一種對鎂合金熔體進行凈化的方法

專利名稱：一種對鎂合金熔體進行凈化的方法
技術領域：
本發明涉及鎂合金熔體凈化方法，具體而言為涉及一種通過多孔陶瓷原位過濾對 鎂合金熔體進行凈化的方法。技術背景
鎂合金是目前工業應用中最輕的金屬結構材料，其比強度、比剛度高，彈性模量較 低，抗沖擊性能好，吸震能力優異，尺寸穩定性高，散熱性和電磁屏蔽性高，鑄造性能、切削 加工性能較好，在汽車零部件、電子產品、光學組件等方面有廣泛的應用前景；隨著節能、減 排、汽車輕量化時代的發展，越來越多的汽車零部件開始采用鎂合金材料來替代原來的鋼 鐵、鋁材料，其中，Mg-Al系合金是應用最廣泛的壓鑄鎂合金，它主要應用于汽車的零部件、 發動機部件、傳動系統部件等，AM60由于含鋁量較低，合金中含鋁的二次化合物相的析出量 減少，故該系合金具有優良的塑性、強韌性和耐蝕性，因而也倍受關注，然而，鎂的化學活性 很強，在空氣中容易氧化，特別是在高溫下，若氧化反應放出的熱量不能及時發散則容易引 起燃燒，所以鎂合金必須在熔劑覆蓋下或在保護氣氛中熔煉。
鎂合金的精煉處理是鎂合金熔煉工藝的重要環節，特別在使用回爐料熔煉鎂合金 時，由于回爐料中含有多種金屬或非金屬夾雜物，則精煉處理成為獲取高清潔度鎂合金熔 液的重要手段；研究表明，夾雜物含量極低的高純鎂合金具有優質的力學性能、鑄造性能及 耐腐蝕性，在鎂合金的所有夾雜物中，MgO占80%以上，且分布形態為薄膜狀和粒子狀。粒 子狀氧化鎂一般呈簇狀分布，即由大量MgO聚積而成，精煉處理主要是除去粒子狀MgO。同 時，由于高溫下鎂元素很活潑，與空氣中的氧元素具有極強的親和力，在鎂合金的精煉過程 中都必須采用熔劑保護或3&氣體保護。但熔劑保護容易給合金熔體中帶來新的雜質元素； 氣體保護造成空氣污染，形成溫室氣體，更嚴重的是，精煉過程中鎂元素的蒸發使合金成分 偏離目標成分值，從而影響到材料的組織和性能，目前，除去鎂合金中夾雜物所采用的精煉 熔劑主要是含氯鹽或氟鹽的熔劑，熔劑的除渣過程是利用氣泡上浮過程對合金熔體中固體 夾雜物的粘附和上浮作用實現的，夾雜物的上浮速度直接受熔劑性質影響，另外，還可以采 用真空Ar氣氛中熔煉鎂合金并旋轉噴吹Ar精煉，但處理過程中大量鎂元素蒸發，導致合 金成分發生變化，同時夾雜物的清除效果也不太理想，因此，迫切需要提出新的技術方法， 在清除鎂合金熔體中夾雜物的同時保證合金成分，并有效減少對環境的污染。發明內容
本發明提出一種通過多孔陶瓷原位過濾對鎂合金熔體進行凈化的方法，其基本原理是采用框架結構對經過預熱的片狀或塊狀泡沫陶瓷進行加強，并使片狀或塊狀泡沫陶瓷 在鎂合金熔體中緩慢運動，保證泡沫陶瓷與鎂合金熔體充分接觸，利用泡沫陶瓷的過濾、粘 附特性，將鎂合金熔體中的固體夾雜物和氣體清除，從而實現鎂合金熔體的凈化。
