉，环境影响更小的替代气体及其熔炼保护工艺一直是镁工业的目标。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种镁合金熔炼方法，采用一种对镁熔体的保护效果与六氟化硫相当，而环境保护效果优于六氟化硫的物质来代替六氟化硫作为镁熔体的气氛保护剂，降低工艺成本，熔炼保护效果良好，对环境不会造成污染。
为实现这样的目的，本发明采用1，1-二氟乙烷来代替六氟化硫作为镁熔体的气氛保护剂，熔炼工艺主要包括以下步骤1、将1，1-二氟乙烷(它的商品名称是R152a)与辅助稀释气体在混气装置中混合，1，1-二氟乙烷在混合气体中的体积含量为0.01-4％。其中辅助稀释气体可以是干燥空气、干燥二氧化碳或其它惰性气体，也可以是它们的混合物。
2、将纯镁或镁合金置于封闭坩埚中加热升温。
3、当纯镁或镁合金温度达到400℃时，开始将混合气体通入坩埚，使气体覆盖在纯镁或镁合金表面，通入的混合气体每分钟流量是封闭气体容积的0.05-8％。
4、继续加热升温至纯镁或镁合金熔化，使保护气体在熔体表面迅速形成一层致密的、有良好保护性的氧化膜。
5、当纯镁或镁合金熔体升温至700～850℃时，在气体保护下进行精炼变质，然后静置30～40分钟后，进行重力浇注或压力铸造。
在整个纯镁或镁合金的熔炼浇注过程中，含1，1-二氟乙烷的混合气与熔化的新鲜镁液表面发生复杂的化学反应，改善了自然氧化膜的结构，使表面膜变得致密、完整、有弹性，与熔体金属紧密结合在一起，并完全覆盖在熔体表面，将镁熔体与空气隔开，大大减小镁熔体的氧化或燃烧速度，使纯镁或镁合金在熔炼时得到保护。当熔炼或浇注过程中除去旧的氧化膜，熔体表面将迅速形成一层致密的保护性新氧化膜，重新覆盖于镁熔体表面，继续有效地保护镁熔体不被氧化或燃烧。
本发明的特点是(1)含1，1-二氟乙烷气氛对镁熔体的保护效果与含六氟化硫气氛相当，在整个熔炼温度范围内，1，1-二氟乙烷的含量在0.01-4％(体积)时即对镁熔体有很好的保护效果。(2)在优化条件下，形成的表面膜的致密度、光洁度、厚度与含六氟化硫气氛所形成的表面膜非常类似，对镁熔体的保护效果亦几乎一样。(3)1，1-二氟乙烷在常温下都是稳定、无毒、无腐蚀性的物质，在高温下会分解，其分解产物可以与镁发生化学反应而消耗，排放气不会对环境和操作人员产生危害；(4)1，1-二氟乙烷的全球变暖潜能值(GWP)约140(约为六氟化硫的 )，大气寿命仅为1.4年，即使在镁合金熔炼过程中向大气中排放1，1-二氟乙烷，其温室效应的影响也远远低于六氟化硫，也明显低于国外发明的含R134a、HFE7100和NovecTM612镁合金熔炼保护气体。(5)1，1-二氟乙烷国内已实现工业化生产，容易购得，价格低廉，其市场价格约是六氟化硫的 与六氟化硫相比，前者在镁熔炼时的用量和效率几乎一样，而且熔炼保护工艺简单。因此，用1，1-二氟乙烷代替六氟化硫作为纯镁或镁合金的保护气氛的经济效应是十分可观的。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例11，1-二氟乙烷对AM60镁合金的保护性熔炼实施步骤为(1)将1，1-二氟乙烷与干燥空气或二氧化碳在混气装置中按表1中给出的各种混合比进行混合；(2)将3公斤干净AM60合金在5公斤电阻坩埚炉中加热熔化；(3)当合金温度达到400℃时，开始将混合气体按表1给出的流量参数通入坩埚，使气体覆盖在合金表面；(4)镁合金继续加热升温至熔化后，使保护气体在熔体表面迅速形成一层致密的、有良好保护性的氧化膜；(5)镁合金熔体升温至700～850℃，并在该气体保护下进行精炼变质，然后静置30～40分钟后，进行重力浇注或压力铸造。
在整个熔炼过程中不断观察各种熔炼工艺参数时的保护效果，并将观察结果也记录在表1中。从表1中可见，AM60镁合金在含1，1-二氟乙烷混合气氛保护下进行熔炼时，在表1中所设定的各个熔炼温度、各种吹气流量和保持时间下，即使发生表面搅动，都能较快地形成致密的、不燃烧的表面保护层。
