專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)熔劑的鎂合金純凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金的熔煉工藝，具體涉及在熔煉過(guò)程中去除雜質(zhì)元素的純凈化方法。
背景技術(shù)：
鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度比剛度高、阻尼減振降噪能力強(qiáng)、液態(tài)成型性能優(yōu)越、 能屏蔽電磁輻射和易于回收利用等一系列優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)、摩托車(chē)等交通工具、3C產(chǎn)品、手動(dòng)工具、航空航天及國(guó)防軍工等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著很多金屬礦產(chǎn)資源的日益枯竭，鎂以其資源豐富而日漸受到重視，特別是結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)及環(huán)保問(wèn)題的需求更加刺激了鎂合金工業(yè)的發(fā)展。純凈的鎂熔體是獲得優(yōu)質(zhì)鎂合金材料的基本前提，然而原材料及熔煉工具等會(huì)帶入多種雜質(zhì)元素，有害雜質(zhì)元素的存在影響了熔體純凈度，將大大降低鎂合金鑄錠的品質(zhì)， Fe、Si、Cu、Ni等雜質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響鎂合金材料的耐腐蝕性能、機(jī)械性能和成形性能。在鎂合金的這些金屬雜質(zhì)中，狗是危害最大的元素。由于!^e和Mg不形成化合物，固態(tài)Mg中!^e元素以原子形式存在于晶界處，F(xiàn)e雜質(zhì)能顯著降低抗腐蝕性、強(qiáng)度、塑性及加工性能。因此，研究和開(kāi)發(fā)鎂合金熔體純凈化技術(shù)，有效地減少鎂合金鑄坯中！^雜質(zhì)元素的含量刻不容緩。常規(guī)生產(chǎn)中采用Mn、Ti、&、Be、B等元素的單質(zhì)或化合物作為熔劑(除鐵劑)以降低狗含量。但是這些熔劑在除鐵的同時(shí)會(huì)帶入新的夾雜，而且熔劑除狗通常要在高溫下進(jìn)行，這樣增加了鎂及合金元素?zé)龘p、提高了熔煉生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)熔劑的鎂合金材料純凈化方法，本發(fā)明效果好，可以在較低溫度條件下有效去除狗雜質(zhì)元素，顯著提高了鎂合金材料的純度與性能，生產(chǎn)過(guò)程中金屬氧化和燒損少，并且所用工藝設(shè)備為常規(guī)通用設(shè)備， 成本較低，容易操作，工業(yè)上易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種無(wú)熔劑的鎂合金純凈化方法，本方法是將變質(zhì)處理且成分符合要求的合金液進(jìn)行降溫重熔處理，降溫重熔處理具體步驟為
1)停止對(duì)合金液熔煉爐加熱，使合金液冷卻至620-680°C，此時(shí)合金液變成粘稠狀；
2)然后再對(duì)合金液熔煉爐重新加熱，使合金液升溫至700-710°C，此時(shí)合金液重新變成均勻熔體，在該溫度下即可對(duì)熔體進(jìn)行澆注得到鎂合金鑄錠。第1)步冷卻時(shí)間長(zhǎng)于第2)步升溫時(shí)間。進(jìn)一步地，第1)步冷卻速率為1. (Tl. 4 0C / min (優(yōu)選1. 1 °C / min)；第2)步升溫速率為 1. 6-2. 0 0C / min (優(yōu)選 1. 8 °C / min)。本發(fā)明通過(guò)降溫重熔工藝達(dá)到除鐵的目的。熔體降溫至680°C以下時(shí)，由于狗在Mg中溶解度明顯減小，F(xiàn)e元素將大量析出；而后通電升溫至澆注溫度，升溫過(guò)程中部分元素會(huì)重新溶入鎂合金熔體之中，但是由于升溫時(shí)間明顯小于降溫時(shí)間(例如，合金熔體從 730°C降溫至630°C，所需時(shí)間約為90 min，而溫度從630°C升至710°C則僅用時(shí)45 min。)， 因此升溫過(guò)程中溶入合金熔體中的狗含量低于降溫過(guò)程中析出的狗含量，這樣澆注制備的鎂合金材料的狗雜質(zhì)含量得以有效減少。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1.本發(fā)明純凈化效果明顯本發(fā)明通過(guò)降溫重熔處理，能夠顯著降低鎂合金中狗雜質(zhì)含量，另外此純凈化方法無(wú)需加入常規(guī)除鐵劑，從而不會(huì)引入新的熔劑夾雜，避免了二次污染，可在鎂合金中取得很好的整體純凈化效果。2.本發(fā)明金屬元素?zé)龘p少與常規(guī)的熔劑除鐵不同，本發(fā)明除鐵是在較低溫度下 (620-680°C)實(shí)現(xiàn)的，溫度降低顯著減少了熔體中鎂和其他合金元素的氧化及燒損，有利于準(zhǔn)確控制鎂合金成分。3.本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、成本較低本發(fā)明利用常規(guī)鎂合金熔鑄技術(shù)，只需在熔體精煉變質(zhì)之后增加降溫重熔處理工藝，控制冷卻溫度和升降溫速度，即可達(dá)到降低狗雜質(zhì)含量的目的，所用設(shè)備均為常規(guī)鎂合金熔鑄所涉及的通用工藝設(shè)備，且除鐵是在較低溫度下進(jìn)行，生產(chǎn)成本較低。4.本發(fā)明適用面廣本發(fā)明可適用于多種牌號(hào)商用鎂合金體系，如AZ系、ZM系、 ZK系、AM系等。
