专利名称：镁合金熔炼的气体保护方法及气体混合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种镁合金熔炼、浇铸和后续加工时的气体保护方法及气体混合装置，尤其涉及采用SF6、CO2及干燥空气组成的混合气体为保护气氛的镁合金熔炼、浇铸和后续加工的阻燃方法和装置。
背景技术：
镁合金不仅具有密度低，具有比强度及比刚度高的优点，还具有阻尼性能好、切削加工性好、导热性好、尺寸稳定、成本低、无污染、易回收等优点。在汽车工业、通讯电子工业和航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用，预计镁合金将成为21世纪重要的轻质高强度材料之一。但是一些阻碍镁合金大规模应用的关键技术还没有得到解决，如镁合金在熔炼、加工、热处理等过程中发生的氧化燃烧现象，与其它金属相比，镁的化学性质比较活泼，在液态下极易与氧气反应，而其氧化产物MgO的致密度系数小于1，不能有效地阻止内部金属的进一步氧化，在高温下氧化烧损现象严重。
多年来人们一直致力于寻找阻止镁合金在熔炼过程中氧化燃烧的方法，目前国内外常用的镁合金阻燃方法有以下三种熔剂保护法、无熔剂气体保护法和合金化阻燃法。熔剂保护法虽然能起到良好的阻燃作用，但容易产生熔剂夹渣，导致产品力学性能和抗腐蚀性能下降，而且熔剂与镁合金反应生成的腐蚀性烟气会破坏设备，恶化工作环境。合金化阻燃法是在镁合金熔炼时添加低氧位合金元素，改变合金液表面的氧化膜结构，使其在熔炼过程中形成像Al2O3那样致密的氧化膜，以阻止氧气与镁的结合，将镁合金的燃烧点温度提高到700℃以上。目前常用的合金化元素是钙、铍，能使镁合金的燃烧点温度提高250℃以上。但当钙的加入量过大时，会导致镁合金的机械性能严重恶化；铍含量过高时，会引起晶粒粗化和增大热裂倾向。因此，合金化虽然是阻止镁燃烧的一种简单易行的方法，但要兼顾阻燃性能和力学性能却并非易事。保护气体的阻燃机理主要是气体与镁合金液发生反应，在熔体表面生成不同防护作用的表面膜，这些膜致密度大，能够阻止反应继续进行，也能够阻止镁合金液的蒸发。其次，这些气体密度大于空气，在一定程度上隔绝镁合金液与氧的反应。目前国内外常用的保护气体有SF6、CO2、SO2等，但尤以SF6与其它气体按一定比例混合保护效果最佳。SF6是一种无色、无嗅、无毒、化学惰性很强的气体，连同空气一起作用于合金液表面，会形成一种和合金液暴露于空气中所形成的氧化镁完全不一样的改性氧化镁薄膜，其间混入了少量的致密度大的MgF2。这一层薄膜是有金属色泽、致密的、连续的。以此来阻止镁合金液的进一步氧化而获得了保护能力。但它只能维持几分钟，故混合气体要不间断地供应。当镁合金熔液温度较高，或搅动频繁，或先前已受到覆盖剂污染时，应在空气、SF6混合气体中，再混入干燥的CO2气体，用以改善和加强SF6的保护效果。SF6于1934年Reimers所申请的美国专利中已有所报道，后来由于Hahawait等先躯者们作了进一步开拓工作，直到20世纪60～70年代方在工业应用中打下了基础，之后由Battelle等人逐步作为无熔剂生产方法为压铸工作者所采用。以SF6作为镁合金熔体防护性气体强有力地推动了镁压铸工业的发展，直到现今仍然认为是对工作条件有利、能够达到环保要求兼而有之的一种方法。可是近年来经过一些研究者的实验和论证，SF6本身也是一种很强的产生温室效应的气体且价格较贵，因此，如何寻找价格低廉、环境影响更小的最佳气体保护方式是当前镁合金阻燃技术的目标。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种镁合金熔炼的气体保护方法及气体混合装置，通过精确控制SF6的浓度与混合气体的流量，有效利用SF6，减少其消耗和逸散，使SF6、CO2与干燥空气具有合理的混合比，得到安全可靠的防护效果，对环境无污染，降低了工艺成本。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种镁合金熔炼的气体保护方法，主要包括以下步骤(1)高压状态的SF6、CO2和压缩空气，按比例混合后输出，作为镁合金熔炼过程的保护气体；(2)将预热处理的镁合金铸锭放入封闭熔炼炉中，加热升温；(3)当温度达到500℃以后通入保护气体，在镁合金液表面形成一层保护膜；(4)继续通入保护气体，控制温度在560～800℃进行精炼搅拌处理；(5)精炼搅拌完毕，静置30分钟，熔化后的镁合金液，在保护气体存在下进行浇铸、后续加工或热处理。