具體而言為制作一種框架，將兩塊片狀或塊狀泡沫陶瓷分別插入到兩個刷有CaO涂料的框架中， 并將框架與泡沫陶瓷一起經400°C 士20°C預熱30 50min，然后以2(T50mm/S的速度垂直 放入到由氬氣保護的鎂合金熔體中，以減少框架及泡沫陶瓷孔隙中殘留的氣體對鎂合金熔 體的不良影響，開始熔體凈化時兩個帶有泡沫陶瓷的框架在熔體中緊貼在一起，其中一個 框架的底部離坩堝底5mm IOmm并在旋轉軸的帶動下在鎂合金熔體中繞坩堝中心軸緩慢 旋轉，旋轉速度以遠離旋轉軸的豎直框架邊的線速度計算，為3(T90mm/S，另一個帶有泡沫 陶瓷的框架則緊靠坩堝內壁和底部并保持靜止，以使泡沫陶瓷與鎂合金熔體充分接觸，作 旋轉運動的泡沫陶瓷運動到靜止的泡沫陶瓷后，根據需要可以作反方向旋轉運動，從而有 效清除鎂合金熔體中的固體夾雜物和氣體，實現鎂合金熔體的凈化。
所述的框架，是采用耐熱鋼制作的方形結構，其邊框采用厚度3 5mm的耐熱鋼板， 邊框寬為5mm，中間為開放結構，泡沫陶瓷能方便地從框架上端放入和取出，放入框架中的 泡沫陶瓷片或塊由邊框上搭扣式鎖緊機構限制其移動，以防止泡沫陶瓷的上浮和從框架中 脫落；當坩堝直徑為250mm以上時通過在框架上增加加強筋實現對泡沫陶瓷的進一步保 護。
所述的泡沫陶瓷，以^O2或者MgO作為基礎材料，制作成片狀或塊狀多孔陶瓷材 料，該材料中孔隙相互連通，每片(或塊)泡沫陶瓷的厚度為l(Tl5mm、寬度比熔化鎂合金的 坩堝半徑小l(Tl5mm、長度比鎂合金熔體深度長5 10 mm，孔隙平均尺寸0. 6^0. 9mm，孔隙率 65 75%。
所述的旋轉軸是一端與調速電機相連，另一端與框架結構的一端相連，并帶動框 架結構與泡沫陶瓷一起運動的耐熱鋼制作的軸，軸的表面刷有CaO涂料。
所述的坩堝是采用低碳鋼制作的旋轉體容器，坩堝的頂部帶有密封蓋，并由密封 蓋向坩堝內部熔體表面通入惰性氣體。
本發明提出的鎂合金熔體凈化方法，與目前采用的凈化方法相比，具有如下優 勢1)工藝過程簡單，容易操作，對不同合金的適應性好。
2)凈化過程環保，不產生新的污染。
3 )成本低，有利于推廣應用。
通過上述凈化方法，可以有效實現鎂合金熔體的凈化。


圖1采用多孔陶瓷凈化鎂合金熔體的示意圖； (a)主視圖(b)俯視圖1多孔陶瓷2鎂合金熔體3坩堝4保護氣體5旋轉軸6框架 圖2經多孔陶瓷過濾后鎂合金的斷口形貌。
具體實施方式
在本發明中所使用的術語，除非另有說明，一般具有本領域普通技術人員通常理 解的含義，下面結合具體實施例，進一步詳細地描述本發明，應理解，這些實施例只是為了 舉例說明本發明，而非以任何方式限制本發明的范圍，在以下的實施例中，未詳細描述的各種過程和方法是本領域中公知的常規方法。
實施例1熔煉的鎂合金為AZ91合金，所用坩堝為鐵質，內徑200mm、高200 mm，保護氣體為氬氣； 采用的泡沫陶瓷塊以^O2為基礎材料，尺寸為160mmX85mmX 12mm，孔隙平均尺寸0. 8mm, 孔隙率65%，采用耐熱鋼制作的內尺寸為155mmX90 mmX 15 mm的方形結構框架，其邊框采 用厚度4mm的耐熱鋼板，邊框寬為5mm，中間為開放結構，放入框架中的泡沫陶瓷片或塊由 邊框上搭扣式鎖緊機構限制其移動，以防止泡沫陶瓷的上浮和從框架中脫落；兩塊泡沫陶 瓷分別插入到兩個刷有CaO涂料的框架中，并將框架與泡沫陶瓷一起經400°C 士20°C預熱 30min，然后與框架一起以20mm/s的速度緩慢加入到熔化至750°C的AZ91合金熔體中，以減 少框架及泡沫陶瓷孔隙中殘留氣體對鎂合金熔體的不良影響；開始熔體凈化時兩個帶有泡 