專利名稱：一種鎂合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種有色金屬材料鎂合金的制備方法，屬有色金屬合金的生產(chǎn)工藝和制取的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在有色金屬合金中，鎂合金的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能有很多特點，比重小、剛性好、耐腐蝕、抗沖擊、耐摩擦、不變形、無毒、無磁性、屏蔽性好，還有較好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，易于加工成型，易于回收，同樣體積的鎂合金比鋁合金輕36％，比鋅合金輕73％，廣泛用于航空、航天、電子、汽車、計算機、電信等領(lǐng)域。
在過去和現(xiàn)行的鎂合金生產(chǎn)中，存在著很多不足，例如設(shè)備簡陋、工藝水平低、檢測手段落后、環(huán)境污染嚴(yán)重、工人勞動強度大，生產(chǎn)效率和合金質(zhì)量都存在著很多問題。
目前，常用熔煉法來制取鎂合金，在熔煉過程中，常常會發(fā)生鎂液氧化和燃燒，為了防止氧化燃燒的發(fā)生，通常在熔液表面覆蓋一層熔劑硫磺粉，以此來保護鎂合金熔液，硫磺粉會產(chǎn)生一種有毒氣體，嚴(yán)重污染熔煉現(xiàn)場的空氣，損害工人健康，而熔劑硫磺粉還容易夾雜在鎂合金熔液中，影響鎂合金的純度和質(zhì)量，再加上檢測手段落后，很難保證鎂合金的化學(xué)成份和力學(xué)性能的要求，還有的生產(chǎn)工藝十分簡單，粗鎂精煉、鎂液合金化都在同一熔煉坩堝中進(jìn)行，嚴(yán)重的影響了合金的純度和生產(chǎn)效率，無法進(jìn)行高品質(zhì)、工業(yè)化的生產(chǎn)制備。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)的不足，采用現(xiàn)代科技手段，改變原有的生產(chǎn)工藝和設(shè)備配置，將粗鎂精煉，鎂液合金化、合金液靜置保溫分開進(jìn)行，用氣體保護法阻止鎂合金液氧化燃燒，用反壓導(dǎo)液法使鎂液流動，用循環(huán)水流動冷卻法澆注鎂合金成型，用光譜干涉儀進(jìn)行檢測分析，以工業(yè)化、高效率、低成本、無污染生產(chǎn)制備高品質(zhì)鎂合金是最大目的。
技術(shù)方案本發(fā)明是由下列金屬元素按合金配比要求組合熔煉而成，一種鎂合金的元素配比是以100千克為制取單位。
鎂Mg92.83-93.67重量份鋁AL5.8-6.4重量份錳Mn0.26-0.5重量份鋅Zn0.02max重量份鈹Be0.0005-0.0015重量份硅Si0.05max重量份銅Cu0.008max重量份鎳Ni0.001max重量份鐵Fe0.004max重量份其它0.01max重量份本發(fā)明的制備工藝流程如下1)精選原料及輔助材料對制備鎂合金的金屬元素要進(jìn)行精選，要進(jìn)行雜質(zhì)含量計算，對輔助材料熔劑氯化物等要保證有較好的物化性質(zhì)。
2)予熱坩堝將熔煉用的坩堝清理干凈，并進(jìn)行予熱至400°-500℃。
3)予熱粗鎂將煉制合金用的粗鎂予先在予熱爐中進(jìn)行予熱，至120°-150℃。
4)配料按制備鎂合金數(shù)量，按金屬元素的實際要求和最佳的組合配比重量份配備各金屬原料，并將各金屬原料予制成單質(zhì)或中間合金，呈餅狀、塊狀或錠狀，以便于在煉制合金時易于添加操作。
煉制合金用的熔劑氯化物等按比例配備。
5)熔化粗鎂打開精煉爐坩堝蓋，將熔劑氯化物等按比例置于坩堝底部，然后加入部分粗鎂，加熱至720°-740℃，粗鎂熔化，逐漸添加配比規(guī)定的粗鎂，直至全部熔化。
6)精爍粗鎂對熔化后的鎂液用攪拌器進(jìn)行攪拌15-20分鐘，溫度保持在760°-780℃，要用氣體保護液面，防止氧化和燃燒，并根據(jù)情況補足熔劑，做到精煉徹底，當(dāng)熔液表面出現(xiàn)鏡面般光亮?xí)r，精煉結(jié)束。
7)檢測、光譜分析精煉結(jié)束后，取出熔液試樣，冷卻后進(jìn)行光譜分析、檢測，合格后轉(zhuǎn)入下一工序。
