專利名稱：一種防止鎂合金氧化燃燒的氣體保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止鎂合金氧化燃燒的方法，采用六氟丙烯(又稱全氟丙烯,分子式C3F6) 與稀釋氣體的混合氣體作為鎂合金熔煉時(shí)的保護(hù)氣體，屬于鎂合金冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金不僅密度小、比強(qiáng)度高、比剛度高，而且還具有阻尼性能好、切削加工性能好、 導(dǎo)電性好、尺寸穩(wěn)定、成本低、無污染、易回收等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、通訊、電子和航天航空等 領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用，是21世紀(jì)重要的輕質(zhì)高強(qiáng)度材料之一。但是，鎂合金在熔煉、加 工和熱處理等過程中易發(fā)生氧化燃燒現(xiàn)象。多年來，人們一直在尋找阻止鎂合金熔煉過程中
氧化燃燒的方法。目前，國內(nèi)外常用的阻止鎂合金燃燒的方法有三種熔劑保護(hù)法、合金元 素法和氣體保護(hù)法。氣體保護(hù)法是目前應(yīng)用最廣的鎂合金熔煉保護(hù)方法。工業(yè)上常用的保護(hù)
氣體有SF6和S02等。S02由于腐蝕性大，泄漏易造成環(huán)境污染，因此上世紀(jì)70年代以來普遍采 用SFe混合氣體的氣體保護(hù)技術(shù)。然而，上世紀(jì)末，溫室效應(yīng)所引起的環(huán)境問題引起人們的關(guān) 注，SFe是一種嚴(yán)重的溫室效應(yīng)氣體，其溫室效應(yīng)約為C02的23900倍，屬于1997年京都議定書 中規(guī)定要逐步淘汰的氣體。歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)立法，在2010年前逐步限制和停止使用SFe， 國際鎂業(yè)協(xié)會(IMA)也確定鎂工業(yè)界于2015年前實(shí)現(xiàn)SF6的零排放。因此，當(dāng)今鎂工業(yè)界面 臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，迫切需要尋找優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保的保護(hù)氣體和保護(hù)技術(shù)，以替代現(xiàn)有的SFe氣 體保護(hù)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決當(dāng)前國際鎂工業(yè)界使用高溫室效應(yīng)的SFe或腐蝕性大的S02氣體進(jìn)行鎂合金熔煉
保護(hù)時(shí)所帶來環(huán)境、設(shè)備和人體危害等問題，本發(fā)明提供了一種用六氟丙烯(又稱全氟丙烯，
分子式C3F》氣體防止鎂合金高溫氧化燃燒的方法。該方法使用的六氟丙烯氣體具有低溫室效 應(yīng)、無色無臭，在使用濃度下，毒性極低，幾乎對人體無影響，優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保，成本低， 方法簡單易行，具有顯著的環(huán)保價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，適合工業(yè)化大規(guī)模推廣應(yīng)用。
本發(fā)明提出的防止鎂合金氧化燃燒的方法，其特征在于:所述方法是通過在鎂合金熔煉時(shí)
通入由六氟丙烯和稀釋氣體組成的混合氣體進(jìn)行鎂合金熔煉保護(hù)；所述氣體在鎂合金熔煉時(shí)，
用常規(guī)的方法進(jìn)行氣體的干燥、混合和輸送至需要保護(hù)的鎂合金表面進(jìn)行保護(hù)。
在上述的方法中，六氟丙烯和稀釋氣體的純度為工業(yè)用純度，稀釋氣體為干燥的N2、 C02、 Ar和壓縮空氣中的一種或多種。