具體實(shí)施例方式根據(jù)Mg-Fe 二元相圖可知，隨著溫度降低，F(xiàn)e在Mg中的溶解度逐漸減小，尤其當(dāng)溫度低于650°C時(shí)Je在Mg中的溶解度十分有限。有鑒于此，本發(fā)明采用降溫重熔的方法， 利用合金液冷卻過(guò)程中狗雜質(zhì)的有效析出沉降減小鎂合金中的狗雜質(zhì)含量，以提高鎂合金的純度。下面對(duì)本方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是在常規(guī)的鎂液合金化、合金液精煉、變質(zhì)處理且成分符合要求的合金液基礎(chǔ)上，采用無(wú)需加入溶劑的降溫重熔處理工藝來(lái)降低鎂合金熔體中的雜質(zhì)狗元素含量。 降溫重熔處理具體步驟為
1)停止對(duì)合金液熔煉爐加熱，使合金液冷卻至620-680°C，此時(shí)合金液變成粘稠狀；
2)冷卻至620-680°C后，無(wú)須等待，再立刻對(duì)合金液熔煉爐重新加熱，使合金液升溫至 700-710°C，此時(shí)合金液重新變成均勻熔體，達(dá)到該溫度后立即對(duì)熔體進(jìn)行澆注，即可得到較純凈的鎂合金鑄錠。第1)步冷卻時(shí)間長(zhǎng)于第2)步升溫時(shí)間。因此升溫過(guò)程中溶入合金熔體中的狗含量低于降溫過(guò)程中析出的狗含量，這樣澆注制備的鎂合金材料的！^雜質(zhì)含量得以有效減少。第1)步冷卻速率為1. (Tl. 4 0C / min (優(yōu)選1. 1 °C / min);第2)步升溫速率為 1. 6-2. 0 0C / min (優(yōu)選 1. 8 "C / min)。實(shí)際處理中，熔煉爐為電阻加熱的熔煉爐，斷電即停止加熱，斷電后自然冷卻到 620-680 0C即滿(mǎn)足降溫速率。
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下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，應(yīng)理解的是，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制，在本發(fā)明的構(gòu)思前提下對(duì)本發(fā)明制備方法的簡(jiǎn)單改進(jìn)，都屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。實(shí)施例1 熔鑄AZ31鎂合金。1)原材料采用純鎂錠、純鋁、純鋅及氯化錳；
2)在電阻爐中熔煉，升溫將純鎂熔化，溫度達(dá)到730-740°C時(shí)，加入純鋁、純鋅和氯化錳，合金化完成后攪拌合金液5 min，使合金成分均勻；
3)合金液在730-740°C溫度下進(jìn)行精煉，精煉時(shí)間為8min左右，之后扒渣；
4)加入六氯乙烷C2Cl6進(jìn)行變質(zhì)處理；
5)爐前分析合金液成分，主要合金元素成分合格后繼續(xù)下一步；
6)停止對(duì)合金液熔煉爐加熱，使合金液緩慢冷卻至低溫680°C，合金液變成粘稠狀，此時(shí)狗元素有效析出；
7)對(duì)合金液熔煉爐重新加熱，合金液快速升溫至較高溫度700-71(TC，合金液重新變成均勻液體；
8)在700-710°C溫度條件下，熔體澆注得到高質(zhì)量鎂合金鑄錠。光電光譜儀分析表明，所得AZ31鎂合金鑄錠的狗元素含量為0. 0057%，低于未經(jīng)過(guò)降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0065%)。實(shí)施例2
熔鑄AZ31鎂合金。與實(shí)施例1不同之處在于降溫重熔處理的最低溫度不同，此實(shí)施例中，停止對(duì)合金液熔煉爐加熱后，合金液緩慢冷卻至650°C，然后對(duì)合金液熔煉爐重新加熱升溫。光電光譜儀分析表明，所得AZ31鎂合金鑄錠的狗元素含量為0. 0037%，低于未經(jīng)過(guò)降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0065%)。實(shí)施例3
熔鑄AZ31鎂合金。與實(shí)施例1不同之處在于降溫重熔處理的最低溫度不同，此實(shí)施例中，停止對(duì)合金液熔煉爐加熱后，合金液緩慢冷卻至635°C，然后對(duì)合金液熔煉爐重新加熱升溫。光電光譜儀分析表明，所得AZ31鎂合金鑄錠的！^元素含量為0. 0023%,明顯低于未經(jīng)過(guò)降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0065%)。實(shí)施例4