8)加入各金屬元素在鎂熔液內(nèi)，按最佳重量配比、按予先設(shè)置的順序依次加入各金屬元素。
9)合金化在鎂熔液內(nèi)加入各金屬元素之后，要用攪拌器攪拌20-30分鐘，溫度保持在740°-780℃，使其充分熔化，保證合金熔體均勻一致。
10)氣體保護鎂合金形成熔液后，要用六氟化硫SF6等組成的混合氣體覆蓋于合金液表面，使其形成一層致密的連續(xù)的改性氧化鎂薄膜、以防止鎂合金液的氧化和燃燒，在制備鎂合金的全過程中均采用氣體保護。
11)合金液靜置保溫制備生產(chǎn)船形鎂合金錠時，合金液可在合金化爐的坩堝中靜置保溫。
制備生產(chǎn)圓棒型鎂合金時，用反壓氣體導(dǎo)液法將合金液導(dǎo)入靜置保溫爐的坩堝中，進(jìn)行靜置保溫5-10分鐘，溫度保持在680°-700℃。
12)二次檢測合金液靜置后，取試樣，冷卻后在光譜干涉儀上檢測合金成份，視檢測結(jié)果調(diào)整金屬元素，直至完全合格。
13)澆注準(zhǔn)備制備船形鎂合金錠時，要準(zhǔn)備好模具并清理干凈，撒上滅火粉熔劑，進(jìn)行模具予熱，予熱溫度為80°-120℃。
制備鎂合金圓棒時，要準(zhǔn)備好漏斗式鑄模，并裝在豎井式有循環(huán)冷卻水的水槽上，以備用半連續(xù)澆注機澆注。
14)過濾合金液制備生產(chǎn)鎂合金圓棒時，合金液靜置保溫后，用反壓氣體導(dǎo)液法把靜置爐中的合金液導(dǎo)入陶瓷過濾器中過濾，過濾除去氯化物及其他雜質(zhì)。
15)澆注制備船形鎂合金錠時，采用機械澆鑄機，將合金液注入已準(zhǔn)備好的船形模具中，要控制好容量，使其自然冷卻，澆注完成。
制備鎂合金圓棒時，用半連續(xù)澆注機的澆注咀向豎井水槽上的漏斗式模具中澆注合金液，邊澆注邊向豎井水槽內(nèi)下沉，由水槽內(nèi)的托盤托住逐漸澆注下沉成型的合金棒，豎井水槽內(nèi)的流動的循環(huán)冷卻水不間斷的進(jìn)行淹沒浸泡式冷卻，邊澆注邊冷卻，直至澆注完成，從而實現(xiàn)澆鑄—冷卻—成型的全過程。
16)取錠、脫模制備船形鎂合金錠，澆注后是在模具中自然冷卻，由于熱脹冷縮，鎂錠收縮，體積變小，即可用機械或人工脫模取出鎂錠。
制備鎂合金棒，是在豎井水槽內(nèi)邊澆注邊冷卻，成型冷卻速度快，澆注完成，停止?jié)茶T，經(jīng)完全冷卻后，由澆鑄機提升系統(tǒng)脫取，即可取出鎂合金棒。
17)切割成型對鑄好的鎂合金棒兩端要進(jìn)行切割，切去端部余頭、要齊整，并按需要控制棒的長度。
18)剝皮、表面處理對成型的鎂合金棒，用剝皮機剝?nèi)ダ鋮s時產(chǎn)生的氧化層，鎂合金錠用砂輪機清理表面斑痕、污物、保持其外觀清潔。
19)檢驗對表面處理后的鎂合金棒、鎂合金錠進(jìn)行檢驗，表面不得有氣孔、裂紋、冷隔、熔渣和黑色斑痕，外形尺寸一致，重量誤差要控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
20)包裝、儲存成型的鎂合金棒，鎂合金錠要用軟質(zhì)材料進(jìn)行包裝，防止碰撞、沖擊損壞，包裝后存放于陰涼干燥的環(huán)境中，其溫度為20℃±3℃，要防水、防潮、防曬、防酸、堿侵蝕。
氣體保護方法如下鎂合金的制備是在全程氣體保護下完成的，是用惰性氣體六氟化硫SF6、二氧化碳CO2、空氣組合成混合氣體，作用于鎂合金熔體表面，形成致密的連續(xù)的改性氧化鎂MgO厚層薄膜，以此膜來阻止合金液的氧化和燃燒，從而起到保護作用。
氣體保護反應(yīng)式如下
式中Mg-鎂O-氧MgO-氧化鎂SF6-六氟化硫MgF2-二氟化鎂SO2F2-二氟二氧化硫氣體保護工藝流程如下1)制備保護氣體將SF6、CO2、空氣儲存于各自的容器中，按比例向混合氣罐中輸入，并由流量計控制其流量及濃度，在氣罐中組成混合氣體，比例為SF6——0.1-0.4％CO2——0-50％空氣——49.9-49.6％2)安裝輸氣設(shè)施儲氣罐與精煉爐、合金化爐、靜置爐、過濾器、鑄錠機、澆注機之間安裝輸氣管、閥門，并與反壓氣體導(dǎo)液管分別同時安裝，使之調(diào)控自如。
