專利名稱：鎂及鎂合金復合保護阻燃覆蓋熔劑及其生產方法
技術領域：
本發明涉及的是一種鎂及鎂合金熔劑及其生產方法，尤其是一種具有復合保護阻燃作用的鎂及鎂合金覆蓋熔劑，以防止鎂合金熔煉過程中的氧化與燃燒。屬于金屬材料及冶金類領域。
背景技術：
鎂是常用的金屬結構材料中最輕的一種，在航空、汽車、電子信息、機械工業中得到廣泛的應用。但鎂的化學活性很強，在空氣中易氧化，且生成的氧化膜疏松，不能起保護作用，特別是高溫情況下氧化加劇，引起燃燒。因此，減少與防止鎂合金的氧化與燃燒是鎂合金應用過程中要解決的關鍵問題之一。當前，鎂合金的阻燃方法主要有合金化法、覆蓋熔劑法。
合金化法主要是以純鈹或鈹中間合金的方式往鎂合金中加入鈹元素，由于鈹對于鎂是表面活性元素，加入鎂合金內的鈹元素將富集于熔體表面并優先氧化而在合金液表面形成一層致密的鈹氧化膜。眾所周知，鎂液表面的MgO氧化膜是疏松的，因為鎂氧化生成MgO后其體積是縮小的，其α值為0.79；而鈹氧化生成BeO后其α值為1.71，故鈹氧化后即可充填MgO膜的空隙，使其致密，阻止合金液繼續氧化。因此在鎂合金中常加入鈹以提高鎂液的抗氧化能力。但鈹的加入量達到一定量后，將引起晶粒粗化，惡化合金的機械性能，并增大熱裂傾向，且由于鈹價格昂貴，大大增加了合金的成本。因此，通過在鎂熔體中加入鈹或鈹中間合金以提高鎂合金阻燃性的方法具有相當的局限性。
另一種常用的使鎂合金阻燃的方法是熔煉過程中，在鎂熔體表面撤覆蓋熔劑，以隔絕氧氣與鎂液的接觸。目前普遍使用RJ系列熔劑[如文獻《有色鑄造合金及熔煉》，(陸樹蓀等，國防工業出版社，1983年5月出版，P195-199)中所描述]，RJ系列熔劑是由無水光鹵石為主添加一些氟化物、氯化物組成的。該熔劑的密度比鎂合金液大，使用過程中會逐漸下沉，需不斷添加熔劑以維持保護效果，故熔劑的用量大。另一方面，該熔劑覆蓋作用不持久，保護效果也不佳，保護時間很短，約1小時。隨著時間的延長，表面熔劑層“老化”，有時液面上會出現長短不一的寬2-3mm裂紋，造成鎂熔體液面裸露出來，發生氧化燃燒。此外，RJ系列熔劑造渣能力低，且與鎂熔體的分離性差，易裹入鎂熔體內形成熔劑夾雜。
中國專利ZL00125301.8介紹了一種發泡鎂合金覆蓋劑及其制備方法，其成分范圍為45-75％氯化鎂(MgCl2)，10-30％氯化鉀(KCl)，10-30％氯化鈉(NaCl)，1-10％氯化鈣(CaCl2)，1-15％氟化鈣(CaF2)，1-10％氧化鎂(MgO)，1-15％發泡劑(碳酸鹽)。與RJ系列熔劑相比，該發明的特點在于熔劑中加入了碳酸鹽發泡劑，該覆蓋劑在使用過程中產生惰性氣體氣泡，具有隔絕空氣中的氧的作用，提高了對鎂液的覆蓋保護效果。其保護性能優于RJ2熔劑，可達2小時。
但在實際生產和研究過程中，鎂熔體有時需要加熱到760-800℃的高溫，而且熔體在高溫下經常要持續3小時以上，此時的鎂熔體吸氣和氧化特別嚴重，甚至劇烈燃燒，而目前普遍使用的RJ系列熔劑以及專利ZL00125301.8介紹的發泡鎂合金覆蓋劑在高溫下的保護效果均不理想，無法滿足保護要求，鎂熔體仍會發生劇烈氧化甚至燃燒。
綜上所述，為提高鎂合金熔煉過程中的保護效果，尤其是高溫下熔煉時的保護效果，研制一種新型的復合保護、阻燃、造渣能力強的鎂合金覆蓋熔劑是擴大鎂合金鑄件生產和提高產品質量的一項刻不容緩的任務。
發明內容
本發明的目的在于克服現有鎂合金覆蓋劑的不足，提出一種在使用過程具有復合保護阻燃作用的鎂及鎂合金覆蓋劑，提高覆蓋熔劑在高溫下的保護效果，增長保護時間。