表1
实施例21，1-二氟乙烷对纯镁的保护性熔炼实施步骤为(1)将1，1-二氟乙烷与干燥空气或二氧化碳在混气装置中按表2中给出的各种混合比进行混合；(2)将3公斤干净纯镁在5公斤电阻坩埚炉中加热熔化；(3)当纯镁温度达到400℃时，开始将混合气体按表2给出的流量参数通入坩埚，使气体覆盖在镁的表面；(4)纯镁继续加热升温至熔化后，使保护气体在熔体表面迅速形成一层致密的、有良好保护性的氧化膜；(5)镁熔体升温至700～850℃，并在该气体保护下进行精炼变质，然后静置30～40分钟后，进行重力浇注或压力铸造。
在整个熔炼过程中不断观察各种熔炼工艺参数时的保护效果，并将观察结果也记录在表2中。从表2中可见，纯镁在含1，1-二氟乙烷混合气氛保护下进行熔炼时，在表2中所设定的各个熔炼温度、各种吹气流量和保持时间下，即使发生表面搅动，都能较快地形成致密的、不燃烧的表面保护层。
表2
实施例31，1-二氟乙烷对AZ91镁合金的保护性熔炼实施步骤为(1)将1，1-二氟乙烷与干燥空气或二氧化碳在混气装置中按表3中给出的各种混合比进行混合；(2)将3公斤干净AZ91合金在5公斤电阻坩埚炉中加热熔化；(3)当合金温度达到400℃时，开始将混合气体按表3给出的流量参数通入坩埚，使气体覆盖在合金表面；(4)镁合金继续加热升温至熔化后，使保护气体在熔体表面迅速形成一层致密的、有良好保护性的氧化膜；(5)镁合金熔体升温至700～850℃，并在该气体保护下进行精炼变质，然后静置30～40分钟后，进行重力浇注或压力铸造。
在整个熔炼过程中不断观察各种熔炼工艺参数时的保护效果，并将观察结果也记录在表3中。从表3中可见，AZ91镁合金在含1，1-二氟乙烷混合气氛保护下进行熔炼时，在表3中所设定的各个熔炼温度、各种吹气流量和保持时间下，即使发生表面搅动，都能较快地形成致密的、不燃烧的表面保护层。
表3
以上实施例说明，采用含1，1-二氟乙烷的混合气为保护气氛对镁熔体进行熔炼保护，在纯镁或镁合金熔炼的整个温度范围内都有很好的保护效果，与六氟化硫的保护效果相当，而且熔炼工艺简单，比六氟化硫更具有环保和经济优势。
权利要求
1.一种采用1，1-二氟乙烷为保护气氛的镁合金熔炼方法，其特征在于包括以下步骤1)将1，1-二氟乙烷与辅助稀释气体在混气装置中混合，1，1-二氟乙烷在混合气体中的体积含量为0.01-4％；2)将纯镁或镁合金置于封闭坩埚中加热升温；3)当纯镁或镁合金温度达到400℃时，开始将混合气体通入坩埚，使气体覆盖在纯镁或镁合金表面，通入的混合气体每分钟流量是封闭气体容积的0.05-8％；4)继续加热升温至纯镁或镁合金熔化，使保护气体在熔体表面形成一层致密的氧化保护膜；5)当纯镁或镁合金熔体升温至700～850℃时，在气体保护下进行精炼变质，然后静置30～40分钟后，进行重力浇注或压力铸造。
2.如权利要求1的采用1，1-二氟乙烷为保护气氛的镁合金熔炼方法，其特征在于所述辅助稀释气体为干燥空气、干燥二氧化碳或其混合物。
全文摘要
一种采用1，1－二氟乙烷为保护气氛的镁合金熔炼方法，将体积含量为0.01－4％的1，1－二氟乙烷与辅助稀释气体在混气装置中混合后作为镁熔体的气氛保护剂，将纯镁或镁合金置于封闭坩埚中加热升温后将混合气体通入坩埚，使气体覆盖在纯镁或镁合金熔体表面形成一层致密的氧化保护膜，通入的混合气体每分钟流量是封闭气体容积的0.05－8％，继续加热升温并在气体保护下进行精炼变质，静置后进行重力浇注或压力铸造。本发明采用的保护气体可有效防止镁合金在熔炼过程中的氧化和燃烧，具有良好的保护效果、低廉的价格和较低的温室效应。
文档编号C22B26/22GK1587424SQ20041005261
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月8日 优先权日2004年7月8日
发明者彭立明, 曾一文, 曾小勤, 丁文江, 毛协民 申请人:上海交通大学