一种镁及镁合金熔炼保护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镁及镁合金熔炼保护方法，属于镁合金冶金技术领域。
【背景技术】
[0002]镁合金具有比重轻、比强度和比刚度高等特性，在节能减排方面具有重要作用。随着人们对能源和环境的日益关注，作为轻量化材料，镁合金的应用正在受到前所未有的重视。但是，镁与氧的亲和力高，氧化镁生成热高且结构疏松，高温下镁会发生严重的氧化、燃烧、甚至爆炸。因此，镁合金熔体的阻燃保护是镁合金生产中的首要问题。
[0003]为了解决镁合金熔体阻燃保护的问题，人们先后研发了熔剂保护法、气体保护法、合金化阻燃法和真空熔炼法等。熔剂保护法的突出特点是工艺和设备简单、成本低、对镁合金有精炼作用，但是，熔剂在使用过程中产生有害气体，熔剂混入镁合金中形成熔剂夹渣，降低镁合金力学性能和耐腐蚀性能等。气体保护法是目前规模生产中广泛应用的保护方法，其中最常用的保护气体是SF6, 5?6气体属于温室效应气体，其全球变暖潜能(GWP)是CO2的24900倍，是《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》重点限制和取缔的对象。合金化元素在提高镁合金燃点的同时，也改变了镁合金的成分、组织和性能等，降低了镁合金的力学性能。真空熔炼法，需要复杂的抽真空系统及防镁蒸发的充气装置，真空熔炼的镁合金成本高。因此，目前迫切需要寻求一种能同时满足低成本、低GWP值、无有害气体产生，并且不降低镁合金的力学性能等要求的镁合金熔炼保护技术。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种镁及镁合金熔炼保护方法，达到镁及镁合金熔炼保护的低成本、低GWP值、无有害气体产生，并且不降低镁合金的力学性能等目的。
[0005]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:
[0006]一种镁及镁合金熔炼保护方法，将镁或镁合金炉料加热熔化，待镁或镁合金炉料全部熔化后，精炼、扒渣，将碳单质快速均匀地洒在镁及镁合金熔体表面上进行保护，再对镁及镁合金熔体进行合金化、精炼或浇注。
[0007]所述的碳单质的加入量随熔炼量和保护熔体面积而变，通常不超过镁及镁合金总熔炼质量的5%。
[0008]所述的碳单质为石墨粉或石墨块，石墨粉粒径越小越好，通常要小于0.8_。而组成石墨块的石墨颗粒粒径范围是0.1?2.0mm。
[0009]所述的加热熔化在坩祸内，炉料上放置石墨盖，石墨盖尺寸略小于熔体表面尺寸。洒碳单质前需将石墨盖取下。
[0010]所述的镁合金为含铝或不含铝镁合金，优选AZ91镁合金。
[0011]本发明将价廉易得的粉体或块体碳单质，均匀地洒在或放置在镁合金熔体表面，通过隔绝空气及生成的CO2气体，可以实现对镁合金熔体的保护。采用碳单质材料对镁及镁合金熔体进行保护操作时，不需要混气设备和抽真空设备，并且保护介质碳单质材料价廉易得，该保护方法成本低，具有明显的经济效益；碳单质材料石墨在保护镁及镁合金熔体过程中主要产生CO2气体，无Cl 2、HCl、302等有害气体产生，并且CO2气体的全球变暖潜能(GffP)值为I，远低于目前常用保护气SFfJ^ GWP值(24900)，该保护方法具有重要的环保意义。此外，碳单质对含有Al的镁合金有细化作用，有利于提高镁合金力学性能。与目前的镁及镁合金熔炼保护方法相比，采用碳单质材料作为镁及镁合金熔炼保护介质，可满足镁及镁合金熔炼保护的低成本、低GWP、无有害气体产生、不降低镁及镁合金力学性能等要求，具有无可比拟的优势，应用前景广阔。
[0012]本发明的有益效果是:
[0013](I)本发明采用石墨为保护介质，熔炼温度下产生的CO2气体的GWP值是I。SF6是最常用的保护气体，但是，3?6气体属于温室效应气体，其全球变暖潜能(GWP)是24900。因此，本发明与现有技术相比，具有极小的全球变暖潜能，具有重要的环境意义。
[0014](2)气体保护法需要气瓶、混气设备等，而本发明无需混气设备，在工艺和设备上，本发明具有操作简单，使镁合金生产成本低，具有明显的经济效益。
[0015](3)由于本发明采用石墨粉为保护介质，无碱金属和碱土金属的氯化物，无有害气体产生。与熔剂法相比，本发明具有熔剂保护法操作简单、保护效果好的优点，同时克服了熔剂使用过程中有害气体的产生等问题。