沫陶瓷的框架在熔體中緊貼在一起，其中一塊帶有泡沫陶瓷的框架底部離坩堝底5mm并在 旋轉軸的帶動下在鎂合金熔體中繞坩堝中心軸緩慢旋轉，線速度為90mm/s，另一塊泡沫陶 瓷則緊靠坩堝內壁并保持靜止，以使泡沫陶瓷與鎂合金熔體充分接觸，作旋轉運動的泡沫 陶瓷運動到靜止的泡沫陶瓷，從而有效清除了鎂合金熔體中的固體夾雜物和氣體，實現了 鎂合金熔體的凈化；圖2為經^O2多孔陶瓷過濾后的鎂合金斷口形貌，其斷口上沒有明顯 夾雜物，表明凈化效果良好。
實施例2熔煉合金為AM60合金，所用坩堝為鐵質，內徑150mm、高200 mm，保護氣體為氬氣；采用 的陶瓷塊以MgO為基礎材料，尺寸為150mmX 65mmX 10mm,孔隙平均尺寸0. 9mm,孔隙率70%。 采用耐熱鋼制作的內尺寸為145mmX70 mmX13 mm的方形結構框架，其邊框采用厚度3mm 的耐熱鋼板，邊框寬為5mm，中間為開放結構，放入框架中的泡沫陶瓷片或塊由邊框上搭扣 式鎖緊機構限制其移動，以防止泡沫陶瓷的上浮和從框架中脫落；兩塊泡沫陶瓷分別插入 到兩個刷有CaO涂料的框架中，并將框架與泡沫陶瓷一起經400°C 士20°C預熱50min，然后 與框架一起以30mm/s的速度緩慢加入到熔化至740°C的AM60合金熔體中，以減少框架及泡 沫陶瓷孔隙中殘留氣體對鎂合金熔體的不良影響，開始熔體凈化時兩個帶有泡沫陶瓷的框 架在熔體中緊貼在一起，其中帶有泡沫陶瓷的框架底部離坩堝底7mm并在旋轉軸的帶動下 在鎂合金熔體中繞坩堝中心軸緩慢旋轉，線速度為60mm/s，另一塊泡沫陶瓷則緊靠坩堝內 壁并保持靜止，以使泡沫陶瓷與鎂合金熔體充分接觸，作旋轉運動的泡沫陶瓷運動到靜止 的泡沫陶瓷后，從而有效清除了鎂合金熔體中的固體夾雜物和氣體，實現了鎂合金熔體的 凈化。
實施例3熔煉合金為3(60合金，所用坩堝為鐵質，內徑^Omm、高300 mm，保護氣體為氬氣；采 用的陶瓷塊以MgO為基礎材料，尺寸為230mmX 125mmX 15mm，孔隙平均尺寸0. 6mm，孔隙率 75%。采用耐熱鋼制作的內尺寸為225mmX120mmX18mm的方形結構框架，其邊框采用厚度 5mm的耐熱鋼板，邊框寬為5mm，兩面積較大的側面中間加十字交叉的加強筋，加強筋寬為 10mm、厚度3mm，焊接在框架上，其余為開放結構，放入框架中的泡沫陶瓷片或塊由邊框上搭 扣式鎖緊機構限制其移動，以防止泡沫陶瓷的上浮和從框架中脫落。兩塊泡沫陶瓷分別插 入到兩個刷有CaO涂料的框架中，并將框架與泡沫陶瓷一起經400°C 士20°C預熱40min，然 后與框架一起以50mm/s的速度緩慢加入到熔化至740°C的160合金熔體中，以減少框架及泡沫陶瓷孔隙中殘留氣體對鎂合金熔體的不良影響，開始熔體凈化時兩個帶有泡沫陶瓷的 框架在熔體中緊貼在一起，其中帶有泡沫陶瓷的框架底部離坩堝底IOmm并在鎂合金熔體 中繞坩堝中心軸緩慢旋轉，線速度為30mm/s，另一塊泡沫陶瓷則緊靠坩堝內壁并保持靜止， 以使泡沫陶瓷與鎂合金熔體充分接觸，作旋轉運動的泡沫陶瓷運動到靜止的泡沫陶瓷后， 旋轉的泡沫陶瓷再做一次反方向旋轉運動，從而有效清除了鎂合金熔體中的固體夾雜物和 氣體，實現了鎂合金熔體的凈化。
