專利名稱：一種用于鎂合金的復(fù)合阻燃變質(zhì)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及到一種用于鎂合金的復(fù)合阻燃變質(zhì)工藝。
2.背景技術(shù)在鎂合金熔煉過(guò)程中，由于鎂的極易氧化燃燒，熔煉中和澆注前須對(duì)鎂合金液采取保護(hù)措施，目前主要采用的方法有保護(hù)熔劑覆蓋法和氣體保護(hù)法。熔劑保護(hù)法是采用一定成分的低熔點(diǎn)化合物熔劑，在較低的溫度下該熔劑熔化成液態(tài)，鋪開(kāi)在鎂合金液面，阻止了鎂液與空氣的接觸從而起到保護(hù)作用。熔劑保護(hù)法容易造成鎂合金液的污染，使鑄件中夾雜物增多，侵蝕生產(chǎn)設(shè)備，污染環(huán)境。氣體保護(hù)法是在鎂合金液的表面覆蓋一層惰性氣體或者能與鎂反應(yīng)生成致密氧化膜的氣體，從而使熔液隔絕空氣中的氧，采用的主要保護(hù)氣體有SF6、SO2、CO2、Ar、N等。SF6氣體保護(hù)效果較好，但是存在以下問(wèn)題(1)污染環(huán)境，SF6氣體的使用會(huì)產(chǎn)生SO2、SF4等有毒氣體，SF6對(duì)全球變暖的作用是CO2的24900倍；(2)設(shè)備復(fù)雜。需有復(fù)雜的混氣裝置和密封裝置，從熔煉爐到澆注爐需要復(fù)雜的輸運(yùn)設(shè)備；(3)腐蝕設(shè)備，顯著降低坩堝的使用壽命。因此，研究新的鎂合金液保護(hù)技術(shù)是一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)而有意義的工作。前人研究認(rèn)為，金屬鈹對(duì)鎂合金液有保護(hù)作用，但單獨(dú)加入金屬鈹保護(hù)鎂合金液時(shí)，加入阻燃需要的鈹量容易使鑄件產(chǎn)生熱裂，粗化合金組織而惡化材料性能。
鎂合金熔煉變質(zhì)的目的是改變鎂合金的組織形態(tài)，該工藝對(duì)減小合金的晶粒、改善材料的力學(xué)性能有較大的影響，并對(duì)鎂液中的氧化夾雜亦有一定影響。研究表明，對(duì)于不含Al的鎂合金，采用鋯進(jìn)行變質(zhì)處理具有很好的晶粒細(xì)化效果。對(duì)Mg-Al類合金可采用碳質(zhì)孕育法，其作用原理是鎂液中的碳化物在高溫下分解并與合金液化學(xué)反應(yīng)生成AlC4，該化合物可以起到外來(lái)晶核的作用而使鎂合金的晶粒細(xì)化，加入C2Cl6是工藝措施之一，采用氬氣混合加入高純碳粉的工藝方法也獲得了較明顯的變質(zhì)效果。但是，由于碳在鎂中的難溶性，在鎂合金液中加入碳非常困難，使生產(chǎn)工藝復(fù)雜，作用效果不穩(wěn)定。
3.發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于防止鎂合金熔煉時(shí)的氧化燃燒、又對(duì)含鋁的鎂合金具有組織變質(zhì)細(xì)化作用的無(wú)污染、效果好、價(jià)格便宜的復(fù)合阻燃變質(zhì)工藝。
本發(fā)明是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的一種用于鎂合金的復(fù)合阻燃變質(zhì)工藝，包括以下步驟(1)將鎂—鋁系合金在2號(hào)熔劑覆蓋保護(hù)下熔化成液體；(2)加入復(fù)合阻燃變質(zhì)劑，攪拌，使阻燃變質(zhì)劑在合金液中熔化后，扒去2號(hào)熔劑；(3)用脫水的惰性氣體作3-10分鐘的吹煉攪拌；(4)在710-770℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行5-15分鐘的鎮(zhèn)靜孕育，可獲得凈化、不燃燒、變質(zhì)的鎂合金熔液。
