一种适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法技术

本发明专利技术提供了一种适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法，包括将镁及镁合金置于密闭环境中进行熔炼与铸造，所述密闭环境中填充有与镁及镁合金熔体不产生化学反应的惰性气体，或者填充有与镁及镁合金熔体产生化学反应但反应速率较低的气体。与目前镁及镁合金熔炼保护方法相比，将镁合金放置在低氧的环境箱中熔炼与铸造，可以更好的实现镁合金熔体保护，有效的减少镁及镁合金在熔炼过程中产生的氧化夹杂、熔剂夹渣、有害气体等，有效的减少镁及镁合金铸造过程中的氧化夹杂，提高铸件的内部质量和批量稳定性。

A method suitable for melting and casting of magnesium and its alloys

【技术实现步骤摘要】
一种适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法
本专利技术属于镁合金冶金
，具体地，涉及一种适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法。
技术介绍
镁合金具有比重轻、比强度和比刚度高的特性，在节能减排方面具有重要作用。随着人们对能源和环境的日益关注，作为轻量化材料，镁合金的应用正受到前所未有的重视。然而，镁及镁合金与氧气的亲和力高、生成的氧化镁结构疏松，高温下镁熔体会发生严重的氧化、燃烧。因此，镁合金熔炼与铸造时都需要进行熔剂或者气体保护。虽然目前在熔炼过程中，能够对镁合金熔体进行有效的保护，但在铸造过程中则很难全面的对镁合金熔体进行保护。一旦镁合金熔体被氧化，就会形成氧化夹杂，氧化夹杂的存在将严重降低镁合金铸件的力学和耐腐蚀性能，导致铸件失效。因此，如何有效的防止镁及镁合金熔体在熔炼和铸造过程的氧化是镁合金铸件推广应用的基础，必须有效的解决。为了解决镁合金熔体阻燃保护问题，研究人员先后开发了熔剂保护法、气体保护法、合金化阻燃法、真空熔炼法等，然而这些保护方法都存在各自的缺点，无法大规模推广应用。熔剂保护法的特点是工艺和设备检点、成本低，对镁合金有精炼作用，但是熔剂在使用过程中产生有害气体、熔剂易混入镁合金中形成熔剂夹杂，降低镁合金的力学性能和耐腐蚀性能等。熔剂保护法只能在镁合金熔炼阶段实施，在铸造过程中无法进行。气体保护法是目前规模生产中广泛应用的保护方法，其中最常见的保护气体是SF6，然而SF6气体属于温室效应气体，其全球变暖潜能(GWP)是CO2的23900倍，是《联合国气候框架公约》和《京都议定书》重点限制和取缔的对象。气体保护法在镁合金熔炼与熔体处理时比较有效，但在铸造过程中保护镁合金熔体作用有限，目前尚没有一个有效的方法，能够快速高效的将保护气体在熔体充型之前填充到铸造型腔中去。合金元素在提高镁合金燃点的同时，也改变了镁合金的成分和显微组织，降低了合金的力学性能。真空熔炼法，真空熔炼镁合金装置复杂且镁合金熔炼量较小，不适合工业规模生产。因此，目前迫切需要寻找一种保护效果较好、不存在明显负面影响的镁合金熔体保护技术，能够在镁合金熔炼和铸造两个阶段都能够很好的保护镁合金熔体。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法。以减少镁及镁合金在熔炼与铸造过程中产生的氧化夹杂、熔剂夹渣、有害气体等，达到提升镁合金熔体的纯净度和镁合金铸件的力学性能等目的。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供一种适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法，包括将镁及镁合金置于密闭环境中进行熔炼与铸造，所述密闭环境中填充有与镁及镁合金熔体不产生化学反应的惰性气体，或者填充有与镁及镁合金熔体产生化学反应但反应速率较低的气体。优选地，所述惰性气体包括氩气、氖气、氩气、氪气、氙气中的至少一种。优选地，所述与镁及镁合金熔体产生化学反应但反应速率较低的气体包括氮气、二氧化碳中的至少一种。优选地，所述密闭环境中还填充有少量氧气，所述氧气的含量小于5％。本专利技术提供一种适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法，具体而言，将镁及镁合金放置在一个充满工作气体的密闭箱体中进行熔化、熔体处理、铸造成型等工序，从而减少镁及镁合金在熔炼、铸造成型过程中的氧化。本方法提供一种密闭环境，使得其与外界大气的气流交换得到有效控制，密闭环境箱可以是具体的一个箱子，也可以是一个厂房。