專利名稱：一種用于鎂合金的復合阻燃變質工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，特別涉及到一種用于鎂合金的復合阻燃變質工藝。
2.背景技術在鎂合金熔煉過程中，由于鎂的極易氧化燃燒，熔煉中和澆注前須對鎂合金液采取保護措施，目前主要采用的方法有保護熔劑覆蓋法和氣體保護法。熔劑保護法是采用一定成分的低熔點化合物熔劑，在較低的溫度下該熔劑熔化成液態，鋪開在鎂合金液面，阻止了鎂液與空氣的接觸從而起到保護作用。熔劑保護法容易造成鎂合金液的污染，使鑄件中夾雜物增多，侵蝕生產設備，污染環境。氣體保護法是在鎂合金液的表面覆蓋一層惰性氣體或者能與鎂反應生成致密氧化膜的氣體，從而使熔液隔絕空氣中的氧，采用的主要保護氣體有SF6、SO2、CO2、Ar、N等。SF6氣體保護效果較好，但是存在以下問題(1)污染環境，SF6氣體的使用會產生SO2、SF4等有毒氣體，SF6對全球變暖的作用是CO2的24900倍；(2)設備復雜。需有復雜的混氣裝置和密封裝置，從熔煉爐到澆注爐需要復雜的輸運設備；(3)腐蝕設備，顯著降低坩堝的使用壽命。因此，研究新的鎂合金液保護技術是一項現實而有意義的工作。前人研究認為，金屬鈹對鎂合金液有保護作用，但單獨加入金屬鈹保護鎂合金液時，加入阻燃需要的鈹量容易使鑄件產生熱裂，粗化合金組織而惡化材料性能。
鎂合金熔煉變質的目的是改變鎂合金的組織形態，該工藝對減小合金的晶粒、改善材料的力學性能有較大的影響，并對鎂液中的氧化夾雜亦有一定影響。研究表明，對于不含Al的鎂合金，采用鋯進行變質處理具有很好的晶粒細化效果。對Mg-Al類合金可采用碳質孕育法，其作用原理是鎂液中的碳化物在高溫下分解并與合金液化學反應生成AlC4，該化合物可以起到外來晶核的作用而使鎂合金的晶粒細化，加入C2Cl6是工藝措施之一，采用氬氣混合加入高純碳粉的工藝方法也獲得了較明顯的變質效果。但是，由于碳在鎂中的難溶性，在鎂合金液中加入碳非常困難，使生產工藝復雜，作用效果不穩定。
3.發明內容本發明的目的是為了克服上述現有技術的不足，提供一種適用于防止鎂合金熔煉時的氧化燃燒、又對含鋁的鎂合金具有組織變質細化作用的無污染、效果好、價格便宜的復合阻燃變質工藝。
本發明是通過以下方式實現的一種用于鎂合金的復合阻燃變質工藝，包括以下步驟(1)將鎂—鋁系合金在2號熔劑覆蓋保護下熔化成液體；(2)加入復合阻燃變質劑，攪拌，使阻燃變質劑在合金液中熔化后，扒去2號熔劑；(3)用脫水的惰性氣體作3-10分鐘的吹煉攪拌；(4)在710-770℃溫度范圍內進行5-15分鐘的鎮靜孕育，可獲得凈化、不燃燒、變質的鎂合金熔液。
上述步驟(2)中加入的復合阻燃變質劑由鋇、鍶、鈹和鋁元素組成，各元素的重量百分比分別為鋇3-10％、鍶3-10％、鈹0.5-3％、鋁77-93％；復合阻燃變質劑的加入量為所處理鎂合金重量的0.1-3％；步驟(3)所述的惰性氣體為脫水的氬氣或氮氣。
阻燃變質劑中，鈹和鋇具有表面活性作用，它們富聚于鎂合金液的表面，生成的氧化膜同合金液表面的氧化鎂形成致密的復合氧化膜，阻止了氧原子進一步侵入合金液中，防止了鎂液非常容易產生的氧化燃燒，從而達到阻燃的目的。采用鋇、鈹、鍶以及鋁組成復合阻燃變質劑，既可以在鎂合金熔液表面形成致密的復合氧化膜，實現鎂合金液在大氣中800℃溫度以下不產生燃燒的效果，同時變質劑中的鍶和鋇具有改變鎂合金晶體生長特性，從而實現了對鎂-鋁相組織的變質效果，細化了晶粒，改善了鎂合金熔液的冶金質量和制件性能。阻燃變質劑中鋇的使用減少了有毒且價格較貴的鈹的用量，克服了過量的鈹對材料造成的不良影響。也強化了鈹的阻燃效果。本阻燃劑中的鋇采用熱還原法直接由鋇鹽制取，同采用直接加入金屬鋇的方法比較，鋁—鋇阻燃劑的成本低廉。復合阻燃變質劑在使用中不會對環境造成污染，經阻燃變質劑處理的的鎂合金實現了綠色潔凈化的生產過程。該阻燃變質劑的變質有效時間不少于7小時，多次重熔合金液仍具有阻燃效果，具有長效性。