3)按制備工藝輸氣嚴(yán)格按照制備工藝流程順序輸送保護氣體，調(diào)節(jié)閥門可控制精煉爐、合金化爐、靜置爐、過濾器、鑄錠機、澆注機的氣源氣量，因氣體揮發(fā)，只能維持幾分鐘，故在每個工序的制備過程中要不間斷的輸氣供氣。
4)生成保護膜并維持混合氣體作用于鎂液、合金液表面后，將在熔體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成致密的連續(xù)的改性氧化鎂厚層薄膜，以阻止鎂合金液的氧化和燃燒，要連續(xù)不間斷的輸氣供氣，維持膜層不變，直至本工序結(jié)束。
5)制備結(jié)束、關(guān)閉氣源按照制備工藝流程的順序，當(dāng)一個工序完成后，就可關(guān)閉本工序的輸氣閥門，切斷氣源，轉(zhuǎn)入下一工序時，下一工序的閥門打開，供氣開始，當(dāng)制備工藝全部結(jié)束后，關(guān)閉所有閥門，停止供氣。
反壓氣體導(dǎo)液法如下
反壓氣體導(dǎo)液是利用氣體保護設(shè)施，設(shè)置一套并行的反壓氣體輸送管道，直接將反壓氣體管道安裝至精煉爐進(jìn)口、合金化爐進(jìn)口、靜置爐進(jìn)口，并由閥門控制，精煉爐、合金化爐、靜置爐上部均為進(jìn)口，下側(cè)部均為出口，各爐之間均由管道聯(lián)結(jié)，按照制備工藝流程工序由精煉爐向合金化爐輸送液體時，打開反壓氣體閥門，氣體通過管道輸入精煉爐進(jìn)口，當(dāng)氣體壓力大于1公斤時，就可推動熔液向下流動，通過下側(cè)部的出口及導(dǎo)液管導(dǎo)入合金化爐，精煉爐—合金化爐—靜置爐，均采用同一方式使熔液流動，而轉(zhuǎn)入下一工序，導(dǎo)液結(jié)束，即可關(guān)閉反壓氣體導(dǎo)液閥門，以此類推。
效果本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，它是采用了最佳合金元素配比，改變了原有的生產(chǎn)工藝和設(shè)備配置，將粗鎂精煉、鎂液合金化、合金液靜置保溫均分開，在各自的熔煉坩堝中進(jìn)行，為了保證純度，還對合金液進(jìn)行過濾，為了防止鎂合金液氧化，全程進(jìn)行氣體保護，采用SF6、CO2和空氣組成的混合氣體，覆蓋于熔液表面，生成致密的連續(xù)的改性氧化鎂MgO薄膜，阻止了合金液的氧化和燃燒，還采用了反壓氣體導(dǎo)液法，使鎂液、合金液在精煉、合金化、靜置保溫過程中通過管道流動進(jìn)行，既安全又不污染環(huán)境，澆注鎂合金棒時，采用循環(huán)水流動淹沒浸泡式冷卻，澆注、冷卻同時進(jìn)行，冷卻效果好、效率高，還設(shè)置除塵凈化排風(fēng)系統(tǒng)，煙塵、污物可隨時排出，采用了光譜干涉儀進(jìn)行檢測分析，由于采取了上述措施和工藝改進(jìn)，大大提高了鎂合金的生產(chǎn)效率，提高了鎂合金的純度和品質(zhì)，使鎂合金的品質(zhì)、純度和性能指標(biāo)比現(xiàn)有技術(shù)提高了3-4個級數(shù)，產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)品率可達(dá)98.5％，有效的保證了鎂合金的性能指標(biāo)及質(zhì)量，此制備方法是在潔凈無污染的環(huán)境中進(jìn)行的，效率高、成本低、質(zhì)量好，設(shè)備容易制作，工藝容易實現(xiàn)，是十分理想的工業(yè)化生產(chǎn)鎂合金的制備方法。
圖1為鎂合金制備工藝流程2為氣體保護工藝流程3為反壓氣體導(dǎo)液工藝流程4為制備方法實施步驟5為氣體保護反壓導(dǎo)液實施步驟6為水循環(huán)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7為除塵排風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中所示，件號清單如下1、予熱爐，2、輸送平臺，3、精煉爐，4、合金化爐，5、靜置保溫爐，6、陶瓷過濾器，7、半連續(xù)澆注機，8、豎井水槽，9、循環(huán)水池，10、漏斗式模具，11、托盤，12、水泵，13、