一种镁合金熔炼的气体混合装置，包括供气装置、过滤装置、混合气体控制系统，所述的供气装置包括SF6气瓶、CO2气瓶、空气储气罐、调压阀及压力表、通气管；所述的过滤装置包括冷干机及滤油器；所述的混合气体控制系统包括空气缓冲罐、CO2缓冲罐、SF6缓冲罐、空气调压阀、CO2调压阀、SF6调压阀、压力表、空气流量计、CO2流量计、SF6流量计、混合气体流量计、混合气体调压阀、混合气体缓冲罐。
本发明的目的还可以通过以下优选技术方案来进一步实现前述的镁合金熔炼的气体保护方法，其中，所述压缩空气在混合之前经过干燥处理；步骤(3)中通入的保护气体的流量为2～12L/min，保护气体的压力为0.05MPa～2MPa；步骤(4)温度控制在650～760℃范围内。
前述的镁合金熔炼的气体混合装置，其中，所述的混合气体控制系统中的流量计带有节流器；所述的混合气体控制系统还设有压力继电器。
采用本发明技术方案可以起到如下技术效果1、采用混合气体保护镁合金熔液，产生的废渣少，金属收得率高，可以大大减少由于熔剂熔炼而带来的夹渣缺陷，能够有效降低镁合金铸件的腐蚀速率，提高耐蚀性能；不论与RJ系列熔剂、覆盖剂及采用Ar、CO2等气体保护熔炼相比，还是与其它气体保护相比，是一种无毒无腐蚀的保护方法；2、由于SF6混合气体的保护作用还受到组元气体干燥程度的影响，水分的存在会极大地削弱混合气体的保护作用。因此，本发明混合气体控制系统中设有冷干机、滤油器对压缩空气进行除水除油处理；3、混合气路中设有混合气体调压阀，可以同时控制SF6、空气与CO2的流量，通过调节混合气体调压阀的压力就可以使干燥空气、CO2和SF6的压力同时增加或减少，从而使各自的流量亦同时增加或减少，维持三种气体原来设定的比例近似不变；4、混合气路中设有带有节流器的流量计，可以分别调整SF6的浓度和混合气体的流量，使混合气体具有合理的混合比；5、混合气路中设有压力继电器用于压缩空气、SF6的失压报警，当压缩空气、SF6压力较低时，压力继电器动作，发出声光报警信号；6、混合气路中设有混合气体缓冲罐，调整气体进入量，输出压力相同的3路气体，使混合气体均匀、比例更加稳定；7、混合气体采用分步减压方法，能够更精确的控制混气比。
图1是本发明混气装置示意图。
图中各附图标记的含义见下表
<p>表III
从表II和表III中可以看出，聚合物多元醇和脂族多元醇交联剂组合，可以在热撕裂方面得到最佳的加工性能，并且使固化后泡沫材料的耐撕裂性达到最佳。该组合还可以得到与由不加入聚合物多元醇的交联剂制得的泡沫材料相当的或改进的伸长率。
本发明的聚氨酯泡沫材料可以应用于许多用途，例如在环境问题受到18以0.05MPa进入SF6缓冲罐20，再经SF6调压阀21进行减压后进入带有节流器的SF6流量计24，然后通过混合气缓冲罐25进入混合气体调压阀26和混合流量计28进行稳定流量和压力输出；系统还设有压力继电器22，用于SF6的失压报警，当SF6压力较低时，压力继电器动作，发出声光报警信号。
(4)压缩空气和SF6气体，按99.9％空气+0.1％SF6比例进入混合气缓冲罐25，缓冲罐25调整气体进入量，输出压力相同的3路气体，使混合气体均匀；混合气体调压阀26同时控制SF6、空气与CO2的流量，通过调节混合气体调压阀26的压力就可以使干燥空气、CO2和SF6的压力同时增加或减少，从而使各自的流量亦同时增加或减少，维持三种气体原来设定的比例近似不变；混合气路中设有带有节流器的流量计，可以分别调整SF6的浓度和混合气体的流量，使混合气体具有合理的混合比。
