[发明专利]一种去除镁或镁合金熔体中氧化镁夹杂的方法

说明书

本发明公开了一种去除镁或镁合金熔体中氧化镁夹杂的方法，属于金属熔体净化技术领域。所述方法为在镁或镁合金熔炼过程中，向镁或镁合金熔体中加入能够与氧化镁发生还原反应的金属元素，使所加入的金属元素与氧化镁夹杂发生还原反应，生成密度比镁或镁合金密度大的金属氧化物和镁；再通过静置使新生成的金属氧化物沉降到炉底，达到净化镁或镁合金熔体的目的。本发明能够有效去除镁或镁合金熔体中的氧化镁夹杂的含量，特别是针对现有技术中无法除去的小尺寸氧化镁（尺寸小于0.5mm），去除镁合金夹杂的效果好，提升了镁或镁合金的品质。

技术领域

本发明涉及金属熔体净化技术领域，具体涉及一种去除镁或镁合金熔体中氧化镁夹杂的方法。

背景技术

镁及其合金密度低、比强度和比刚度高、阻尼和减震性能高、导热导热及电磁屏蔽性优良、铸造及机加工艺性能好，且具有丰富的资源支撑，成为最具潜力的金属材料之一，在地面交通工具、航空航天、3C产品等领域具有广阔的应用前景。

从全寿命周期角度而言，镁及其合金原料铸锭（含塑性加工所需半连续铸锭）生产、铸件生产及废镁重熔再生都必然涉及熔炼操作，即需要使用镁或镁合金熔体。因此，熔体品质是决定镁及其合金产品质量的重要影响因素。固态夹杂含量则是衡量镁或镁合金熔体品质的主要指标之一。

众所周知，金属镁化学性质活泼，与氧的亲和力强，在高温熔融状态下极易与氧反应生成氧化镁。在工业生产中，氧化镁约占镁或镁合金熔体中固态夹杂的85%以上。氧化镁的理论密度为3.58g/cm³，实际熔体中的氧化镁密度一般还低于该理论值（尤其是团絮状的氧化镁夹杂），与镁或镁合金熔体的密度（1.5-1.6 g/cm³）相差不够大，在利用密度差原理实现沉降分离时，分离效率效率低且分离效果较差。对于小尺寸（尺寸低于0.5mm）氧化镁更是如此，易于滞留成为固态夹杂。此外，由于氧化镁与镁或镁合金熔体表面润湿，二者界面存在较强的物理吸附作用，也不利于分离，尤其是对于小尺寸（小于0.5mm）氧化镁而言，表面浸润导致的负面影响更为显著。因此，对于镁或镁合金熔体而言，氧化镁夹杂数量多且难分离去除，容易滞留成为固态夹杂；小尺寸（小于0.5mm）氧化镁更是难以分离去除，更容易滞留成为固态夹杂。

目前工业上最普遍的镁或镁合金熔体除杂方法是熔剂精炼，即依靠以氯盐为主要成分的熔剂吸附并捕获固态夹杂，其除杂效果取决于熔剂与镁或镁合金熔体的混合及接触程度，但由于二者物理特性迥异，很难真正实现充分混合，往往不能达到满意的除杂效果。此外，熔剂精炼还存在如下问题：熔剂中的氯盐在高温下会释放Cl₂和HCl等有毒有害气体，污染严重；易产生残留，造成熔体二次污染；对于含锆和稀土的镁熔体而言，熔剂中的氯盐会与锆和稀土反应，锆和稀土的收得率难以保证。熔剂精炼将面临被淘汰的可能。

为此，学术界和工业界开展了大量的理论研究和技术开发。经文献检索发现，CN10380648A公开了一种镁合金熔体净化方法，其先将镁合金熔体进行气体旋转喷吹净化，然后再进行泡沫陶瓷过滤净化处理。CN106011512A公布了一种镁合金熔体四级净化方法，由以下步骤组成：一级净化在氢气保护下，将净化熔剂加入镁锭或镁中间合金熔体中精炼，除去熔体中的气体与非金属夹杂物；二级净化在中间包内，采用旋转喷头喷吹混合气体，除去中间包内镁合金熔体中所含气体；三级净化在熔炉出液口进入流槽前通过泡沫陶瓷过滤器，对流出的镁液过滤除气除渣；四级净化在浇铸保温炉内吹入氢气，并向炉内添加净化熔剂进行二次精炼及除渣。CN101037729A公布了一种镁合金炉料无熔剂重熔精炼方法及其装置，是在镁合金炉料预热干燥后，采用复合多级精炼方法精炼镁熔体，包括炉料熔化——搅拌精炼或和吹气精炼——强制沉降——过滤精炼——静置精炼——出炉浇注几个阶段，能有效去除各类镁合金炉料中的杂质和气体，实现熔体的高质量净化。上述发明中，除了部分需要使用面临淘汰可能的熔剂精炼外，还涉及到气体精炼、过滤精炼和静置精炼，以下分别进行分析：