一种利用温度梯度纯化镁熔体的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于镁熔炼和铸造技术领域，具体涉及利用温度梯度纯化商业用纯镁熔 体，在镁熔炼过程中除铁的纯化工艺。
【背景技术】
[0002] 镁合金具有较低的密度、高的比强度和比刚度、优良的阻尼性能、良好的减震性能 等一系列优良特性，是目前工业应用中最轻的金属结构材料，在汽车、电子、电器、交通、航 空航天和国防、军工领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。同时，金属镁在地壳 中储量丰富，且镁合金产品便于二次使用，环保性好。因此，镁合金被誉为21世纪的绿色结 构材料。虽然我国镁资源储量丰富，生产量居世界首位，但是生产的镁锭大多以比国外产品 低的价格出口到国外，原因之一就是我国镁合金纯度相对比较低，用现有方法生产的镁铸 锭中杂质的含量远远高于国际先进水平。
[0003] 在原镁生产、镁合金熔炼及加工过程中，不可避免引入许多有害杂质，从而降低镁 合金铸件的品质和使用性能。镁合金中金属杂质以Fe、Ni、Cu等为主。这些物质一般以薄 膜状、粒子状或簇状的形态残留在镁合金的基体或晶界上。Fe是镁合金中最有害的金属杂 质元素，对镁合金产生许多恶劣的影响，尤其严重降低镁合金的耐腐蚀性能。对镁合金进行 盐雾实验和中性氯化钠浸泡腐蚀后实验发现，合金耐蚀性受Fe、Ni、Cu元素的影响大致相 同：合金的腐蚀速率随Fe元素的加入而逐渐增大，当Fe含量>69X1(T6时，合金的腐蚀速率 增加加快，当Fe含量在（100?230)X1(T6之间时，由于铁锰比很小，合金的腐蚀速率增加 缓慢，当Fe含量>230X10_6时，合金腐蚀速率又急剧增加；随着Ni元素少量增加，合金的腐 蚀速率也会迅速增大。Fe含量在0. 005%以下的镁合金才有可能是高性能的镁合金，一般要 求铁含量更低。在材料的制备、生产和后续加工过程中，Fe杂质不可避免地被引入合金中。 有效地去除镁熔体中的Fe是提高镁合金耐蚀性能的关键因素。
[0004] 综上所述，在现存的镁熔体纯化工艺基础上发展一种新型的、成本低廉、生产工艺 简单的纯化工艺，对于提高镁合金的质量和节约成本具有重要意义。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的是在镁熔体纯化工艺基础提供一种成本低廉、生产工艺 简单的纯化工艺，不添加任何除杂剂，有效解决除杂的问题。
[0006] 实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用温度梯度纯化镁熔体的方法， 其特征在于，包括如下步骤： 1) 采用三段式熔炼炉，采用常规商业纯镁为原料，在保护气体（C02:SF6=99:1)的保护 下，设定熔化温度为740°C，熔融得到混合均匀的镁熔体； 2) 对熔炼炉上、中、下三部分设定温差为30-60°C的温度梯度，利用风冷适度加快熔体 下部的冷速，使其快速达到设定的温度； 3) 当镁熔体上、中、下三部分温度达到预设温度时，保温静置50-70分钟； 4)对电阻炉断电，使熔体空冷凝固获得纯化的镁锭； 进一步，所述步骤2)所设定的温度梯度为镁熔体的上、中、下三部分温度差别为45°C;上部730°C，中部685°C，下部640°C。
[0007] 所述步骤2)熔体在融化均匀后，需要10-15分钟达到设定的温度梯度，此过程采 取风冷方式适度加快下部熔体的降温速度，熔体的降温速度为5-6°C /min。
[0008] 本发明还提供一种三段式熔炼炉，包括熔炼器、桶状的炉膛和设于炉膛外的环形 加热器；所述加热器为独立的三段式结构，分别独立进行温度控制；还设有环形隔板将炉 膛和熔炼器之间空隙隔成三段封闭空腔；所述三段封闭空腔分别设有连接鼓风机的进气口 和用于排风的出气口。所述三段封闭空腔分别设有1个进气口和2-3个出气口。
[0009] 相比现有的纯化工艺，本发明具有如下有益效果： 1、纯化效果良好：本发明通过设计不同的静置温度梯度工艺参数，能够显著降低镁合 金中Fe的杂质含量；另外此方法不用添加其他除杂剂，不会引入新的其他夹杂物和杂质， 避免了二次污染，可在镁熔体纯化工艺中取得良好的效果。
[0010] 2、易于操作、成本较低：本发明利用常规的静置处理工艺，只需改变熔体上、中、下 三部分的静置温度，结合一定的静置保温时间，即可达到降低杂质含量的目的。
[0011] 3、应用面较广：本发明不仅针对商业纯镁具有良好的除杂效果，同时还可适用于 其他不同的镁合金体系，如AZ、ZK和AM系列等。
[0012] 4、采用新型的三段式加热熔炼炉镁合金熔炼设备，此设备易于设定不同的温度梯 度，工艺操作简单易行，生产成本低，在工业生产中易于实现。
【附图说明】
[0013] 图1是三段式电阻熔炼炉的示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0015] 一种利用温度梯度纯化镁熔体的方法，包括如下步骤： 1) 采用三段式熔炼炉，采用常规商业纯镁为原料，在保护气体（C02:SF6=99:1)的保护 下，设定熔化温度为740°C，熔融得到混合均匀的镁熔体； 2) 对熔炼炉上、中、下三部分设定温差为30-60°C的温度梯度，利用风冷适度加快熔体 下部的冷速，使其快速达到设定的温度； 3) 当镁熔体上、中、下三部分温度达到预设温度时，保温静置50-70分钟； 4) 对电阻炉断电，使熔体空冷凝固获得纯化的镁锭； 参见图1，所述三段式熔炼炉，包括熔炼器4、桶状的炉膛1和设于炉膛1外的环形加热 器2;所述加热器2为独立的三段式结构，分别独立进行温度控制；还设有环形隔板3将炉 膛1和熔炼器(熔腔体）4之间空隙隔成三段封闭空腔5 ;所述三段封闭空腔5分别设有连 接鼓风机6的进气口和用于排风的出气口 7，每段加热炉的封闭空腔5均设有1个进气口和 2-3个出气口。
[0016] 实施例1:利用温度梯度纯化镁熔体的方法，包括如下步骤： 1)采用三段式熔炼炉，原材料采用杂质含量高(杂质铁含量为〇.〇