(5)将经过预加热处理后的镁合金铸锭，放入封闭熔炼炉中，加热升温。当温度达到500℃时，通入流量为2L/min、压力为0.05MPa比例均匀的混合保护气体；在保护气体存在下，控制温度在560℃，镁合金熔化后进行精炼搅拌处理后，静置30分钟。有覆盖剂污染时，熔液表面很快地形成一层具有金属色泽、致密的、连续的保护薄膜，有效地阻止了镁液的氧化燃烧。熔化后的镁合金液，在保护气体存在下，再进行浇铸、后续加工或热处理。
实施例2(1)打开压缩空气调压阀2及带有节流器的空气流量计9、混合气出口调压阀26和带有节流器的混合气流量计28。压缩空气1经过冷干机3、滤油器4除水除油后，以1MPa进入空气缓冲罐5，再经空气调压阀6进行减压后进入带有节流器的空气流量计9，然后通过混合气缓冲罐25进入混合气体调压阀26和混合流量计28进行稳定流量和压力输出；系统还设有压力继电器7，用于压缩空气的失压报警，当压缩空气压力较低时，压力继电器动作，发出声光报警信号。
(2)打开CO2调压阀11及带有节流器的CO2流量计16、混合气出口调压阀26和带有节流器的混合气流量计28。CO2气体经过CO2调压阀11以1MPa进入CO2缓冲罐13，再经CO2调压阀14进行减压后进入带有节流器的CO2流量计16，然后通过混合气缓冲罐25进入混合气体调压阀26和混合流量计28进行稳定流量和压力输出。
(3)打开SF6调压阀18及带有节流器的SF6流量计24、混合气出口调压阀26和带有节流器的混合气流量计28。SF6气体经过SF6调压阀18以1MPa进入SF6缓冲罐20，再经SF6调压阀21进行减压后进入带有节流器的SF6流量计24，然后通过混合气缓冲罐25进入混合气体调压阀26和混合流量计28进行稳定流量和压力输出；系统还设有压力继电器22，用于SF6的失压报警，当SF6压力较低时，压力继电器动作，发出声光报警信号。
(4)压缩空气、CO2、SF6按75％空气+24.8％CO2+0.2％SF6的比例进入混合气缓冲罐25，缓冲罐25调整气体进入量，输出压力相同的3路气体，使混合气体均匀；混合气体调压阀26同时控制SF6、空气与CO2的流量，通过调节混合气体调压阀26的压力就可以使干燥空气、CO2和SF6的压力同时增加或减少，从而使各自的流量亦同时增加或减少，维持三种气体原来设定的比例近似不变；混合气路中设有带有节流器的流量计，可以分别调整SF6的浓度和混合气体的流量，使混合气体具有合理的混合比。
(5)将经过预加热处理后的镁合金铸锭，放入封闭熔炼炉中，加热升温。当温度达到500℃时，通入流量为7L/min、压力为1.025MPa比例均匀的混合保护气体；在保护气体存在下，控制温度在700℃，镁合金熔化后进行精炼搅拌处理后，静置30分钟。有覆盖剂污染时，熔液表面很快的形成一层具有金属色泽、致密的、有褶皱且比较厚的保护薄膜，有效地阻止了镁液的氧化燃烧。熔化后的镁合金液，在保护气体存在下，再进行浇铸、后续加工或热处理。
实施例3
(1)打开压缩空气调压阀2及带有节流器的空气流量计9、混合气出口调压阀26和带有节流器的混合气流量计28。压缩空气经过冷干机3、滤油器4除水除油后，以2MPa进入空气缓冲罐5，再经空气调压阀6进行减压后进入带有节流器的空气流量计9，然后通过混合气缓冲罐25进入混合气体调压阀26和混合流量计28进行稳定流量和压力输出，系统还设有压力继电器7，用于压缩空气的失压报警，当压缩空气压力较低时，压力继电器动作，发出声光报警信号。
(2)打开CO2调压阀11及带有节流器的CO2流量计16、混合气出口调压阀26和带有节流器的混合气流量计28。CO2气体经过CO2调压阀11以2MPa进入CO2缓冲罐13，再经CO2调压阀14进行减压后进入带有节流器的CO2流量计16，然后通过混合气缓冲罐25进入混合气体调压阀26和混合流量计28进行稳定流量和压力输出。