密闭环境里填充工作气体，这些气体可以是常温常压下不与镁及镁合金熔体发生化学反应的惰性气体，如氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等，也可以是常温常压下与镁及镁合金熔体发生化学反应但反应速率较低的气体，如氮气、二氧化碳气体等；工作气体中可以含有少量氧气(<5％)或者完全不含有氧气。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术通过减少镁及镁合金熔炼与铸造场所中的氧气含量，降低了镁及镁合金熔体与氧气反应的热力学驱动力，与常规大气环境相比，极大的降低了或者杜绝了镁及镁合金的氧化反应，从而有效的抑制了镁及镁合金在熔化、熔体处理及铸造成型过程中的氧化。本专利技术提供的镁合金熔体保护方法简单有效，避免了常规镁合金熔体保护方法的所有弊端。在实际执行过程中，只需对镁合金场所进行密封，用工作气体置换空气即可达到镁及镁合金熔体的有效保护，方法简单，一次投资长期有效，具有明显的经济效益。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为采用本专利技术方法将镁合金在CO2密封环境下熔化的实物图；图2为采用本专利技术方法将镁合金在CO2密封环境下浇铸的实物图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例提供一种适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法。适用范围：熔化1～5Kg小批量镁稀土合金(Mg-10Gd-3Y-Zr,wt.％)，将坩埚炉密封在手套箱中然后通入工作气体，形成一种适合镁合金熔炼与铸造的小型环境箱。具体方法如下：(1)在熔化之前对坩埚炉周边环境进行密封，形成一个密闭的环境箱空间，环境箱内的气体与周围大气隔绝；为了便于人工操作，可以在环境箱上安装一组或者多组操作手套，操作人员可以通过手套进行搅拌、精炼、浇注等工序。(2)通入工作气体，如二氧化碳，将空气从排出。(3)进行镁合金熔化、熔体处理、浇铸成形等操作，在整个过程中保持工作气体的通入，确保环境箱内的气体以工作气体为主(氧气含量<5％)。(4)在这样一个无氧或者氧含量较少的环境下，镁合金熔体获得了很好的保护，没有发现镁合金熔体氧化燃烧的现象，浇铸后铸件内部质量良好。图1和图2分别为镁合金熔炼过程与浇铸过程照片：熔炼过程没有产生肉眼可见的氧化点，浇铸过程也没有发生氧化燃烧现象。实施例2本实施例提供一种适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法。适用范围：熔化500千克AZ91D镁合金，将整个熔炼与铸造车间进行密封处理然后通入工作气体，形成一种适合镁合金熔炼与铸造的生产车间。具体方法如下：(1)在熔化之前对车间进行密封，形成一个密闭的熔炼车间空间，熔炼车间内的气体与外部大气隔离。(2)通入工作气体，如氮气，将空气从排出。(3)当熔炼车间中的氧气含量<5％时，即可开始对镁合金熔体进行加热升温，同时继续通入工作气体以降低熔炼与铸造车间中氧化含量；镁合金熔化、熔体处理、浇铸成形等操作过程中，熔炼与铸造车间中氧气含量低于1％。(4)在这样一个氧含量较低的环境下，镁合金熔体获得了很好的保护，没有发现镁合金熔体发生氧化燃烧的现象，浇铸后铸件内部质量与常规铸造相比有显著改善。由于熔炼车间中氧气含量极低，不适合人工操作，可以通过机械自动化操作完成整个熔炼铸造过程。检修时，工程师可以配戴氧气瓶进入工作场所。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法，其特征在于，包括将镁及镁合金置于密闭环境中进行熔炼与铸造，所述密闭环境中填充有与镁及镁合金熔体不产生化学反应的惰性气体，或者填充有与镁及镁合金熔体产生化学反应但反应速率较低的气体。

【技术特征摘要】
1.一种适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法，其特征在于，包括将镁及镁合金置于密闭环境中进行熔炼与铸造，所述密闭环境中填充有与镁及镁合金熔体不产生化学反应的惰性气体，或者填充有与镁及镁合金熔体产生化学反应但反应速率较低的气体。2.根据权利要求1所述的适合镁及镁合金熔炼与铸造的方法，其特征在于，所述惰性气体包括氩气、...

【专利技术属性】
技术研发人员：付彭怀，彭立明，王科，王迎新，丁文江，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海轻合金精密成型国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31