本發明采用了無環境污染的鋇和鈹作為阻燃元素劑，以鍶和鋇作變質元素，以無水惰性氣體吹煉攪拌強化變質劑的作用效果和凈化合金液，以靜置孕育穩定其變質效果。本發明可防止通常生產條件狀態鎂液的燃燒，變質效果明顯而穩定，重熔性好，生產成本低。
4.具體實施方式
實施例1將國家牌號的AZ91鑄造鎂合金(9％Al、1％Zn、0.15％Mn、余為Mg)在2號熔劑(38-46％氯化鎂、34-40％氯化鉀、5-8％氯化鋇、3-5％氟化鈣)覆蓋的保護下熔化為液體，合金熔煉在電阻爐內進行。加入0.2％的由8％鋇、1％鈹、10％鍶和91％鋁組成的復合阻燃變質劑，攪拌合金液，扒去熔渣和2號熔劑，然后再用脫水的氬氣做5分鐘的吹煉攪拌，之后，在730℃溫度附近進行7分鐘靜置孕育，最后，將合金液扒渣澆注金屬型。使用結果表明，經阻燃變質處理后，ZA91鎂合金在770℃的溫度下不燃燒。同傳統的熔劑覆蓋熔煉工藝比較，由于減少了氧化和熔劑夾渣使鑄件質量明顯提高，材料的利用率也有所提高，減輕了熔劑對環境和設備的污染。經變質處理后，ZA91鎂合金材料的強度、延伸率和韌性比未處理時得到提高，可達到拉伸強度180MPa、延伸率5.2％，沖擊韌性28J/cm2，布氏硬度58。
實施例2將國家牌號的AZ63鑄造鎂合金(6％Al、3％Zn、0.35％Mn、余為Mg)在2號熔劑覆蓋的保護下熔化成液體，熔煉在電阻爐內進行。加入0.5％的由6％鋇、1％鈹、6％鍶和87％鋁組成的復合阻燃變質劑，攪拌合金液，扒去熔渣和2號熔劑，然后再用脫水的氮氣做5分鐘的吹煉攪拌，之后，在750℃溫度附近進行5分鐘的靜置孕育，最后，將合金液扒渣澆注金屬型。熔煉結果顯示，經阻燃變質處理后，ZA63鎂合金液的燃燒點溫度可提高到790℃。同傳統的熔劑覆蓋熔煉工藝比較，由于新工藝減少了氧化和熔劑夾渣使鑄件質量明顯提高，也減輕了熔劑對環境的污染。變質處理比未處理AZ63鎂合金材料的強度、延伸率和韌性得到提高，可達到拉伸強度160MPa，延伸率6％，沖擊韌性23J/cm2，布氏硬度64。
對經阻燃變質處理的AZ63合金液保溫6小時或進行三次重熔處理后，780℃的合金液仍然未出現燃燒現象，合金材料基本保持了原有的變質效果。表明阻燃變質效果具有長效性。
權利要求
1.一種用于鎂合金的復合阻燃變質工藝，其特征是包括以下步驟(1)將鎂一鋁系合金在2號熔劑覆蓋保護下熔化成液體；(2)加入復合阻燃變質劑，攪拌，使阻燃變質劑在合金液中熔化后，扒去2號熔劑；(3)用脫水惰性氣體作3-10分鐘的吹煉攪拌；(4)在710-770℃溫度范圍內進行5-15分鐘的鎮靜孕育，可獲得凈化、不燃燒、變質的鎂合金熔液。
2.根據權利要求1所述用于鎂合金的復合阻燃變質工藝，其特征是步驟(2)中加入的復合阻燃變質劑由鋇、鍶、鈹和鋁元素組成，各元素的重量百分比分別為鋇3-10％、鍶3-10％、鈹0.5-3％、鋁77-93％。
3.根據權利要求1所述用于鎂合金的復合阻燃變質工藝，其特征是步驟(2)中復合阻燃變質劑的加入量為所處理鎂合金重量的0.1-3％。
4.根據權利要求1所述的復合阻燃變質工藝，其特征是步驟(3)所述的惰性氣體為脫水的氬氣或氮氣。
全文摘要
本發明提供了一種用于鎂合金的復合阻燃變質工藝。該工藝步驟是先將鑄造鎂合金在熔劑覆蓋保護下熔化成液體，然后加入復合阻燃變質劑，攪拌，扒去浮渣及覆蓋劑，用氬氣等惰性氣體對合金液進行吹煉攪拌，最后，在710－770℃溫度范圍內進行一定的靜置孕育，然后澆注成型。采用本發明處理的鎂合金在低于800℃溫度下的大氣中不產生氧化燃燒，對合金液有去氣除渣的精煉作用，并對合金組織產生晶粒細化變質效果，改善了鎂合金液的鑄造質量和制件的力學性能。
文檔編號C22C23/02GK1390968SQ0211032
公開日2003年1月15日 申請日期2002年5月13日 優先權日2002年5月13日
發明者耿浩然, 亓效剛 申請人:山東大學