上述步驟(2)中加入的復(fù)合阻燃變質(zhì)劑由鋇、鍶、鈹和鋁元素組成，各元素的重量百分比分別為鋇3-10％、鍶3-10％、鈹0.5-3％、鋁77-93％；復(fù)合阻燃變質(zhì)劑的加入量為所處理鎂合金重量的0.1-3％；步驟(3)所述的惰性氣體為脫水的氬氣或氮?dú)狻?br> 阻燃變質(zhì)劑中，鈹和鋇具有表面活性作用，它們富聚于鎂合金液的表面，生成的氧化膜同合金液表面的氧化鎂形成致密的復(fù)合氧化膜，阻止了氧原子進(jìn)一步侵入合金液中，防止了鎂液非常容易產(chǎn)生的氧化燃燒，從而達(dá)到阻燃的目的。采用鋇、鈹、鍶以及鋁組成復(fù)合阻燃變質(zhì)劑，既可以在鎂合金熔液表面形成致密的復(fù)合氧化膜，實(shí)現(xiàn)鎂合金液在大氣中800℃溫度以下不產(chǎn)生燃燒的效果，同時(shí)變質(zhì)劑中的鍶和鋇具有改變鎂合金晶體生長(zhǎng)特性，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)鎂-鋁相組織的變質(zhì)效果，細(xì)化了晶粒，改善了鎂合金熔液的冶金質(zhì)量和制件性能。阻燃變質(zhì)劑中鋇的使用減少了有毒且價(jià)格較貴的鈹?shù)挠昧浚朔诉^(guò)量的鈹對(duì)材料造成的不良影響。也強(qiáng)化了鈹?shù)淖枞夹Ч?。本阻燃劑中的鋇采用熱還原法直接由鋇鹽制取，同采用直接加入金屬鋇的方法比較，鋁—鋇阻燃劑的成本低廉。復(fù)合阻燃變質(zhì)劑在使用中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，經(jīng)阻燃變質(zhì)劑處理的的鎂合金實(shí)現(xiàn)了綠色潔凈化的生產(chǎn)過(guò)程。該阻燃變質(zhì)劑的變質(zhì)有效時(shí)間不少于7小時(shí)，多次重熔合金液仍具有阻燃效果，具有長(zhǎng)效性。
本發(fā)明采用了無(wú)環(huán)境污染的鋇和鈹作為阻燃元素劑，以鍶和鋇作變質(zhì)元素，以無(wú)水惰性氣體吹煉攪拌強(qiáng)化變質(zhì)劑的作用效果和凈化合金液，以靜置孕育穩(wěn)定其變質(zhì)效果。本發(fā)明可防止通常生產(chǎn)條件狀態(tài)鎂液的燃燒，變質(zhì)效果明顯而穩(wěn)定，重熔性好，生產(chǎn)成本低。
4.具體實(shí)施方式
實(shí)施例1將國(guó)家牌號(hào)的AZ91鑄造鎂合金(9％Al、1％Zn、0.15％Mn、余為Mg)在2號(hào)熔劑(38-46％氯化鎂、34-40％氯化鉀、5-8％氯化鋇、3-5％氟化鈣)覆蓋的保護(hù)下熔化為液體，合金熔煉在電阻爐內(nèi)進(jìn)行。加入0.2％的由8％鋇、1％鈹、10％鍶和91％鋁組成的復(fù)合阻燃變質(zhì)劑，攪拌合金液，扒去熔渣和2號(hào)熔劑，然后再用脫水的氬氣做5分鐘的吹煉攪拌，之后，在730℃溫度附近進(jìn)行7分鐘靜置孕育，最后，將合金液扒渣澆注金屬型。使用結(jié)果表明，經(jīng)阻燃變質(zhì)處理后，ZA91鎂合金在770℃的溫度下不燃燒。同傳統(tǒng)的熔劑覆蓋熔煉工藝比較，由于減少了氧化和熔劑夾渣使鑄件質(zhì)量明顯提高，材料的利用率也有所提高，減輕了熔劑對(duì)環(huán)境和設(shè)備的污染。經(jīng)變質(zhì)處理后，ZA91鎂合金材料的強(qiáng)度、延伸率和韌性比未處理時(shí)得到提高，可達(dá)到拉伸強(qiáng)度180MPa、延伸率5.2％，沖擊韌性28J/cm2，布氏硬度58。