權利要求
1.一種對鎂合金熔體進行凈化的方法，鎂合金熔體位于坩堝之中，其特征在于將兩 塊片狀或塊狀泡沫陶瓷分別插入到兩個刷有CaO涂料的框架中，并將框架與泡沫陶瓷一起 經400°C 士20°C預熱30 50min，然后以2(T50mm/S的速度垂直放入到由氬氣保護的鎂 合金熔體中，以減少框架及泡沫陶瓷孔隙中殘留的氣體對鎂合金熔體的不良影響，開始熔 體凈化時兩個帶有泡沫陶瓷的框架在熔體中緊貼在一起，其中一個框架的底部離坩堝底 5mm IOmm并在旋轉軸的帶動下在鎂合金熔體中繞坩堝中心軸緩慢旋轉，旋轉速度以遠離 旋轉軸的豎直框架邊的線速度計算，為3(T90mm/S，另一個帶有泡沫陶瓷的框架則緊靠坩堝 內壁和底部并保持靜止，以使泡沫陶瓷與鎂合金熔體充分接觸，作旋轉運動的泡沫陶瓷運 動到靜止的泡沫陶瓷后，根據需要作反方向旋轉運動，從而有效清除鎂合金熔體中的固體 夾雜物和氣體，實現鎂合金熔體的凈化。
2.如權利要求1所述的一種對鎂合金熔體進行凈化的方法，其特征在于所述的框架， 是采用耐熱鋼制作的方形結構，其邊框采用厚度3 5mm的耐熱鋼板，邊框寬為5mm，中間為 開放結構，泡沫陶瓷能方便地從框架上端放入和取出，放入框架中的泡沫陶瓷片或塊由邊 框上搭扣式鎖緊機構限制其移動，以防止泡沫陶瓷的上浮和從框架中脫落。
3.如權利要求1所述的一種對鎂合金熔體進行凈化的方法，其特征在于所述的泡沫 陶瓷，以^O2或者MgO作為基礎材料，制作成片狀或塊狀多孔陶瓷材料，該材料中孔隙相互 連通，每片(或塊)泡沫陶瓷的厚度為l(Tl5mm、寬度比熔化鎂合金的坩堝半徑小l(Tl5mm、長 度比鎂合金熔體深度長5 10 mm,孔隙平均尺寸0. 6^0. 9mm,孔隙率65 75%。
4.如權利要求1所述的一種對鎂合金熔體進行凈化的方法，其特征在于所述的旋轉 軸是一端與調速電機相連，另一端與框架結構的一端相連，并帶動框架結構與泡沫陶瓷一 起運動的耐熱鋼制作的軸，軸的表面刷有CaO涂料。
5.如權利要求1所述的一種對鎂合金熔體進行凈化的方法，其特征在于所述的坩堝 是采用低碳鋼制作的旋轉體容器，坩堝的頂部帶有密封蓋，并由密封蓋向坩堝內部熔體表 面通入惰性氣體。
全文摘要
本發明涉及鎂合金熔體凈化方法，具體而言為涉及一種通過多孔陶瓷原位過濾對鎂合金熔體進行凈化的方法。本發明采用框架結構對經過預熱的片狀或塊狀泡沫陶瓷進行加強，并使片狀或塊狀泡沫陶瓷在鎂合金熔體中緩慢運動，保證泡沫陶瓷與鎂合金熔體充分接觸，利用泡沫陶瓷的過濾、粘附特性，將鎂合金熔體中的固體夾雜物和氣體清除，從而實現鎂合金熔體的凈化。本發明提出的鎂合金熔體凈化方法，與目前采用的凈化方法相比，具有如下優勢1)工藝過程簡單，容易操作，對不同合金的適應性好。2)凈化過程環保，不產生新的污染。3)成本低，有利于推廣應用。通過上述凈化方法，可以有效實現鎂合金熔體的凈化。
文檔編號C22C1/02GK102031384SQ20101055137
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者彭蕾, 趙玉濤, 邵陽, 陳剛 申請人:江蘇大學