熔鑄AZ31鎂合金。與實(shí)施例1不同之處在于降溫重熔處理的最低溫度不同，此實(shí)施例中，停止對(duì)合金液熔煉爐加熱后，合金液緩慢冷卻至620°C，然后對(duì)合金液熔煉爐重新加熱升溫。光電光譜儀分析表明，所得AZ31鎂合金鑄錠的狗元素含量為0. 0015%，顯著低于未經(jīng)過(guò)降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0065%)。實(shí)施例5 熔煉ZM61鎂合金。1)原材料采用純鎂錠、純鋅及氯化錳；2)在電阻爐中熔煉，升溫將純鎂熔化，溫度達(dá)到730-740°C時(shí)，加入純鋅和氯化錳，合金化完成后攪拌合金液5 min，使合金成分均勻；
3)合金液在730-740°C溫度下進(jìn)行精煉，精煉時(shí)間為8min左右，之后扒渣；
4)加入六氯乙烷C2Cl6進(jìn)行變質(zhì)處理；
5)爐前分析合金液成分，主要合金元素成分合格后繼續(xù)下一步；
6)停止對(duì)合金液熔煉爐加熱后，使合金液緩慢冷卻至低溫640°C，合金液變成粘稠狀， 此時(shí)狗元素有效析出；
7)對(duì)合金液熔煉爐重新加熱，合金液快速升溫至較高溫度700-71(TC，合金液重新變成均勻液體；
8)在700-710°C溫度條件下，熔體澆注得到高質(zhì)量鎂合金鑄錠。光電光譜儀分析表明，所得ZM61鎂合金鑄錠的！^元素含量為0. 0057%，低于未經(jīng)過(guò)降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0069%)。實(shí)施例6
熔鑄ZM61鎂合金。與實(shí)施例5不同之處在于降溫重熔處理的最低溫度不同，此實(shí)施例中，停止對(duì)合金液熔煉爐加熱后，合金液緩慢冷卻至620°C，然后對(duì)合金液熔煉爐重新加熱升溫。光電光譜儀分析表明，所得AZ31鎂合金鑄錠的！^元素含量為0. 0046%，低于未經(jīng)過(guò)降溫重熔處理的鎂合金( 元素含量為0. 0069%)。表1不同降溫重熔工藝制備AZ31鎂合金的化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.一種無(wú)熔劑的鎂合金純凈化方法，其特征在于將變質(zhì)處理且成分符合要求的合金液進(jìn)行降溫重熔處理，降溫重熔處理步驟為1)停止對(duì)合金液熔煉爐加熱，使合金液冷卻至620-680°C，合金液變成粘稠狀；2)然后再對(duì)合金液熔煉爐重新加熱，使合金液升溫至700-710°C，此時(shí)合金液重新變成均勻熔體，在該溫度下即可對(duì)熔體進(jìn)行澆注得到鎂合金鑄錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金純凈化方法，其特征在于第1)步冷卻時(shí)間長(zhǎng)于第2) 步升溫時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎂合金純凈化方法，其特征在于第1)步冷卻速率為 1. (Tl. 4 0C / min ；第 2)步升溫速率為 1. 6-2. 0 °C / min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎂合金純凈化方法，其特征在于第1)步冷卻速率為1.1 V / min ’第2)步升溫速率為1. 8 °C / min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)熔劑的鎂合金純凈化方法，本方法是將變質(zhì)處理且成分符合要求的合金液進(jìn)行降溫重熔處理，降溫重熔處理具體步驟為1)停止對(duì)合金液熔煉爐加熱，使合金液冷卻至620-680℃，此時(shí)合金液變成粘稠狀；2)然后再對(duì)合金液熔煉爐重新加熱，使合金液升溫至700-710℃，此時(shí)合金液重新變成均勻熔體，在該溫度下即可對(duì)熔體進(jìn)行澆注得到鎂合金鑄錠。其中第1)步冷卻時(shí)間長(zhǎng)于第2)步升溫時(shí)間。本發(fā)明純凈化效果明顯，可在較低溫度條件下有效降低鎂合金的Fe雜質(zhì)含量，顯著提高了鎂合金材料的純度與性能，生產(chǎn)過(guò)程中金屬氧化和燒損少，并且所用工藝設(shè)備為常規(guī)通用設(shè)備，成本較低，容易操作，工業(yè)上易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)C22B26/22GK102296184SQ20111027352
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者毛建軍, 潘復(fù)生, 陳先華 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)