實(shí)施例2將國(guó)家牌號(hào)的AZ63鑄造鎂合金(6％Al、3％Zn、0.35％Mn、余為Mg)在2號(hào)熔劑覆蓋的保護(hù)下熔化成液體，熔煉在電阻爐內(nèi)進(jìn)行。加入0.5％的由6％鋇、1％鈹、6％鍶和87％鋁組成的復(fù)合阻燃變質(zhì)劑，攪拌合金液，扒去熔渣和2號(hào)熔劑，然后再用脫水的氮?dú)庾?分鐘的吹煉攪拌，之后，在750℃溫度附近進(jìn)行5分鐘的靜置孕育，最后，將合金液扒渣澆注金屬型。熔煉結(jié)果顯示，經(jīng)阻燃變質(zhì)處理后，ZA63鎂合金液的燃燒點(diǎn)溫度可提高到790℃。同傳統(tǒng)的熔劑覆蓋熔煉工藝比較，由于新工藝減少了氧化和熔劑夾渣使鑄件質(zhì)量明顯提高，也減輕了熔劑對(duì)環(huán)境的污染。變質(zhì)處理比未處理AZ63鎂合金材料的強(qiáng)度、延伸率和韌性得到提高，可達(dá)到拉伸強(qiáng)度160MPa，延伸率6％，沖擊韌性23J/cm2，布氏硬度64。
對(duì)經(jīng)阻燃變質(zhì)處理的AZ63合金液保溫6小時(shí)或進(jìn)行三次重熔處理后，780℃的合金液仍然未出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，合金材料基本保持了原有的變質(zhì)效果。表明阻燃變質(zhì)效果具有長(zhǎng)效性。
權(quán)利要求
1.一種用于鎂合金的復(fù)合阻燃變質(zhì)工藝，其特征是包括以下步驟(1)將鎂一鋁系合金在2號(hào)熔劑覆蓋保護(hù)下熔化成液體；(2)加入復(fù)合阻燃變質(zhì)劑，攪拌，使阻燃變質(zhì)劑在合金液中熔化后，扒去2號(hào)熔劑；(3)用脫水惰性氣體作3-10分鐘的吹煉攪拌；(4)在710-770℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行5-15分鐘的鎮(zhèn)靜孕育，可獲得凈化、不燃燒、變質(zhì)的鎂合金熔液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于鎂合金的復(fù)合阻燃變質(zhì)工藝，其特征是步驟(2)中加入的復(fù)合阻燃變質(zhì)劑由鋇、鍶、鈹和鋁元素組成，各元素的重量百分比分別為鋇3-10％、鍶3-10％、鈹0.5-3％、鋁77-93％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于鎂合金的復(fù)合阻燃變質(zhì)工藝，其特征是步驟(2)中復(fù)合阻燃變質(zhì)劑的加入量為所處理鎂合金重量的0.1-3％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合阻燃變質(zhì)工藝，其特征是步驟(3)所述的惰性氣體為脫水的氬氣或氮?dú)狻?br> 全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于鎂合金的復(fù)合阻燃變質(zhì)工藝。該工藝步驟是先將鑄造鎂合金在熔劑覆蓋保護(hù)下熔化成液體，然后加入復(fù)合阻燃變質(zhì)劑，攪拌，扒去浮渣及覆蓋劑，用氬氣等惰性氣體對(duì)合金液進(jìn)行吹煉攪拌，最后，在710－770℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行一定的靜置孕育，然后澆注成型。采用本發(fā)明處理的鎂合金在低于800℃溫度下的大氣中不產(chǎn)生氧化燃燒，對(duì)合金液有去氣除渣的精煉作用，并對(duì)合金組織產(chǎn)生晶粒細(xì)化變質(zhì)效果，改善了鎂合金液的鑄造質(zhì)量和制件的力學(xué)性能。
文檔編號(hào)C22C23/02GK1390968SQ0211032
公開(kāi)日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2002年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月13日
發(fā)明者耿浩然, 亓效剛 申請(qǐng)人:山東大學(xué)