為實現這個目的，本發明提供的復合保護阻燃覆蓋熔劑的化學組成在專利ZL00125301.8的基礎上進行了較大調整，并加入了造渣劑與阻燃劑，使鎂合金具有更好的阻燃性能，明顯提高了保護效果。其成分質量百分比范圍為50-70％氯化鎂、8-18％氯化鉀、7-16％氯化鈉、1-8％氯化鈣、1-8％氟化鈣、1-7％氧化鎂、1-5％造渣劑冰晶石、0.5-6％碳酸鹽發泡劑、0.5-4％的鈹化物阻燃劑。其中發泡劑為碳酸鎂或碳酸鍶，阻燃劑為鈹氟酸鈉或氯化鈹。
本發明的鎂及鎂合金復合保護阻燃覆蓋熔劑的生產方法為將坩堝升溫到一定溫度后，加入氯化鎂、氯化鉀、氯化鈉、氧化鎂、氯化鈣和冰晶石，升溫到部分熔化后，加入氟化鈣，升溫到750-790℃，攪拌均勻，澆注成塊。破碎后裝入球磨機輾磨成粉狀，用20-40號篩過篩。之后加入碳酸鹽發泡劑及鈹化物阻燃劑并用球磨機混合。配好的熔劑裝入密閉容器中備用。
本發明的使用工藝為在熔煉爐中加入工業純鎂或者鎂合金錠，采用2-3％的覆蓋熔劑，先在爐內撒入少量覆蓋劑，爐內溫度高于500℃以后，覆蓋劑逐漸熔化，熔劑在鎂錠表面鋪開，鎂錠沒有發生氧化燃燒。鎂錠溫度繼續升高并且逐步熔化，鎂錠完全融化后，繼續在鎂液表面撒覆蓋劑，覆蓋劑迅速在鎂液表面熔化并鋪展開，覆蓋在鎂液表面隔絕空氣，鎂液表面不產生氧化燃燒。
本發明提供的鎂及鎂合金復合保護阻燃覆蓋熔劑具有顯著的優點，在使用過程中具有多種復合保護、阻燃作用(1)在高溫條件下(大于500℃)，熔劑熔化成液態，鋪開在錠或者鎂液表面，起到隔絕空氣的作用。(2)鈹化物以熔劑的形式撒入熔體表面，而不是加入鎂熔體內，在鎂合金熔體表面形成了氧化鈹保護膜，該氧化膜使鎂合金具有良好的阻燃性能，明顯提高了保護效果，又不致使合金晶粒粗大而降低合金的力學性能。(3)在使用過程中產生不與鎂反應的惰性氣體，覆蓋在鎂液之上，也具有隔絕空氣中的氧的作用，進一步增強了保護效果。(4)熔劑中加入的冰晶石有利于提高熔劑的造渣能力，改善了澆注過程中熔劑與鎂液的分離性，有利于減少鎂熔體內的熔劑夾雜。本發明的熔劑具有合適的熔點、密度、粘度及表面張力，對鎂熔體具有優良的保護阻燃效果，760℃高溫下保護效果達3小時以上。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述。
實施例1
鎂及鎂合金復合保護阻燃覆蓋熔劑成分(質量百分數)70％氯化鎂、8％氯化鉀、7％氯化鈉、8％氯化鈣、1％氟化鈣、1％氧化鎂、1％冰晶石、1％碳酸鎂，3％鈹氟酸鈉。
本熔劑的生產方法為將坩堝升溫到一定溫度后，加入氯化鎂、氯化鉀、氯化鈉、氧化鎂、氯化鈣和冰晶石，升溫到部分熔化后，加入氟化鈣，升溫到750℃，攪拌均勻，澆注成塊。破碎后裝入球磨機輾磨成粉狀，用20號篩過篩。之后加入碳酸鎂及鈹氟酸鈉，并用球磨機混合。配好的熔劑裝入密閉容器中備用。
使用時，在工業用鎂熔煉爐中加入工業純鎂或鎂合金，采用2％的覆蓋劑，先在爐內撒入少量覆蓋劑，爐內溫度高于500℃以后，覆蓋劑逐漸熔化，熔劑在鎂錠表面鋪開，鎂錠沒有發生氧化燃燒。鎂錠溫度繼續升高并且逐步熔化，鎂錠完全融化后，繼續在鎂液表面撒覆蓋劑，覆蓋劑迅速在鎂液表面熔化并鋪展開，覆蓋在鎂液表面隔絕空氣，鎂液表面不產生氧化燃燒，在760℃高溫下這種保護效果持續3小時以上。
實施例2鎂及鎂合金復合保護阻燃覆蓋熔劑成分(質量百分數)50％氯化鎂、18％氯化鉀、7％氯化鈉、1％氯化鈣、8％氟化鈣、6％氧化鎂、5％冰晶石、4％碳酸鍶、1％氯化鈹。
