[发明专利]一种镁铝系合金的气体变质方法

说明书

本发明公开了一种镁铝系合金的气体变质方法，本方法用于在镁铝系合金金属液的铸造前进行变质处理以提高晶粒细化程度，其特征在于，采用CO或碳氢气体变质剂代替传统变质剂，对镁铝系合金进行变质处理。本发明不仅能祛除镁合金变质过程中的副产物，还极大的减轻了人工的工作量，并且具有操作简单，镁合金变质过程参量可控，生产连续自动化等优点，能够提高变质处理晶粒细化效果，降低杂质含量，提高最终铸造产品质量。

技术领域

本发明涉及镁铝系合金铸造成形领域，具体涉及一种镁铝系合金的气体变质方法。

背景技术

随着汽车工业、电子工业和航空航天等工业的迅速发展，实现经济飞跃的同时也使得能源消耗和环境污染问题空前严重。为了响应节能减排的号召，被称为“2l 世纪商用绿色环保和生态金属结构材料”的镁合金有了巨大的应用前景。在众多镁合金种类当中，镁铝系合金凭借其优异的性能和较低的经济成本实现了广泛的的应用。目前镁铝系合金主要以铸造的方式生产，其性能主要取决于铸造组织，特别是晶粒尺寸。

细晶强化是最有效的既能提高塑韧性又能提高强度的方法之一，目前对于镁合金来说变质处理是用的比较多的细化晶粒的方法。变质处理是指向金属液体中加入一些细小的形核剂(又称为孕育剂或变质剂)，使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能目的的处理方式。在铸造前对金属液进行变质处理，能够有效地提高铸造产品性能质量。而镁铝系合金主要是通过加入含碳变质剂进行变质处理，传统的变质剂有菱镁矿、C₂Cl₆ 、CaCO₃等。菱镁矿变质虽然成本低也能达到细化晶粒的效果但变质效果衰退快，污染熔体。C₂Cl₆变质剂能解决变质效果衰退快的问题但它在与镁熔体发生反应时生成有毒气体氯气有害人体健康、污染环境，并且会导致厂房和设备的快速腐蚀。这些方法还有些共同的缺点：依赖人工、间歇作业、熔炼环境恶劣、不能实现生产的连续自动化等。虽然其经济成本低，但违背了当今重视环境这一主题。

对于上述方法国内外学者进行了大量的研究。吴国华等人在专利“镁铝系镁合金晶粒细化复合熔剂及其制备方法”（CN20031472350A）中提出由氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钠、六氯乙烷等组成的一种复合熔剂，意在综合各种熔剂的优点，克服现有镁合金熔剂功能单一的缺点，既能去除镁熔体中非金属夹杂物，又能有效细化晶粒。但是此方法熔剂配比复杂，成本较高，并且熔炼过程也相当繁琐。后来彭秋明在专利“一种适用于镁铝基合金的细化剂及其制备方法”（CN201110198403）中也提出了由Sr、Sn、RE等粉末研磨20-40小时制成的晶粒细化剂，也同样存在价格昂贵，晶粒细化剂制备耗时过久，工艺复杂不适合工程应用等问题。在此不再一一赘述。

为了解决目前镁合金熔炼所存在的问题，近年来也有学者在研究中体现了利用气体易控的特性代替固态变质剂的思想。下面对这些方法进行具体介绍：

1、日本学者Eiji Yano在Effect of Carbon Powder on Grain Refinement ofan AZ91E Magnesium Alloy中提出以氩气为载体向镁熔体中通入碳粉，利用碳粉与熔体反应生成异质核心，此方法也能起到细化晶粒的效果，并且以惰性气体为载体避免了想熔体中带入杂质或变质剂与熔体反应污染熔体等缺陷。但是此方法，以高纯氩气为载体通入碳粉，不仅设备昂贵复杂，碳粉的通入参数不可控，而且通入碳粉粗细也有严格的要求，因此不能在生产上广泛应用。

2、为了解决熔炼过程中环境污染严重等问题，南昌大学的高挺也试图用CO₂气体作为变质剂，探究其对镁合金的变质效果，虽然此论文提出了用CO₂气体作为变质剂，有效的改善了镁合金熔炼环境恶劣的问题，但并没有提到具体通入气体的方法和相关参数设置，也没有考虑到CO₂气体的通入带入了大量的氧，氧与镁熔体发生反应生成副产物难以去除。