[发明专利]适于镁锂合金的精炼熔剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种适于镁锂合金的精炼熔剂及其制备方法，所述熔剂包括如下质量百分比含量的各组分：溴化锂(LiBr)40～70％，氯化锂(LiCl)15～40％，氯化钾(KCl)10～40％，氟化锂(LiF)0～10％，氟化钙(CaF₂)1～10％，碳酸盐造气剂1～5％；所述碳酸盐造气剂包括碳酸镁、碳酸钙的一种。本发明的熔剂优化了各成分的比例，具有较佳的熔点、粘度与润湿性，同时在使用过程中造气剂产生保护气体，使部分液态熔剂成泡沫状覆盖在熔体表面，可长时间保持对镁锂合金熔体的保护效果，阻止镁、锂的氧化及烧损，降低了熔剂用量，且不易混入合金液，利于与熔体分离，保证铸锭质量。

技术领域

本发明涉及的是一种适于镁锂合金的精炼熔剂及其制备方法，尤其是一种润湿性和粘性良好且具有吸附团聚作用的镁锂合金精炼熔剂，用于净化镁锂合金熔体，并具有晶粒细化的作用，属于金属材料及冶金类领域。

背景技术

随着全球能源及资源的日渐短缺，材料轻量化及循环利用能力显得至关重要。镁锂合金是迄今为止最轻的金属结构材料，根据锂含量的不同，密度通常在1.3～1.65g/cm³不等，仅相当于镁合金密度的1/2～2/3。镁锂合金不仅能为我国的国防工业如火箭、导弹、卫星、空间站、登月机构、军机、雷达等进行大幅减重，解决轻质材料制约我国武器、卫星发展的瓶颈问题；还可以应用在民用产业如汽车、电器、电子、医疗等领域，利用其密度低、阻尼性能好与100％可回收性等优点降低重量、提高产品质量，并大幅推动资源的循环利用。

目前所采用的镁锂合金部件大多因结构复杂、尺寸大而采用铸造方法生产，针对复杂结构件一般要在大气环境中进行熔炼铸造，此时合金中的镁和锂极易与空气、熔炼设备或原材料中的氧气和水等物质发生化学反应，造成合金元素的氧化甚至燃烧损失，并会引入镁锂元素的氧化物与碳化物等杂质污染熔体。因此，镁锂合金熔炼过程中要对熔体进行保护和精炼，保护处理的目的在于将熔体与外界空气隔绝开，阻止元素的氧化与烧损。精炼处理的目的是净化熔体，清除熔体中存在的夹杂物，防止夹杂物影响铸锭质量。目前所研究镁锂合金的精炼工艺主要为熔剂精炼，所用的精炼熔剂主要为氯化锂、氟化锂系熔剂[如文献《镁锂合金熔铸工艺及组织性能的研究》，[姚新兆，2006年湖南大学材料科学与工程学院硕士学位论文，P1-32)所述]，但其在精炼过程中熔剂不便与熔体分离，容易形成熔剂夹杂，增加了对熔体的污染，影响铸锭的质量；若采用普通镁合金系熔剂[如文献《镁合金熔体纯净化技术的研究进展》，[刘汪涵博等，2015年铸造第64卷第6期P521-527)所述]，此时锂会与其中主要成分氯化镁发生反应，消耗熔体中的锂元素，造成铸锭成分的不稳定；同时高温下熔剂会分解释放出氯化氢、氯气等有害气体，增加了对设备的腐蚀与对操作人员的伤害，更增加了对大气的污染。

综上所述，为提高镁锂合金熔炼的精炼效果，研制一种新型的精炼有效、成本低廉、对熔体和大气污染小、利于与熔体分离的镁锂合金精炼熔剂是扩大镁锂合金铸件生产应用、提高铸件质量的一项迫在眉睫的任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有镁锂合金精炼熔剂的不足，提供一种适于镁锂合金的精炼熔剂及其制备方法。本发明提供的是在使用过程中不与锂元素发生反应且具有吸附作用的新型镁锂合金精炼剂，在使用过程中，精炼剂中的造气物质受热分解持续地释放出微小惰性气体气泡，使得液态熔剂成泡沫状浮在熔体表面，更好的保护熔体中的镁、锂等元素，精炼效果稳定，且易与合金液分离方便扒渣。

为实现这样的目的，本发明提供的镁锂合金精炼熔剂的化学组分中减少了会与锂发生置换反应的氟化钙的含量，更没有加入会消耗锂元素而导致合金成分不准的氯化镁，转而加入了一定量的碱金属碳酸盐，所述碱金属碳酸盐包括碳酸镁、碳酸钙的一种；可以有效隔绝空气，对熔体提供充分的保护；同时，本发明提供的镁锂合金精炼熔剂对溴化锂、氯化锂、氯化钾、氟化锂、氟化钙的成分范围进行了优化，在造气物质的作用下具有较佳的净化效果。与普通精炼剂相比，加入的溴化锂起到稠化剂的作用，提升液态熔剂的粘度；加入的氯化钾具有提高熔剂铺开性的作用；减少了氟化钙的用量，避免了锂的大量损失，但同时也可借助锂与少量氟化钙的反应引入细化晶粒的钙元素，提高合金的强度。