本發(fā)明與現(xiàn)有的SF6或S02氣體保護(hù)技術(shù)相比，具有環(huán)保，可有效防止鎂合金氧化燃燒的特點(diǎn)。六氟丙烯(分子式C:,FJ通常情況下為無色無臭氣體，熔點(diǎn)-156.2°C，沸點(diǎn)-29.4。C，相 對密度1.58，具有良好的環(huán)境性能(ODPi, GWP=2)，不燃，作為鎂合金熔煉保護(hù)氣體具有 良好的保護(hù)效果，因此，其作為SFe和S02保護(hù)氣體的替代品具有無可比擬的優(yōu)勢。己在實(shí)驗(yàn) 室穩(wěn)定運(yùn)行，證明安全可靠。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明通過在鎂合金熔煉爐內(nèi)通入六氟丙烯(分子式C3Fe)氣體和稀釋氣體(可用干燥的
N2、 C02、 Ar和壓縮空氣中的一種或多種)的混合氣體進(jìn)行鎂合金熔煉保護(hù)。鎂合金熔煉時(shí)， 用常規(guī)的方法進(jìn)行氣體的干燥、混合和輸送至需要保護(hù)的鎂合金表面進(jìn)行保護(hù)作用。本發(fā)明 的鎂合金熔煉氣體保護(hù)方法具體實(shí)施步驟為
準(zhǔn)備用于鎂合金熔煉保護(hù)的六氟丙烯氣體和稀釋氣體，六氟丙烯和稀釋氣體的純度為工 業(yè)用純度，稀釋氣體為干燥的N2、 C02、 Ar和壓縮空氣中的一種或多種。鎂合金熔煉爐根據(jù)實(shí) 際生產(chǎn)情況而定，可以是密封的，也可以是非密封的。根據(jù)熔煉爐的密封情況和熔煉要求， 確定混合氣體的組成。在無密封的熔煉爐中，混合氣體各組分的體積百分比為0.05% 3%六 氟丙烯、97% 99.95%稀釋氣體；在密封的熔煉爐中，混合氣體各組分的體積百分比0.01% 10%六氟丙烯、90% 99.99%稀釋氣體。在鎂合金熔煉需要使用氣體保護(hù)時(shí)，用常規(guī)的方法將 干燥、混合的氣體輸送至需要保護(hù)的鎂合金表面。在無密封的熔煉爐中，熔煉時(shí)一直通入混 合氣體，氣體流量為0.5 100L/min，直到熔煉澆注結(jié)束。在密封的熔煉爐中熔煉鎂合金時(shí)， 利用真空系統(tǒng)排除熔煉爐內(nèi)的空氣，當(dāng)熔煉爐內(nèi)氣體壓力降到O. 1 10Pa時(shí)，關(guān)閉真空泵， 打開充氣口，利用氣體輸入裝置通過充氣口向熔煉爐內(nèi)通入混合氣體，當(dāng)混合氣體壓力為5 xl(TPa 2xl05pa時(shí)，關(guān)閉充氣口，打開加熱爐電源，熔煉鎂合金。
實(shí)施例l
在無密封電阻坩堝爐中熔煉鎂合金AZ91D，熔煉爐容積25升，熔煉溫度680°C，使用0. 3% 六氟丙烯(分子式GF6)和99. 7%&的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘1L，進(jìn)行鎂合金熔 煉氣體保護(hù)。
將烘干過的爐料(3千克)放入電阻坩堝爐的坩堝中，蓋上甜堝蓋。開啟熔煉爐，加熱 坩堝，升溫速率1(TC/分鐘，20(TC時(shí)通入混合氣體，混合氣體組成為0. 3%六氟丙烯和99. 7%N2, 混合氣體的流量為1L/min，加熱升溫至熔化后，保護(hù)氣體在鎂熔體表面迅速形成一層致密的、 具有良好保護(hù)性的保護(hù)膜，熔化后繼續(xù)升溫到680°C，保溫5小時(shí)，然后進(jìn)行澆注。在整個(gè) 熔煉和保溫過程中，含六氟丙烯的混合氣體對鎂合金液的保護(hù)效果良好，即使采用攪拌桿破 壞鎂合金液表面的保護(hù)膜，也會很快形成新的保護(hù)膜起保護(hù)作用，沒有發(fā)生鎂合金液燃燒現(xiàn) 象。
實(shí)施例2在無密封電阻坩堝爐中熔煉鎂合金AM50，熔煉爐容積25升，熔煉溫度70(TC，使用0.3% 六氟丙烯和99.7%1^的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘l.OL,進(jìn)行鎂合金熔煉氣體保 護(hù)。
將烘干過的爐料(3千克)放入電阻坩堝爐的坩堝中，蓋上坩堝蓋。開啟熔煉爐，加熱 坩堝，升溫速率lCTC/分鐘，200'C時(shí)通入混合氣體，混合氣體組成為0. 3%六氟丙烯和99. 7%N2， 混合氣體的流量為l.OL/min,加熱升溫至熔化后，保護(hù)氣體在鎂熔體表面迅速形成一層致密 的、具有良好保護(hù)性的保護(hù)膜，熔化后繼續(xù)升溫到70(TC，保溫1小時(shí)，然后進(jìn)行澆注。在 整個(gè)熔煉和保溫過程中，含六氟丙烯的混合氣體對鎂合金液的保護(hù)效果良好，即使采用攪拌 桿破壞鎂合金液表面的保護(hù)膜，也會很快形成新的保護(hù)膜起保護(hù)作用，沒有發(fā)生鎂合金液燃 燒現(xiàn)象。
實(shí)施例3
在密封熔煉爐中熔煉鎂合金AZ91D，熔煉爐容積30升，熔煉溫度680。C，使用0. 1%六氟 丙烯和99.9% N2的混合氣體進(jìn)行保護(hù)。