過濾器，14、冷卻塔，15、船形鑄錠機，16、船形模具，17、送料車，18、輸送平臺，19、輸送架，20、混合氣罐，21、CO2容器，22、SF6容器，23、空氣容器，24、流量計，25、流量計，26、流量計，27、切割機，28、剝皮機，29、包裝設(shè)備，30、陶瓷過濾網(wǎng)，31、閥門，32、閥門，33、閥門，34、閥門，35、閥門，36、閥門，37、閥門，38、閥門，39、閥門，40、閥門，41、閥門，42、澆注咀，43、導(dǎo)液管，44、導(dǎo)液管，45、導(dǎo)液管，46、導(dǎo)液管，47、水管，48、水管，49、水管，50、水管，51、保護氣管，52、保護氣管，53、保護氣管，54、保護氣管，55、保護氣管，56、反壓氣管，57、反壓氣管，58、反壓氣管，59、空氣壓縮機，60、保護氣管，61、反壓氣管，62、水槽蓋，63、水池蓋，64、氣罐蓋，65、過濾器蓋，66、靜置爐蓋，67、合金爐蓋，68、精煉爐蓋，69、予熱爐蓋，70、鎂合金棒，71、廢氣處理器，72、中和池，73、風(fēng)機，74、噴淋器，75、噴淋器，76、精煉爐罩，77、合金爐罩，78、靜置爐罩，79、過濾器罩，80、澆注機罩，81、鑄錠機罩，82、剝皮機罩，83、閥門，84、保護氣管，85、氣蓋，86、氣蓋，87、氣蓋，88、風(fēng)管，89、風(fēng)管，90、氣管，91、氣管，92、氣管實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步敘述。
圖1、4、5、6所示，鎂合金制備方法實施步驟如下制備鎂合金的各種設(shè)備、閥門均置于停止和關(guān)閉位置，處于制備前的準(zhǔn)工作狀態(tài)。
將粗鎂置于送料車17中，經(jīng)輸送平臺18把原料送至輸送架19，以備熔煉使用。
開啟予熱爐1，予熱爐1的坩堝予熱溫度為400°-500℃。將熔劑裝入坩堝底部，然后按配比重量加入予熱后的粗鎂，予熱溫度為120°-150℃，蓋好蓋69，保溫一定時間。
粗鎂予熱后，經(jīng)輸送平臺2將粗鎂逐漸裝入精煉爐3，溫度升至720°-740℃，逐漸熔化，逐漸加入熔劑、粗鎂，熔化成液態(tài)，直至將定額的熔劑、粗鎂加完，用攪拌器攪拌均勻。
開啟保護氣體氣罐20的閥門32、33，經(jīng)氣管60、51將保護氣體送至精煉爐3的液面，蓋好蓋68，保護氣體作用于液面生成改性氧化鎂薄膜，進(jìn)行保護。
在精煉爐3內(nèi)，精煉粗鎂，溫度升至760°-780℃，鎂液面表出現(xiàn)鏡面般光亮?xí)r，精煉結(jié)束，取出試樣，冷卻后檢測，進(jìn)行光譜分析，合格后再進(jìn)行合金化。
打開氣罐20的反壓氣體閥門38、39，經(jīng)氣管61、56將反壓氣體送至精煉爐3進(jìn)行導(dǎo)液，打開導(dǎo)液管43，將鎂液導(dǎo)入合金化爐4。
在合金化爐4內(nèi)，溫度升至740°-780℃，在鎂液內(nèi)依次加入合金元素鋁、錳、鋅、鈹?shù)龋S加入隨攪拌，直至完全熔化。
開啟保護氣體氣罐20的閥門34，經(jīng)氣管52將保護氣體送至合金化爐4的液面，進(jìn)行氣體保護，蓋好蓋67。
合金化完成后，進(jìn)行第二次檢測、光譜分析，分析合金成分，按分析結(jié)果決定是否重新調(diào)整熔液成分，直至合格。
合金液合格后，可進(jìn)行兩種處理，一是澆注船形鎂合金錠，二是轉(zhuǎn)入另一工序澆注鎂合金棒。
澆注鎂合金錠，是在鑄錠機15內(nèi)放置數(shù)個船形模具16，模具16內(nèi)撒上滅火粉熔劑并予熱至80°-120℃，用澆鑄機將合金液舀至模具16中鑄錠，在空氣中自然冷卻，冷卻后取出合金錠，鑄錠完成。在鑄錠過程中，開啟保護氣體閥門83，氣管84，進(jìn)行氣體保護。
澆注鎂合金棒時，打開反壓氣體閥門40，經(jīng)氣管57將反壓氣體送至合金化爐4的表面，打開導(dǎo)液管44，將合金液導(dǎo)入靜置保溫爐5。
靜置保溫爐5的溫度保持在680°-700℃，保溫5-10分鐘，靜置保溫時要開啟保護氣體閥門35，經(jīng)氣管53將保護氣體送至合金液表面，進(jìn)行氣體保護，蓋好蓋66。
