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镁课堂:(三十四)熔炼镁合金用的原材料

时间:2015-6-9


      制备镁合金零件的工艺可分四大类:铸造冶金法,快速凝固/粉末冶金法,喷射沉积法,半固态成形法。除这4种方法,还有用各种压力加工塑性成形工艺生产的镁及镁合金半成品(板、带、管、棒、型材与锻件)制造的零部件。但用半成品制造的零部件仅占总镁合金件的15%左右,而在前4类零部件中,用铸造冶金法生产的又占95%以上。因此,用铸造冶金法生产镁合金零件占总量的80%强。而在铸造冶金法制造的镁合金件中,用压铸法生产的竟占90%左右。

  不管是制备压力加工的镁合金锭还是生产镁合金零件,熔炼是一道极为关键的工序,因为它对熔体品质进而对材料与铸件的性能有着决定性的影响。不管是原材料品质,还是熔剂、熔炼工艺和设备、工具等的品质都对熔体品质有影响,同时与其他常用金属相比,镁的化学性能活泼得多,其熔体极易与氧、氮、水等发生化学反应,发生燃烧与爆炸的机率也更大些,镁及镁合金的腐蚀性能对杂质元素如铁、镍、铜等非常敏感。因此,在熔炼镁合金时必须严格遵守操作规程、熟记安全规程、精心操作。

  原材料

  配制镁合金的金属原料有镁、锭、铝锭、锌锭与中间合金(镁-锰、镁-锆、镁-钕、铝-铍、铝-镁-铍、铝-镁-锰)、混合稀土等,以及铍氟酸钠,回炉工艺废料。它们的品质、化学成分与级别应符合各自的标准。各种镁合金的回炉料与工艺废料都可以作为同牌号合金炉料的组成部分,不过同时使用一级和二级回炉料时,其用量之和不得大于炉料总质量的80%,同时使用二级和三级回炉料时,其用量不得超过炉料总质量的40%。

  待装炉的各种炉料应洁净干燥,没有油、氧化物、沙土和明显的锈蚀,中国自上世纪50年代末生产镁合金以来,发生多起爆炸事故,还有人员死亡,大都是炉料中混有水份引起的。生产不同牌号铸件与铸锭时,应特别注意,不得混料,特别是含锆的镁合金不得与含铝的镁合金料混淆。

  熔剂

  由于镁及镁合金在熔炼过程中易氧化与烧损严重,需用熔剂保护,这种熔剂称为覆盖剂。熔融的覆盖剂在表面张力作用下,在镁熔体表面形成一层连续的有一定厚度的致密的覆盖层,隔绝空气和水气,防止镁的氧化,抑制镁的燃烧。

  镁合金熔体中的氧化夹杂物、熔剂夹渣和气体溶解度比铝合金熔体的高得多。因此,为获得高品质的熔体,必须对其进行精炼净化,起净化作用的物质被称为精炼剂。它对镁熔体起精炼净化作用,对夹杂物应有良好的润湿、吸附能力,并利用熔剂与镁熔体的密度差,把金属夹杂物随同熔剂自熔体中排除。由此可见,熔剂应具有如下的性质:熔点低于镁及镁合金的;有足够高的流动性和表面张力;有一定的粘滞性;润湿坩埚和炉体;有精炼净化能力;在700℃~800℃的密度比镁合金的高;与镁合金及炉壁不发生化学反应。同时,还必须满足以下要求:

  能够减少或防止镁熔体表面氧化与燃烧;

  易与镁熔体分离,能有效地去除熔体中的氧化物、氮化物等;

  不含对熔体有害的夹杂物与元素;

  对环境友好,原料损耗低;

  原料来源广,价格合理,不会明显提高产品的成品。

  当前应用的镁合金熔剂大都是碱土金属氯化物和氟化物如MgCl2、KCl、BaCl2、CAF2、MgO、CaCl2的混合盐。一般来说,以MgCl2为主要成分的熔剂用于Mg-Al-Zn、Mg-Mn和Mg-Zn-Zr系合金的熔炼,而对于含有Ca、La、Ce、Nd、Th等元素的合金,应用不含MgCl2的专用熔剂。

  在镁合金熔炼过程中还使用硫磺、硼酸HBO3、氟化物(NH4BF4、NH4HF、NH4F)和烷基磺酸钠RSONa以防止镁熔体在浇铸和充型时的氧化和燃烧。硫与镁熔体接触时形成SO2保护气体,沸点为444.6℃,另外镁可与硫生成MgS膜,减缓熔体氧化。硼酸受热脱水生成B2O3,与Mg反应生成致密的Mg3B2保护膜。氟化物与镁接触后分解出HF和NH3等保护气体,不过这些气体有毒,且有强腐蚀性,因此现在多RSONa,可与镁反应生成SO2和CO2,并能与镁生成MgS致密保护膜。 

       来源:中国有色网  作者:王祝堂



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