本熔劑的生產方法為將坩堝升溫到一定溫度后，加入氯化鎂、氯化鉀、氯化鈉、氧化鎂、氯化鈣和冰晶石，升溫到部分熔化后，加入氟化鈣，升溫到770℃，攪拌均勻，澆注成塊。破碎后裝入球磨機輾磨成粉狀，用30號篩過篩。之后加入碳酸鍶及氯化鈹，并用球磨機混合。配好的熔劑裝入密閉容器中備用。
使用時，在工業用鎂熔煉爐中加入工業純鎂或鎂合金，采用2.5％的覆蓋劑，先在爐內撒入少量覆蓋劑，爐內溫度高于500℃以后，覆蓋劑逐漸熔化，熔劑在鎂錠表面鋪開，鎂錠沒有發生氧化燃燒。鎂錠溫度繼續升高并且逐步熔化，鎂錠完全融化后，繼續在鎂液表面撒覆蓋劑，覆蓋劑迅速在鎂液表面熔化并鋪展開，覆蓋在鎂液表面隔絕空氣，鎂液表面不產生氧化燃燒，在760℃高溫下這種保護效果持續3.5小時以上。
實施例3鎂及鎂合金復合保護阻燃覆蓋熔劑成分(質量百分數)51％氯化鎂、8％氯化鉀、16％氯化鈉、3％氯化鈣、3％氟化鈣、7％氧化鎂、2％冰晶石、6％碳酸鎂、4％鈹氟酸鈉。
本熔劑的生產方法為將坩堝升溫到一定溫度后，加入氯化鎂、氯化鉀、氯化鈉、氧化鎂、氯化鈣和冰晶石，升溫到部分熔化后，加入氟化鈣，升溫到790℃，攪拌均勻，澆注成塊。破碎后裝入球磨機輾磨成粉狀，用40號篩過篩。之后加入碳酸鎂及鈹氟酸鈉，并用球磨機混合。配好的熔劑裝入密閉容器中備用。
使用時，在工業用鎂熔煉爐中加入工業純鎂或鎂合金，采用3％的覆蓋劑，先在爐內撒入少量覆蓋劑，爐內溫度高于500℃以后，覆蓋劑逐漸熔化，熔劑在鎂錠表面鋪開，鎂錠沒有發生氧化燃燒。鎂錠溫度繼續升高并且逐步熔化，鎂錠完全融化后，繼續在鎂液表面撒覆蓋劑，覆蓋劑迅速在鎂液表面熔化并鋪展開，覆蓋在鎂液表面隔絕空氣，鎂液表面不產生氧化燃燒，在760℃高溫下這種保護效果持續4小時以上。
權利要求
1.一種鎂及鎂合金復合保護阻燃覆蓋熔劑，其特征在于成分質量百分比范圍為50-70％氯化鎂、8-18％氯化鉀、7-16％氯化鈉、1-8％氯化鈣、1-8％氟化鈣、1-7％氧化鎂、1-5％造渣劑冰晶石、0.5-6％碳酸鹽發泡劑、0.5-4％的鈹化物阻燃劑，其中所述碳酸鹽發泡劑為碳酸鎂或碳酸鍶，鈹化物阻燃劑為鈹氟酸鈉或氯化鈹。
2.一種權利要求1的鎂及鎂合金復合保護阻燃覆蓋熔劑的生產方法，其特征在于將坩堝升溫后，加入氯化鎂、氯化鉀、氯化鈉、氧化鎂、氯化鈣和冰晶石，升溫到部分熔化后，加入氟化鈣，升溫到750-790℃，攪拌均勻，澆注成塊，破碎后裝入球磨機輾磨成粉狀，過篩后加入碳酸鹽發泡劑及鈹化物阻燃劑并用球磨機混合，配好的熔劑裝入密閉容器中備用。
全文摘要
一種鎂及鎂合金復合保護阻燃覆蓋熔劑及其生產方法，熔劑的化學組分質量百分比范圍為50－70％氯化鎂、8－18％氯化鉀、7－16％氯化鈉、1－8％氯化鈣、1－8％氟化鈣、1－7％氧化鎂、1－5％造渣劑冰晶石、0.5－6％碳酸鹽發泡劑、0.5－4％的鈹化物阻燃劑。本發明的熔劑在使用過程中具有多種復合保護、阻燃作用，撒入熔體表面的鈹化物形成的氧化鈹保護膜使鎂合金具有良好的阻燃性能，明顯提高了保護效果，又不致使合金晶粒粗大而降低合金的力學性能，熔劑使用過程中產生的不與鎂反應的惰性氣體覆蓋在鎂液之上，進一步增強了保護效果，熔劑中加入的冰晶石有利于提高熔劑的造渣能力，并改善了熔劑的物理性能。
文檔編號C22C1/00GK1570162SQ200410018299
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月13日 優先權日2004年5月13日
發明者吳國華, 丁文江 申請人:上海交通大學