[发明专利]一种纯化镁合金的新工艺

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金的熔铸工艺，具体涉及在熔炼过程中去除Fe、Si、Ni、Cu等杂质元素的纯化工艺。

 

背景技术

近年来，随着能源供求的紧张，不可再生能源的大量消耗，能源危机逐渐凸显；而且当今世界上环境污染日益严重，减少废气排放十分迫切。为节约能源和保护环境，各国对新材料的需求更加急切，尤其是轻合金材料，如镁及镁合金材料。镁合金是目前工业应用中最轻的工程金属材料，具有密度小、比强度比刚度高、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，在汽车、轨道车辆、3C产品、手动工具、航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景。

但是，镁合金存在加工成形困难、抗腐蚀性能差、绝对强度低等问题，很大程度上限制了镁合金产品的实际工程应用。近年来，为解决上述问题，人们在合金化、热处理、晶粒细化等方面做了许多研究工作，并取得了重要进展。除此之外，镁合金的纯度也是影响镁合金性能的最重要因素之一,尤其镁合金中Fe、Si、Ni、Cu等有害杂质元素的含量。杂质主要通过原材料剂熔炼工具带入镁熔体中。研究表明，有害杂质元素的存大大降低镁合金铸锭的品质，会严重影响镁合金材料的组织状态、耐腐蚀性能、机械性能和加工成形性能，而且在镁合金的这些金属杂质中，Fe是危害最大的元素。例如，文献（Kainer K U. Magnesium alloys and technology. Weinheim: WILEY- VCH Verlag GmbH, 2003.）比较了高纯镁合金与普通AZ91合金的盐雾腐蚀速率, 发现杂质含量更高的普通AZ91合金的盐雾腐蚀速率为高纯AZ91合金的19倍。

因此，纯净的镁熔体是获得综合性能良好的优质镁合金材料的基本前提。研究和开发镁合金熔体纯化技术，有效地减少镁合金铸坯中Fe、Si、Ni、Cu等杂质元素的含量刻不容缓。现今，镁合金熔炼中通常采用 B、Ti、Zr、Be、Mn等元素的单质或化合物作为熔剂以达到除杂的目的。但是这些熔剂在除杂的同时会带入新的杂质或夹杂，这会对熔体的纯度和镁合金材料的整体性能有不利影响。有鉴于此，十分有必要开发一种高效的、不使用熔剂的纯化镁合金的新工艺，这对提高镁合金的品质和扩大镁合金材料的工程应用具有重要的意义。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种在常规熔铸工艺基础之上不额外添加任何除杂熔剂的镁合金熔体纯化新工艺，本发明效果好，可以有效去除Fe、Si、Ni、Cu等杂质元素，且不带入新的杂质或夹杂，显著提高了镁合金材料的纯度与性能，所用工艺设备为常规通用设备，成本较低，容易操作，工业上易于实现。

本发明的技术方案是这样实现的：一种纯化镁合金的新工艺，本工艺是在常规镁合金熔铸工艺基础之上，不额外添加任何除杂熔剂，只通过采用优化的熔体保温静置处理工艺，并结合合理的熔体冷却方式，实现合金的有效纯化，具体工艺步骤为：

1） 将精炼处理后且化学成分符合要求的合金熔体进行保温静置处理，熔体的保温温度为730-780℃，保温时间为30-100分钟；

2） 对熔炼炉断电，使合金液降温，并采取不同的冷却方式凝固熔体，获得所需的镁合金铸锭。

进一步，步骤2）熔炼炉断电后，熔体需30-40min降温至710-730℃，然后把熔体浇铸到结晶器中水冷凝固获得镁合金铸锭，浇铸过程中熔体的降温速率为45-60℃/min。

步骤2）熔炼炉断电后，对合金熔体直接采用风冷冷却而获得铸锭，熔体的降温速率为1.2-2.0℃/min。

本发明通过采用优化的熔体保温静置处理工艺参数，并辅以合理的凝固冷却方式而达到去除杂质的目的。在Mg-Zn-Zr系镁合金中，Zr是作为合金元素加入的。从相关相图可知，Zr能够与Fe、Si、Ni等杂质元素形成高熔点金属间化合物（如FeZr₂），这些化合物的密度明显高于镁液，这样在保温静置和冷却凝固过程中它们会逐渐下沉至坩埚底部。因而，在熔铸过程中优化熔体保温静置温度、时间及熔体冷却方式很重要，优化的工艺条件可以使熔体中杂质与Zr充分反应并有效沉降，从而显著提高合金的整体纯度。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1.本发明纯化效果明显：本发明通过优化熔体保温静置处理工艺参数，能够显著降低镁合金中Fe、Si、Ni等杂质含量，另外此纯化方法无需加入常规除杂熔剂，从而不会引入新的熔剂夹杂和杂质，避免了二次污染，可在镁合金中取得很好的整体纯化效果。