靜置保溫后，打開反壓氣體閥門41，經(jīng)氣管58將反壓氣體送至合金液表面，打開導(dǎo)液管45，合金液導(dǎo)入陶瓷過濾器6，開啟保護氣體閥門36，經(jīng)氣管54將保護氣體送至合金液表面，蓋好蓋65。
在陶瓷過濾器6內(nèi)，合金液經(jīng)過濾網(wǎng)30過濾后，即可流入半連續(xù)澆注機7進(jìn)行鎂合金棒澆注，同時開啟氣體保護閥門37，經(jīng)氣管55將保護氣體送至澆注機7，進(jìn)行氣體保護。
半連續(xù)澆注機7的澆注咀42對準(zhǔn)豎井水槽8頂部的漏斗式圓棒形模具10，開動水循環(huán)系統(tǒng)的水泵12，經(jīng)過濾器13，冷卻塔14，水管48、49，將水注入豎井水槽8內(nèi)。
澆注開始，澆注機7的澆注咀42對準(zhǔn)模具10流入合金液，合金液流入模具10后逐漸成型，逐漸冷卻，逐漸下沉，并由托盤11托住成型的鎂合金圓棒70，當(dāng)合金棒70和托盤11完全沉入豎井水槽8的底部時，停止導(dǎo)液，合金棒70完全淹沒、浸泡，水不停的循環(huán)流動冷卻，當(dāng)合金棒70完全冷卻后取出，澆注完成，即可轉(zhuǎn)入下一工序。
成型的鎂合金棒要轉(zhuǎn)入切割機27進(jìn)行切頭去尾，兩端切割成型，可按需要切割成不同長度，切割后兩端面光滑齊整。
切割后的鎂合金棒要轉(zhuǎn)入剝皮機28進(jìn)行剝皮處理，對船形鎂合金錠在澆注、冷卻時產(chǎn)生的黑色斑痕、污物用砂輪機進(jìn)行清理，使表面光澤、美觀。
對成型的鎂合金棒，鎂合金錠要進(jìn)行成品檢驗，表面不得有氣孔、裂紋、冷隔、熔渣、斑痕，外形規(guī)范、尺寸一致、重量均等、光亮美觀。
制備完成后用軟質(zhì)材料包裝儲存，不得碰撞，置于20℃±3℃的陰涼干燥的環(huán)境中，要防水、防潮、防酸堿侵蝕。
圖2、3、5所示，氣體保護和反壓氣體導(dǎo)液實施步驟如下氣體保護和反壓氣體導(dǎo)液是由一套裝置分別完成的，它是由混合氣罐、容器、空氣壓縮機、流量計、閥門、氣管組成，混合氣罐20的上部并排有CO2容器21、SF6容器22、空氣容器23，各容器上部由氣蓋85、86、87密封，空氣容器23聯(lián)結(jié)空氣壓縮機59，各容器與氣罐20間有流量計24、25、26，并通過氣管90、91、92插入氣罐20的頂蓋64并密封；氣罐20的側(cè)面上部為保護氣體管路，由閥門32、33、34、35、36、37、83，氣管60、51、52、53、54、84分別輸往精煉爐3，合金化爐4、靜置爐5、過濾器6、澆注機7、鑄錠機15；氣罐20的側(cè)面下部為反壓氣體導(dǎo)液管路，由閥門38、39、40、41，氣管56、57、58分別輸往精煉爐3、合金化爐4、靜置爐5。
混合氣罐20的氣體由CO2容器21、SF6容器22、空氣容器23按比例供給，并由流量計24、25、26嚴(yán)格控制其流量。
進(jìn)行氣體保護時，打開保護氣體的總閥門32，并按工序先后打開各個爐子或設(shè)備上的閥門及氣管，并不間斷的供氣，一般供氣量較小，但要連續(xù)，直至這個工序完成后，關(guān)閉本工序氣源；當(dāng)轉(zhuǎn)入下一工序時，再打開下一工序的閥門和氣管，依此類推，直至各個工序全部完成，再關(guān)閉總閥門32。
進(jìn)行反壓氣體導(dǎo)液時，打開反壓氣體的總閥門38，并按工序先后打開各個爐子或設(shè)備上的閥門及氣管，短時供氣量較大，以保證氣體的流量壓力大于1公斤，并能將液體導(dǎo)入另一設(shè)備，直至這個工序完成，立刻關(guān)閉本工序氣源；轉(zhuǎn)入下一工序時，再打開下一工序的閥門和氣管，依此類推，直至各個工序全部完成，再關(guān)閉總閥門38。
氣體保護原理是
混合氣體由SF6+CO2+空氣組成，混合氣體與鎂合金液發(fā)生反應(yīng)，在熔液表面生成致密的連續(xù)的改性氧化鎂薄膜，是與暴露于空氣中完全不一樣的薄膜，Mg與O反應(yīng)生成MgO，MgO與SF6反應(yīng)生成MgF2，MgF2與MgO結(jié)合生成致密膜層，此薄膜可阻止熔液氧化、燃燒，從而達(dá)到了保護的目的。
