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镁合金熔剂与熔解剂净化技术的研究进展

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镁合金熔剂与熔解剂净化技术的研究进展

发布日期:2018-10-13 作者: 点击:


  近年来, 由于能源危机的逐渐凸显与世界各地 环境污染的日益严重,使得减少污染、降低能耗、资 源循环利用显得尤为重要。因此,人们提出了材料轻 量化和回收再利用的要求。在金属材料中,镁合金作 为最轻的工程材料,具有密度小、比强度和比刚度高、 阻尼减振降噪能力强、液态成型性能优越、切削加工性 能良好、能屏蔽电磁辐射和易于回收利用等一系列优 点,在车辆、航空等领域将具有很大的发展潜力。


  颗粒状熔剂作用机理编辑

  1、颗粒状复合熔剂具有独特的成分缓释技术,其内部各组成呈现均匀分布状态,依靠独特的颗粒状特性和各成分作用时间的差异,使得熔融的熔剂能够在上浮过程中充分包裹铝液中各种大小的渣(杂)

  2、采用了表面活性吸附技术,可有效改变熔剂包裹的渣团表面活性,使渣团表层裹覆的熔剂与惰性气体具有较强结合倾向,与铝熔体具有极低亲和力,从而提升除渣效率,实现更好的铝渣分离。

  3、覆盖作用在保护熔体不进一步氧化的同时能够保持熔体表层热量,使得熔剂不需要添加放热组元升温就可以实现渣铝分离,从而有效避免了熔剂反应过程放热导致熔体氧化加剧和损耗。


  新熔剂应具备以下特点:吸湿性小,蒸汽压低;在铝液表面能自动铺开形成连续覆盖层;熔剂与铝液能自动分离,易于扒渣;熔剂排放有害气体含量少,不危害工人身体健康;生产工艺简单,价格便宜颗粒状铝合金熔剂正是在这样的背景下产生的,也必然越来越多的受到铝合金熔炼及铸造行业的重视,逐步替代现有的传统熔剂。


  镁合金之所以获得广泛的应用,是因为它具有下列优点:①密度小,比铝轻三分之一,其比强度(抗拉强度与密度之比值)较铝合金高;②疲劳极限高;③能比铝合金承受较大的冲击载荷;④导热性好;⑤铸造性好;尺寸稳定性好;⑦易于回收;⑧有良好的切削加工性;⑨有较好的减振性能;⑩在诸多方面比工程塑料优越,可替代工程塑料;在煤油、汽油、矿物油和碱类中的耐耐蚀性较高等。


  镁合金的缺点在于:它耐蚀性差,即使铸造合金耐蚀性能也较铝合金差,在熔化时需要加入特殊的防护溶剂;需要用特种的混合型砂来制作砂模。此外,尽管镁合金的冲击韧性和疲劳强度好,但是其对应力集中却很敏感;屈服点低和弹性系数小,也降低了镁合金作为结构材料放入使用价值。镁在熔化过程中极易与空气中的氧、氮、水气等 发生剧烈的化学反应,熔解剂产生大量夹杂物,并伴随着气 体、缩松和针孔等缺陷。夹杂物的存在严重影响了镁 合金的性能与品质, 在很大程度上限制了镁合金产 品在工程中的实际应用。因此,除杂是提高镁合金纯 净度,发展镁合金产业的关键。


  目前,镁合金净化方法主要有熔剂净化法与非 熔剂净化法两大类。熔剂净化法具有除杂成本低、效率高、操作方便、效果好等优点,所以被普遍采用。 然而,熔剂净化法在得到广泛应用的同时,也存在污 染环境、带入熔剂夹杂、金属损耗增加等问题。