【附图说明】
[0016]图1为本发明石墨粉对AZ91镁合金熔体的保护效果。
【具体实施方式】
[0017]以下将结合实施例对本发明作详细说明。
[0018]实施例1:重熔AZ91镁合金:
[0019]采用坩祸电阻炉重熔AZ91镁合金，将AZ91镁合金锭切割成尺寸略小于坩祸内径的小块炉料，将小块AZ91镁合金锭放入坩祸，然后放置尺寸略小于镁合金熔体表面尺寸、厚度为6mm的石墨盖。升温至680°C，待炉料完全恪化后，取下石墨盖，采用R2号恪剂对AZ91镁合金熔体进行精炼，扒渣，将占AZ91镁合金总熔炼量0.3%的石墨粉快速均匀地洒在AZ91镁合金熔体表面上，在石墨粉保护下，在680°C下保温0.5h，取出坩祸，空冷。碳单质石墨对重熔AZ91镁合金有优良的保护效果。石墨粉容易与AZ91镁合金分离，并且石墨粉几乎没有损失，重熔AZ91镁合金锭的表面膜连续平整致密(见图1)。
[0020]实施例2 ??熔炼AZ91镁合金:
[0021]采用坩祸电阻炉熔炼AZ91镁合金。将纯镁锭切割成尺寸略小于坩祸内径的小块炉料，将小块纯Mg锭放入坩祸，然后放置尺寸略小于镁合金熔体表面尺寸、厚度为6_的石墨盖。升温至680°C，待炉料完全熔化后，取下石墨盖，采用R2号熔剂对镁熔体进行精炼，扒渣，将占AZ91镁合金总熔炼量1.0 %的石墨粉快速均匀地洒在镁熔体表面上，在石墨粉保护下，升温至720°C，加入纯铝、纯锌、铝锰中间合金，待合金化元素全完熔化后，搅拌镁合金熔体，在680 0C下保温0.5h，取出坩祸，空冷。碳单质石墨对AZ91镁合金的熔炼有优良的保护效果。石墨粉容易与AZ91镁合金分离，并且石墨粉几乎没有损失。得到的AZ91镁合金锭的表面膜连续平整致密。
[0022]实施例3:重熔纯镁:
[0023]采用坩祸电阻炉重熔纯镁。将纯镁锭切割成尺寸略小于坩祸内径的小块炉料，将小块纯镁锭放入坩祸，然后放置尺寸略小于镁合金熔体表面尺寸、厚度为6mm的石墨盖。升温至680°C，待炉料完全熔化后，取下石墨盖，采用R2号熔剂对镁熔体进行精炼，扒渣，将占纯镁总熔炼量3%的石墨粉快速均匀地洒在纯镁熔体表面上，在石墨粉保护下，在680°C下保温0.5h，取出坩祸，空冷。碳单质石墨对纯镁的熔炼有优良的保护效果。石墨粉容易与纯镁分离，并且石墨粉几乎没有损失。得到的纯镁锭表面膜连续平整致密。
【主权项】
1.一种镁及镁合金熔炼保护方法，其特征是，将镁或镁合金炉料加热熔化，待镁或镁合金炉料全部熔化后，精炼、扒渣，将碳单质快速均匀地洒在镁及镁合金熔体表面上进行保护，再对镁及镁合金熔体进行合金化、精炼或浇注。
2.根据权利要求1所述的一种镁及镁合金熔炼保护方法，其特征是，所述的碳单质的加入量不超过镁及镁合金总熔炼质量的5%。
3.根据权利要求1所述的一种镁及镁合金熔炼保护方法，其特征是，所述的碳单质为石墨粉或石墨块。
4.根据权利要求3所述的一种镁及镁合金熔炼保护方法，其特征是，石墨粉粒径要小于0.8mm，石墨块的石墨颗粒粒径范围是0.1?2.0mm。
5.根据权利要求1所述的一种镁及镁合金熔炼保护方法，其特征是，所述的加热熔化在坩祸内，炉料上放置石墨盖，石墨盖尺寸略小于熔体表面尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种镁及镁合金熔炼保护方法，其特征是，所述的镁合金为含铝或不含铝镁合金。
【专利摘要】本发明涉及一种镁及镁合金熔炼保护方法，将镁或镁合金炉料加热熔化，待镁或镁合金炉料全部熔化后，精炼、扒渣，将碳单质快速均匀地洒在镁及镁合金熔体表面上进行保护，再对镁及镁合金熔体进行合金化、精炼或浇注。与目前的镁及镁合金熔炼保护方法相比，采用碳单质材料作为镁及镁合金熔炼保护介质，可满足镁及镁合金熔炼保护的低成本、低GWP、无有害气体产生、不降低镁及镁合金力学性能等要求，具有无可比拟的优势，应用前景广阔。
【IPC分类】C22C23-00, C22C1-06, C22C1-02
【公开号】CN104762495
【申请号】CN201510119804
【发明人】李卫红, 周吉学, 刘运腾, 詹成伟, 赵东清, 唐守秋, 杨院生
【申请人】山东省科学院新材料研究所
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月18日