(3)打开SF6调压阀18及带有节流器的SF6流量计24、混合气出口调压阀26和带有节流器的混合气流量计28。SF63经过SF6调压阀18以2MPa进入SF6缓冲罐20，再经SF6调压阀21进行减压后进入带有节流器的SF6流量计24，然后通过混合气缓冲罐25进入混合气体调压阀26和混合流量计28进行稳定流量和压力输出，系统还设有压力继电器22，用于SF6的失压报警，当SF6压力较低时，压力继电器动作，发出声光报警信号。
(4)压缩空气、CO2、SF6按50％空气+49.7％CO2+0.3％SF6的比例进入混合气缓冲罐25，缓冲罐25调整气体进入量，输出压力相同的3路气体，使混合气体均匀；混合气体调压阀26同时控制SF6、空气与CO2的流量，通过调节混合气体调压阀的压力就可以使干燥空气、CO2和SF6的压力同时增加或减少，从而使各自的流量亦同时增加或减少，维持三种气体原来设定的比例近似不变；混合气路中设有带有节流器的流量计，可以分别调整SF6的浓度和混合气体的流量，使混合气体具有合理的混合比。
(5)将经过预加热处理后的镁合金铸锭，放入封闭熔炼炉中，加热升温。当温度达到500℃时，通入流量为12L/min、压力为2MPa的比例均匀混合保护气体；在保护气体存在下，控制温度在800℃，镁合金熔化后进行精炼搅拌处理后，静置30分钟。有覆盖剂污染时，熔液表面很快的形成一层颜色发灰、致密的、有褶皱、很厚的保护膜，有效地阻止了镁液的氧化燃烧。熔化后的镁合金液，在保护气体存在下，再进行浇铸、后续加工或热处理。
以上通过具体实施例对本发明技术方案作了进一步说明，这些例子仅是一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的一种限制。
权利要求
1.镁合金熔炼的气体保护方法，其特征在于包括以下步骤(1)高压状态的SF6、CO2和压缩空气，按比例混合后输出，作为镁合金熔炼过程的保护气体；(2)将预热处理的镁合金铸锭放入封闭熔炼炉中，加热升温；(3)当温度达到500℃以后通入保护气体，在镁合金液表面形成一层保护膜；(4)继续通入保护气体，控制温度在560～800℃进行精炼搅拌处理；(5)精炼搅拌完毕，静置30分钟，熔化后的镁合金液，在保护气体存在下进行浇铸、后续加工或热处理。
2.根据权利要求1所述的镁合金熔炼的气体保护方法，其特征在于所述压缩空气在混合之前经过干燥处理。
3.根据权利要求1所述的镁合金熔炼的气体保护方法，其特征在于步骤(3)中通入的保护气体的流量为2～12L/min，保护气体的压力为0.05MPa～2MPa。
4.根据权利要求1所述的镁合金熔炼的气体保护方法，其特征在于步骤(4)温度控制在650～760℃范围内。
5.一种镁合金熔炼的气体混合装置，其特征在于包括供气装置、过滤装置、混合气体控制系统，所述的供气装置包括SF6气瓶、CO2气瓶、空气储气罐、调压阀及压力表、通气管；所述的过滤装置包括冷干机及滤油器；所述的混合气体控制系统包括空气缓冲罐、CO2缓冲罐、SF6缓冲罐、空气调压阀、CO2调压阀、SF6调压阀、压力表、空气流量计、CO2流量计、SF6流量计、混合气体流量计、混合气体调压阀、混合气体缓冲罐。
6.根据权利要求5所述的一种镁合金熔炼的气体混合装置，其特征在于所述的混合气体控制系统中的流量计带有节流器。
7.根据权利要求5所述的一种镁合金熔炼的气体混合装置，其特征在于所述的混合气体控制系统设有压力继电器。
全文摘要
本发明涉及一种镁合金熔炼、浇铸和后续加工时的气体保护方法及气体混合装置。主要是镁合金在熔炼、保温、精练及后续加工过程中，采用压缩空气、SF
文档编号B22D23/00GK1858279SQ20061004052
公开日2006年11月8日 申请日期2006年5月22日 优先权日2006年5月22日
发明者张慧, 钟皓, 闫蕴琪, 翁文凭, 陈琦 申请人:苏州有色金属加工研究院