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鎂課堂:(三十四)熔煉鎂合金用的原材料

時間:2015-6-9


      制備鎂合金零件的工藝可分四大類:鑄造冶金法,快速凝固/粉末冶金法,噴射沉積法,半固態成形法。除這4種方法,還有用各種壓力加工塑性成形工藝生產的鎂及鎂合金半成品(板、帶、管、棒、型材與鍛件)制造的零部件。但用半成品制造的零部件僅占總鎂合金件的15%左右,而在前4類零部件中,用鑄造冶金法生產的又占95%以上。因此,用鑄造冶金法生產鎂合金零件占總量的80%強。而在鑄造冶金法制造的鎂合金件中,用壓鑄法生產的竟占90%左右。

  不管是制備壓力加工的鎂合金錠還是生產鎂合金零件,熔煉是一道極為關鍵的工序,因為它對熔體品質進而對材料與鑄件的性能有著決定性的影響。不管是原材料品質,還是熔劑、熔煉工藝和設備、工具等的品質都對熔體品質有影響,同時與其他常用金屬相比,鎂的化學性能活潑得多,其熔體極易與氧、氮、水等發生化學反應,發生燃燒與爆炸的機率也更大些,鎂及鎂合金的腐蝕性能對雜質元素如鐵、鎳、銅等非常敏感。因此,在熔煉鎂合金時必須嚴格遵守操作規程、熟記安全規程、精心操作。

  原材料

  配制鎂合金的金屬原料有鎂、錠、鋁錠、鋅錠與中間合金(鎂-錳、鎂-鋯、鎂-釹、鋁-鈹、鋁-鎂-鈹、鋁-鎂-錳)、混合稀土等,以及鈹氟酸鈉,回爐工藝廢料。它們的品質、化學成分與級別應符合各自的標準。各種鎂合金的回爐料與工藝廢料都可以作為同牌號合金爐料的組成部分,不過同時使用一級和二級回爐料時,其用量之和不得大于爐料總質量的80%,同時使用二級和三級回爐料時,其用量不得超過爐料總質量的40%。

  待裝爐的各種爐料應潔凈干燥,沒有油、氧化物、沙土和明顯的銹蝕,中國自上世紀50年代末生產鎂合金以來,發生多起爆炸事故,還有人員死亡,大都是爐料中混有水份引起的。生產不同牌號鑄件與鑄錠時,應特別注意,不得混料,特別是含鋯的鎂合金不得與含鋁的鎂合金料混淆。

  熔劑

  由于鎂及鎂合金在熔煉過程中易氧化與燒損嚴重,需用熔劑保護,這種熔劑稱為覆蓋劑。熔融的覆蓋劑在表面張力作用下,在鎂熔體表面形成一層連續的有一定厚度的致密的覆蓋層,隔絕空氣和水氣,防止鎂的氧化,抑制鎂的燃燒。

  鎂合金熔體中的氧化夾雜物、熔劑夾渣和氣體溶解度比鋁合金熔體的高得多。因此,為獲得高品質的熔體,必須對其進行精煉凈化,起凈化作用的物質被稱為精煉劑。它對鎂熔體起精煉凈化作用,對夾雜物應有良好的潤濕、吸附能力,并利用熔劑與鎂熔體的密度差,把金屬夾雜物隨同熔劑自熔體中排除。由此可見,熔劑應具有如下的性質:熔點低于鎂及鎂合金的;有足夠高的流動性和表面張力;有一定的粘滯性;潤濕坩堝和爐體;有精煉凈化能力;在700℃~800℃的密度比鎂合金的高;與鎂合金及爐壁不發生化學反應。同時,還必須滿足以下要求:

  能夠減少或防止鎂熔體表面氧化與燃燒;

  易與鎂熔體分離,能有效地去除熔體中的氧化物、氮化物等;

  不含對熔體有害的夾雜物與元素;

  對環境友好,原料損耗低;

  原料來源廣,價格合理,不會明顯提高產品的成品。

  當前應用的鎂合金熔劑大都是堿土金屬氯化物和氟化物如MgCl2、KCl、BaCl2、CAF2、MgO、CaCl2的混合鹽。一般來說,以MgCl2為主要成分的熔劑用于Mg-Al-Zn、Mg-Mn和Mg-Zn-Zr系合金的熔煉,而對于含有Ca、La、Ce、Nd、Th等元素的合金,應用不含MgCl2的專用熔劑。

  在鎂合金熔煉過程中還使用硫磺、硼酸HBO3、氟化物(NH4BF4、NH4HF、NH4F)和烷基磺酸鈉RSONa以防止鎂熔體在澆鑄和充型時的氧化和燃燒。硫與鎂熔體接觸時形成SO2保護氣體,沸點為444.6℃,另外鎂可與硫生成MgS膜,減緩熔體氧化。硼酸受熱脫水生成B2O3,與Mg反應生成致密的Mg3B2保護膜。氟化物與鎂接觸后分解出HF和NH3等保護氣體,不過這些氣體有毒,且有強腐蝕性,因此現在多RSONa,可與鎂反應生成SO2和CO2,并能與鎂生成MgS致密保護膜。 

       來源:中國有色網  作者:王祝堂



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