SF6必須和空氣混合才能起作用，因在MgO膜中只有混入少量MgF2才能生成保護膜，所以SF6是極微量的，濃度為0.1-0.4％，以濃度0.3％為最佳，當(dāng)濃度小于0.05％或大于0.7％時，氧化反而會加重，不能起保護作用，故要嚴(yán)格控制其濃度。
SF6無毒、無味、化學(xué)惰性強，但當(dāng)溫度在815℃時會產(chǎn)生1‰的劇毒元素S2F10，由于制備鎂合金溫度不超過800℃，SF6濃度小于0.4％，所以不會產(chǎn)生劇毒物，使用是安全的。
氣體保護會受干燥程度的影響，故必須對空氣和CO2進(jìn)行干燥處理。在空氣和SF6混合氣體中要混入干燥的CO2氣體，目的是用以改善和加強SF6的保護效果。
圖4、6所示，水循環(huán)冷卻是由水池、過濾器、冷卻塔、豎井水槽、水泵、水管、閥門組成，在水池9的右上部蓋63上有水管47、閥門31，接收水源注水，水池9的中部蓋63的上面裝有水泵12，通過水管48聯(lián)通過濾器13、冷卻塔14，通過水管49把水注入豎井水槽8中，豎井水槽8的上部有蓋62，蓋62的上面裝有漏斗式模具10，豎井水槽8內(nèi)有托盤11，豎井水槽8的右上側(cè)面設(shè)有溢水管50并聯(lián)通水池9。
當(dāng)進(jìn)行澆注需要冷卻時，打開水泵12，把水抽至過濾器13進(jìn)行過濾，然后注入冷卻塔14冷卻，通過水管49注入豎井水槽8內(nèi)，由于澆注的鎂合金棒逐漸下沉，擠壓水槽8中的水通過溢水管50回流至水池9中，形成水流流動循環(huán)，鎂合金棒在豎井水槽8中完全淹沒浸泡冷卻，水泵不停的開動，水流不停的流動循環(huán)，澆注、冷卻完成后即可關(guān)閉水泵，冷卻結(jié)束。
圖4、7所示，除塵排風(fēng)系統(tǒng)是由中和池、風(fēng)機、氣體處理器、噴淋器、風(fēng)罩、風(fēng)管組成，氣體處理器71下部裝有中和池72，右側(cè)裝有風(fēng)管88、風(fēng)管88聯(lián)結(jié)精煉爐罩76、合金爐罩77、靜置爐罩78、過濾器罩79，澆注機罩80，鑄錠機罩81，剝皮機罩82，各個罩內(nèi)的廢氣由風(fēng)管88進(jìn)入氣體處理器71，氣體處理器71內(nèi)用石灰乳凈化，噴淋器74、75處理廢氣，雜物進(jìn)入中和池72處理，廢氣由風(fēng)管89、風(fēng)機73抽出，經(jīng)過除塵凈化排風(fēng)處理后，使鎂合金的制備過程在無污染的潔凈環(huán)境中進(jìn)行。
合金元素中的硅、銅、鎳、鐵及其他雜質(zhì)，在鎂合金中越少越好，越少質(zhì)量越優(yōu)。
所用的熔劑以氯化物為主要成分，包括氯化鎂MgCL2、氯化鉀KCL2、氯化鈉NaCL、氯化鈣CaCL2、氯化鋇BaCL2、氧化鎂MgO、氟化鈣CaF2，使用數(shù)量為合金元素總重量的的10-15％。
合金元素在使用中可以是單質(zhì)，也可是中間合金，例如鋁錳合金、鋁鈹合金，都可使用，但其配比數(shù)量不得改變，元素種類不得改變，只是為了添加操作方便。
反壓導(dǎo)液的形式可以是爐子上面為進(jìn)口，下側(cè)面為出口，也可以在爐子上面加一弓形導(dǎo)液管，從頂部伸入另一爐中，將液體由上部導(dǎo)入或?qū)С觥?br>
漏斗式澆注模具，也叫結(jié)晶器，是專門成型鎂合金棒的，鎂合金可以是圓棒形，也可以按特殊需要呈方形，其長度可為4m，直徑為Φ10mm，可視使用要求確定其尺寸和形狀，也可同時澆注5-6個圓棒，以提高效率。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金的制備方法，其特征是由下列金屬元素按合金配比要求組合熔煉而成，一種鎂合金的元素配比是以100千克為制取單位。鎂Mg92.83-93.67重量份鋁AL5.8-6.4重量份錳Mn0.26-0.5重量份鋅Zn0.02max重量份鈹Be0.0005-0.0015重量份硅Si0.05max重量份銅Cu0.008max重量份鎳Ni0.001max重量份鐵Fe0.004max重量份其它0.01max重量份本發(fā)明的制備工藝流程如下1)精選原料及輔助材料對制備鎂合金的金屬元素要進(jìn)行精選，要進(jìn)行雜質(zhì)含量計算，對輔助材料熔劑氯化物等要保證有較好的物化性質(zhì)。