  1、 镁合金中的夹杂物

   依据夹杂物在镁合金中组成和结构的不同,可 以将其分为非金属夹杂物和金属夹杂物。非金属夹杂物有: 镁的氮氧化物, 如MgO、 Mg3N2;氯化物,如NaCl、CaCl2、KCl 等;铝钙基碳化 物, 如Al4C3、CaC; 镁基硫化物、镁铝基氟化物,如 MgS、MgF2 等;Si 及Si 化物,如Mg2Si、SiO2 等。金属夹杂物有:α-Fe 粒子;锰-铁金属化合物,如 MnAl6、Fe2 (Si,B)、Fe3 (Al,Si)、(Fe,Mn)3Si、(Fe,Mn)5Si3 等;Ni、Cu 与镁的金属化合物等。


   2、 对净化熔剂性能的要求

    为了实现良好的净化效果, 通常净化熔剂要达 到以下使用要求:

   (1) 熔点:熔剂熔点要低于镁合金熔液的熔点,保证熔剂使用时可形成完整的密封层, 能够很好地 隔离夹杂物。


   (2) 密度:熔剂与金属液之间的密度差要较大, 避免熔剂夹杂到镁合金液中。

熔解剂

   (3) 粘度:根据熔剂具体用途,粘度大小要求不 同。以覆盖为主要目的,要求粘度要小,容易铺开; 以除杂为主要目的,则要求粘度较大,便于与金属液 分离。


   (4) 造渣性: 熔剂自身不应含有影响金属液质 量的杂质,同时要有较强的俘获气体和其它杂质、并 迅速沉降的能力。


   (5) 化学稳定性:熔剂的化学性质要稳定,不易 挥发、分解。在熔炼过程中要求不易与合金液、坩埚 壁等发生反应。


   (6) 无公害:熔剂生产、运输、使用过程要确保 操作人员的健康安全, 同时尽可能减少环境污染等 问题。


  目前镁合金除铁的方法主要是在净化熔剂中加 入含有Mn、Zr、Ti 与B 等元素的除铁剂。吴国华等[6-8] 分别用含B2O3、TiO2、Na2B4O7、MnCl2 等熔剂对AZ91 镁合金进行了除Fe 研究。研究表明,这些净化熔剂 与Fe 杂质相互作用, 在镁熔液中形成密度大、溶解 度小的金属间化合物。静置后,该化合物沉淀到底 部与镁熔液分离, 从而有效降低合金中的Fe 杂质 含量。

 

  通过对稀土镁合金的深入研究发现, 传统镁合 金熔剂中的主要组元MgCl2 会与稀土元素发生反 应:2[RE]+3MgCl2(l)→2RECl3(s)+3Mg(l),这导致 部分昂贵稀土损耗。因此,在实际生产应用中,对 于稀土镁合金通常使用不含或少含MgCl2 的熔剂, 以此来避免稀土损耗。另外,此类熔剂的净化效果不 理想,夹杂物含量仍然较多,合金质量较差。去除组分所含有毒物质。潘懿等在二号 熔剂的基础上, 从无环保问题与人身健康的要求为出发点,取消了熔剂中的钡元素,增加了MgCl2、KCl 的含量,同时加入了一定量的NaCl 与MgCO3。加入 的MgCO3,在高温下分解产生CO2,部分CO2 可以 清除液体中的H2。部分CO2 与Mg 反应,生成MgO2 与C,起变质与造渣作用。在满足环保要求的同时也 增强了熔剂的炼渣除气能力。 


  其他熔剂组分的改进研究。由于碱金属及 碱土金属具有较高的化学稳定性,所以是目前镁合金 净化熔剂的主要组分。在此基础上人们不断研究通过 加入新组分, 来提高熔剂的净化效果。美国的Faure 等以铝合金精炼常用熔剂组分Na3AlF6 为主,添加 MgF2,研究新熔剂对镁合金废料的精炼效果,该熔 剂密度大,熔点也较高(920℃)。在国内,镁合金净 化熔剂的研究中Na3AlF6 的添加也逐渐被重视,然 而其对镁合金的净化效果还有待研究。


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