[发明专利]镁合金熔体复合处理净化方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属熔体处理技术领域，具体涉及一种镁合金熔体复合处理净化方法。

背景技术

航空、航天和武器装备等由于特殊的工作环境，结构减重和结构承载与功能一体化是其发展的重要方向，镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、抗震性能优良和切削加工性能好等优点，在航空航天和国防军事工业领域具有广阔的应用前景，被誉为21世纪资源与环境可持续发展的绿色材料，已成为世界各国普遍关注的焦点。镁是地球上储量最丰富的元素之一，而我国是镁资源和镁合金生产大国，镁和镁合金锭产量占世界总产量的一半以上。大量采用镁合金制造航天器和武器装备零部件可达到最大的减重效果，将是未来航空航天和国防军事工业发展的重要方向。但当前镁合金大多用作非结构件，其中一个关键原因是镁合金内的夹杂物含量偏高，严重影响了其力学性能的发挥。近年来，随着对镁合金研究的不断深入，人们发现镁合金低的纯净度已成为制约镁合金应用的关键瓶颈之一。

镁合金中的杂质根据成分和结构不同，分为非金属夹杂和金属夹杂。非金属夹杂以镁的氮氧化物为主，如MgO、Mg₃N₂等；金属夹杂以Fe、Ni、Cu等为主。夹杂物一般以薄膜状、粒子状或簇状的形态残留在镁合金件的基体或晶界上。镁合金中的杂质严重地破坏镁合金的内在完整性，影响镁合金的品质，降低镁合金的性能。同时，极大地限制了其它强化手段(如热处理、微合金化、变质等)的作用效果。非金属夹杂还降低镁合金熔体的流动性，恶化合金的铸造性能，割裂镁基体，提供裂纹源，造成应力集中，严重地降低合金的强度、韧性和疲劳性能等，还伴生缩松、气孔等缺陷。夹杂还在镁合金中形成硬质点，导致加工性能和表面光洁度差，同时对抗腐蚀性也很不利。Fe、Ni、Cu等金属夹杂在镁合金中的固溶度都很小，铁以与镁合金基体有很大电位差的不溶铁相的形式分布于晶界，而Ni、Cu常和镁形成热处理不溶的Mg₂Ni、Mg₂Cu等金属化合物相，以网状分布于晶界，降低镁的耐蚀性，同时也使合金的塑性降低。

众所周知，镁合金密度小，且夹杂物的密度与镁熔体的密度差小，夹杂物往往悬浮于镁熔体中，与镁熔体的分离性差。因此，镁熔体的净化难度比钢铁、铝、钢等其它金属材料大得多。镁合金净化方法有很多种，如熔剂精炼净化、升华精炼净化、电解法精炼净化、过滤净化、电磁净化等。但从成本、使用效果方面考虑，通常采用熔剂净化。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利ZL01142611.X公开了一种采用纳米碳酸盐吸附剂和稀土化合物固氢剂的新型镁合金精炼剂，对镁合金熔体内的夹杂物有较强的吸附性，在使用过程中纳米碳酸盐吸附剂和稀土化合物固氢剂能有效去除镁熔体中的夹杂物。不过，随着航空航天器对镁合金熔体质量和性能要求的提高，单独采用熔剂净化仍难获得满足要求的镁合金熔体。

另外，细化晶粒是提高镁合金力学性能的有效方法。目前，航天航空镁合金部件大多因结构复杂、尺寸大而采用砂型铸造方法生产，但砂型铸造由于冷却速度慢，晶粒粗化现象十分严重。为提高镁合金材料的性能，在熔体处理过程中必须进行晶粒细化处理，如加锆细化剂进行细化处理。但锆的密度比镁大得多，易于在镁熔体中沉降，造成锆的大量损耗。此外，锆的活性很强，易与镁熔体中的夹杂物反应，造成有效锆元素的大量损失，大幅度降低了锆的收得率，严重影响了锆的细化效果。因此，如何在改善镁合金熔体质量的同时，提高锆细化剂的收得率是镁合金研究领域面临的关键技术难题之一。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种镁合金熔体复合处理净化方法；本发明的方法集熔剂净化、气体净化、气体保护、熔体均匀化于一体，大幅度提高镁合金熔体的纯净度。即在镁合金熔体采用熔剂净化的同时进行吹气搅拌处理，其中，熔剂净化能去除镁合金熔体较大的夹杂物，同时吹气搅拌引入的惰性气体或氮气的气泡能使悬浮于镁合金熔体中的夹杂物快速上浮到熔体表面，有效去除熔体中的夹杂物特别是微小夹杂物。同时，吹气搅拌也能降低锆细化剂的下沉速率，提高细化剂的收得率，控制锆元素的偏析，并实现砂型慢冷条件下镁合金铸件的晶粒细化，并降低镁合金生产成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种镁合金熔体复合处理净化方法，所述方法包括在镁合金熔体的熔剂精炼净化的同时进行吹气搅拌处理的步骤。

优选地，所述吹气搅拌具体为：采用旋转喷头向镁合金熔体通入惰性气体或氮气。

优选地，所述方法包括如下步骤：