2)予熱坩堝將熔煉用的坩堝清理干凈，并進(jìn)行予熱至400°-500℃。3)予熱粗鎂將煉制合金用的粗鎂予先在予熱爐中進(jìn)行予熱，至120°-150℃。4)配料按制備鎂合金數(shù)量，按金屬元素的實際要求和最佳的組合配比重量份配備各金屬原料，并將各金屬原料予制成單質(zhì)或中間合金，呈餅狀、塊狀或錠狀，以便于在煉制合金時易于添加操作。煉制合金用的熔劑氯化物等按比例配備。5)熔化粗鎂打開精煉爐坩堝蓋，將熔劑氯化物等按比例置于坩堝底部，然后加入部分粗鎂，加熱至720°-740℃，粗鎂熔化，逐漸添加配比規(guī)定的粗鎂，直至全部熔化。6)精煉粗鎂對熔化后的鎂液用攪拌器進(jìn)行攪拌15-20分鐘，溫度保持在760°-780℃，要用氣體保護液面，防止氧化和燃燒，并根據(jù)情況補足熔劑，做到精煉徹底，當(dāng)熔液表面出現(xiàn)鏡面般光亮?xí)r，精煉結(jié)束。7)檢測、光譜分析精煉結(jié)束后，取出熔液試樣，冷卻后進(jìn)行光譜分析、檢測，合格后轉(zhuǎn)入下一工序。8)加入各金屬元素在鎂熔液內(nèi)，按最佳重量配比、按予先設(shè)置的順序依次加入各金屬元素。9)合金化在鎂熔液內(nèi)加入各金屬元素之后，要用攪拌器攪拌20-30分鐘，溫度保持在740°-780℃，使其充分熔化，保證合金熔體均勻一致。10)氣體保護鎂合金形成熔液后，要用六氟化硫SF6等組成的混合氣體覆蓋于合金液表面，使其形成一層致密的連續(xù)的改性氧化鎂薄膜、以防止鎂合金液的氧化和燃燒，在制備鎂合金的全過程中均采用氣體保護。11)合金液靜置保溫制備生產(chǎn)船形鎂合金錠時，合金液可在合金化爐的坩堝中靜置保溫。制備生產(chǎn)圓棒型鎂合金時，用反壓氣體導(dǎo)液法將合金液導(dǎo)入靜置保溫爐的坩堝中，進(jìn)行靜置保溫5-10分鐘，溫度保持在680°-700℃。12)二次檢測合金液靜置后，取試樣，冷卻后在光譜干涉儀上檢測合金成份，視檢測結(jié)果調(diào)整金屬元素，直至完全合格。13)澆注準(zhǔn)備制備船形鎂合金錠時，要準(zhǔn)備好模具并清理干凈，撒上滅火粉熔劑，進(jìn)行模具予熱，予熱溫度為80°-120℃。制備鎂合金圓棒時，要準(zhǔn)備好漏斗式鑄模，并裝在豎井式有循環(huán)冷卻水的水槽上，以備用半連續(xù)澆注機澆注。14)過濾合金液制備生產(chǎn)鎂合金圓棒時，合金液靜置保溫后，用反壓氣體導(dǎo)液法把靜置爐中的合金液導(dǎo)入陶瓷過濾器中過濾，過濾除去氯化物及其他雜質(zhì)。15)澆注制備船形鎂合金錠時，采用機械澆鑄機，將合金液注入已準(zhǔn)備好的船形模具中，要控制好容量，使其自然冷卻，澆注完成。制備鎂合金圓棒時，用半連續(xù)澆注機的澆注咀向豎井水槽上的漏斗式模具中澆注合金液，邊澆注邊向豎井水槽內(nèi)下沉，由水槽內(nèi)的托盤托住逐漸澆注下沉成型的合金棒，豎井水槽內(nèi)的流動的循環(huán)冷卻水不間斷的進(jìn)行淹沒浸泡式冷卻，邊澆注邊冷卻，直至澆注完成，從而實現(xiàn)澆鑄—冷卻—成型的全過程。16)取錠、脫模制備船形鎂合金錠，澆注后是在模具中自然冷卻，由于熱脹冷縮，鎂錠收縮，體積變小，即可用機械或人工脫模取出鎂錠。制備鎂合金棒，是在豎井水槽內(nèi)邊澆注邊冷卻，成型冷卻速度快，澆注完成，停止?jié)茶T，經(jīng)完全冷卻后，由澆鑄機提升系統(tǒng)脫取，即可取出鎂合金棒。17)切割成型對鑄好的鎂合金棒兩端要進(jìn)行切割，切去端部余頭、要齊整，并按需要控制棒的長度。18)剝皮、表面處理對成型的鎂合金棒，用剝皮機剝?nèi)ダ鋮s時產(chǎn)生的氧化層，鎂合金錠用砂輪機清理表面斑痕、污物、保持其外觀清潔。19)檢驗對表面處理后的鎂合金棒、鎂合金錠進(jìn)行檢驗，表面不得有氣孔、裂紋、冷隔、熔渣和黑色斑痕，外形尺寸一致，重量誤差要控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。