將烘干過的鎂合金爐料(3千克)放入密封熔煉爐內(nèi)的坩堝中，之后蓋上密封熔煉爐蓋。 打開真空系統(tǒng)，排除熔煉爐內(nèi)的空氣，當(dāng)熔煉爐內(nèi)壓力為1Pa時(shí)，關(guān)閉真空泵。利用保護(hù)氣 體輸入裝置通過充氣口向密封熔煉爐內(nèi)充入0. 1%六氟丙烯和99. 9% N2的混合氣體，當(dāng)爐內(nèi)壓 力為lxl()5pa時(shí)，關(guān)閉充氣口。打開加熱爐電源，開始熔煉鎂合金，熔煉溫度68(TC，保溫 l小時(shí)。在整個(gè)鎂合金熔煉過程中，沒有發(fā)生氧化燃燒現(xiàn)象。
實(shí)施例4
在密封熔煉爐中熔化鎂合金AZ91D，容積30升，熔煉溫度68(TC，使用2.0%六氟丙烯、 48.0%化和50%空氣的混合氣體進(jìn)行保護(hù)。
將烘干過的鎂合金爐料(3千克)放入密封熔煉爐內(nèi)的坩堝中，之后蓋上熔煉爐蓋。打 開真空系統(tǒng)，排除熔煉爐內(nèi)的空氣，當(dāng)熔煉爐內(nèi)壓力為1Pa時(shí)，關(guān)閉真空泵。利用保護(hù)氣體 輸入裝置通過充氣口向密封熔煉爐內(nèi)充入2.0%六氟丙烯、48.0% &和50%空氣的混合氣體， 當(dāng)爐內(nèi)壓力為lxl05Pa時(shí)，關(guān)閉充氣口。打開加熱爐電源，開始熔煉鎂合金，熔煉溫度680 °C，保溫3小時(shí)。在整個(gè)鎂合金熔煉過程中，鎂合金沒有發(fā)生氧化燃燒現(xiàn)象。
以上實(shí)施例說明，在熔煉爐中熔煉鎂合金時(shí)，釆用含六氟丙烯的混合氣體進(jìn)行熔煉保護(hù)， 具有良好的保護(hù)效果，與六氟化硫的保護(hù)效果相當(dāng)，但比六氟化硫更具有環(huán)保優(yōu)勢，而且熔 煉保護(hù)工藝簡單，因此具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種防止鎂合金氧化燃燒的氣體保護(hù)方法，其特征在于所述方法是在熔煉鎂或鎂合金的同時(shí)，在熔煉爐內(nèi)通入由六氟丙烯氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進(jìn)行熔煉保護(hù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在鎂合金熔煉時(shí)，將所述的六氟丙烯和稀釋氣體用常規(guī)的方法進(jìn)行干燥、混合并輸送到需要保護(hù)的鎂合金表面進(jìn)行保護(hù)；所述稀釋氣 體為化、C02、 Ar和壓縮空氣中的一種或多種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述混合氣體中，六氟丙烯占混合氣 體的體積含量為0. 01 10%，稀釋氣體占混合氣體的總體積含量為90 99. 99%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防止鎂合金氧化燃燒的氣體保護(hù)方法，屬于鎂合金冶金技術(shù)領(lǐng)域。所述方法是通過在鎂合金熔煉時(shí)通入由六氟丙烯(又稱全氟丙烯，分子式C₃F₆)氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進(jìn)行鎂合金熔煉保護(hù)；當(dāng)鎂合金熔煉時(shí)，用常規(guī)的方法進(jìn)行氣體的干燥、混合并輸送至需要保護(hù)的鎂合金表面進(jìn)行保護(hù)。在混合氣體中，六氟丙烯和稀釋氣體的純度為工業(yè)用純度，稀釋氣體為干燥的N₂、CO₂、Ar和壓縮空氣中的一種或多種。根據(jù)鎂合金熔煉爐的密封情況，采用不同比例的混合氣體和通氣方式。采用含六氟丙烯的混合氣體進(jìn)行鎂合金熔煉保護(hù)，具有良好的保護(hù)效果和環(huán)保優(yōu)勢(六氟丙烯的ODP＝0，GWP＝2，無臭，不燃)，熔煉保護(hù)工藝簡單，因而有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號C22C23/00GK101302588SQ20081011487
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者熊守美, 曉 陳 申請人:清華大學(xué);福州大學(xué)