20)包裝、儲存成型的鎂合金棒，鎂合金錠要用軟質(zhì)材料進(jìn)行包裝，防止碰撞、沖擊損壞，包裝后存放于陰涼干燥的環(huán)境中，其溫度為20℃±3℃，要防水、防潮、防曬、防酸、堿侵蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金的制備方法，其特征在于所述的氣體保護方法如下鎂合金的制備是在全程氣體保護下完成的，是用惰性氣體六氟化硫SF6、二氧化碳CO2、空氣組合成混合氣體，作用于鎂合金熔體表面，形成致密的連續(xù)的改性氧化鎂MgO厚層薄膜，以此膜來阻止合金液的氧化和燃燒，從而起到保護作用。氣體保護反應(yīng)式如下式中Mg-鎂O-氧MgO-氧化鎂SF6-六氟化硫MgF2-二氟化鎂SO2F2-二氟二氧化硫氣體保護工藝流程如下2)制備保護氣體將SF6、CO2、空氣儲存于各自的容器中，按比例向混合氣罐中輸入，并由流量計控制其流量及濃度，在氣罐中組成混合氣體，比例為SF6——0.1-0.4％CO2——0-50％空氣——49.9-49.6％2)安裝輸氣設(shè)施儲氣罐與精煉爐、合金化爐、靜置爐、過濾器、鑄錠機、澆注機之間安裝輸氣管、閥門，并與反壓氣體導(dǎo)液管分別同時安裝，使之調(diào)控自如。3)按制備工藝輸氣嚴(yán)格按照制備工藝流程順序輸送保護氣體，調(diào)節(jié)閥門可控制精煉爐、合金化爐、靜置爐、過濾器、鑄錠機、澆注機的氣源氣量，因氣體揮發(fā)，只能維持幾分鐘，故在每個工序的制備過程中要不間斷的輸氣供氣。4)生成保護膜并維持混合氣體作用于鎂液、合金液表面后，將在熔體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成致密的連續(xù)的改性氧化鎂厚層薄膜，以阻止鎂合金液的氧化和燃燒，要連續(xù)不間斷的輸氣供氣，維持膜層不變，直至本工序結(jié)束。5)制備結(jié)束、關(guān)閉氣源按照制備工藝流程的順序，當(dāng)一個工序完成后，就可關(guān)閉本工序的輸氣閥門切斷氣源，轉(zhuǎn)入下一工序時，下一工序的閥門打開，供氣開始，當(dāng)制備工藝全部結(jié)束后，關(guān)閉所有閥門，停止供氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金的制備方法，其特征在于所述的反壓氣體導(dǎo)液法如下反壓氣體導(dǎo)液是利用氣體保護設(shè)施，設(shè)置一套并行的反壓氣體輸送管道，直接將反壓氣體管道安裝至精煉爐進(jìn)口、合金化爐進(jìn)口、靜置爐進(jìn)口，并由閥門控制，精煉爐、合金化爐、靜置爐上部均為進(jìn)口，下側(cè)部均為出口，各爐之間均由管道聯(lián)結(jié)，按照制備工藝流程工序由精煉爐向合金化爐輸送液體時，打開反壓氣體閥門，氣體通過管道輸入精煉爐進(jìn)口，當(dāng)氣體壓力大于1公斤時，就可推動熔液向下流動，通過下側(cè)部的出口及導(dǎo)液管導(dǎo)入合金化爐，精煉爐—合金化爐—靜置爐，均采用同一方式使熔液流動，而轉(zhuǎn)入下一工序，導(dǎo)液結(jié)束，即可關(guān)閉反壓氣體導(dǎo)液閥門，以此類推。
全文摘要
本發(fā)明是一種有色金屬材料鎂合金的制備方法，它采用了最佳金屬元素配比，將粗鎂精煉、鎂液合金化、合金液靜置保溫分別進(jìn)行，還采用了全程氣體保護防止氧化、反壓氣體導(dǎo)液、半連續(xù)澆注、水循環(huán)冷卻、除塵凈化排風(fēng)、光譜分析，有效的提高了鎂合金的純度、品質(zhì)和性能指標(biāo)，此制備方法效率高、成本低、質(zhì)量好、無污染，極適宜進(jìn)行高品質(zhì)鎂合金的工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C22C23/02GK1412332SQ0213564
公開日2003年4月23日 申請日期2002年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者許并社, 李明照, 衛(wèi)英慧, 盧英蘭, 賈虎生, 王社斌, 劉旭光 申請人:山西至誠科技有限公司