新型镁合金覆盖剂熔体物性的研究

熔体能更好地在金属表面摊开， 因此具有更好的覆 盖效果。图 ! 和图 & 分别是熔体的表面张力和粘度 随温度的变化趋势图， 从图 ! 中可以看出，5$6%2%$# 的表面张力最小， &’()’’ 的表面张力次之， 两者的 趋势线也较为接近。但从图 & 中的粘度变化趋势图 中可以看出，&’()’’ 的粘度最小， 并且远小于 5$4 就铺展性这一方面来说，&’4 6%2%$# 的粘度。因此， ()’’ 的性能最好。
熔剂代号 23-! /$0&1&$( /$0&1&$# （ , 9 ;） 密度值 （ " 9 :; ’） 表面张力 * ) $"+ * ) *!& * ) *$( (+ ) )$ *"* ) +$ (" ) $& 粘度 ;<&) 1 ) ) $" *" ) !$ + ) $"
% % 通过对以上配方的 ’ 种熔体物性比较和分析可 以看出： 23-! 熔剂的粘度最小， 但是密度和表面张力 值都较大；/$0&1&$( 的密度值最小， 但是其表面张力 表面张力及粘度 和粘度最大； 只有 /$0&1&$# 的密度、 值都比较小， 而且表面张力最小， 能更好地符合镁合 金覆盖剂性能的要求。因此， 这 ’ 个配方中， /$0&1&$# 的综合性能最好。另外， 这 ’ 种配方的一个明显的 共同点就是 !"#$! 的含量较高 （ 都在 #" 4 以上） ， 这 是本试验所需要解决的问题之一。 % % ! ) 几种新型覆盖剂熔体的物性 % % 在新设计的熔剂配方中， !"#$! 仍为镁合金熔 剂的主要组元。试验表明， 液态 !"#$! 具有很好的 覆盖效果，对镁液中的 !"+ 及 !"’ ,! 等夹杂物有 良好的润湿能力， 并能与 !"+ 形成 !"#$! ・ $ !"+ 复合化合物， 因而具有较强的去除氧化夹杂能力， 是 必不可少的组元。但试验研究表明，!"#$! 可与 2/ 等合金元素反应而造成损耗， 为了避免这一问题， 在 新设计的熔剂中试图减少其用量。 %#$ 与 ,&#$ 是 镁合金熔剂中另一些重要的组元， 故在新成分中只
!""# ・$ ・!"#$% &%’#( )(#*$(*% +, -
万方数据
中国基础科学・研究进展
于合金液的密度， 以保证熔剂质点由合金液中沉淀 或上浮； !不与镁及合金的组分起化学反应； " 不与 炉子材料起化学反应。 % % 现有的镁合金覆盖熔剂主要是由 !"#$! 、 %#$、 #&’! 、 (&#$! 等氯盐和氟盐的混合物组成。通过选择 合适的几种盐按一定比例混合， 能使熔剂的熔点、 密 度、 粘度及表面性能较好地满足覆盖剂的使用要求。 % % ! ) 覆盖剂主要组元的确定 % % 根据文献以及探索性试验， 本文确定了新熔剂 的备选组元及其特性。 % % !"#$! 通常含有 & 个结晶水— — —!"#$! ・& *! +， 加热时会去 ! 个结晶水， 成为 !"#$! ・# *! +， 它可发 生水解反应， 生成 !"+ 及 *#$。高温下 !"#$! 还能 部分与大气中的 +! 及 *! + 等反应， 在镁液表面形成 *#$ 及 #$! 保 护 气 氛， 阻 缓 了 镁 液 的 氧 化。 液 态 !"#$! 对镁液中的 !"+、 !"’ ,! 等夹杂物有良好的 湿润能力， 并能与 !"+ 形成 !"#$! ・$ !"+ 复合化 合物， 因而具有较强的去除氧化夹杂能力。这些性 质决定了 !"#$! 是镁合金覆盖剂的基本组元。 % % %#$ 与 ,&#$ 一 直 是 镁 合 金 熔 剂 !"#$! -%#$,&#$ 三元系中不可缺少的， 其主要作用是为了降低 熔剂熔点。此外， %#$ 还可以提高熔剂的稳定性， 抑 制 !"#$! 加热脱水后的水解过程 （ 部分转化为 !"+ 和 *#$） ， 减少 !"#$! 在脱水操作时的损失。 % % (&#$! 的密度大， 可作为熔剂的加重剂， 以增大 熔剂与镁熔液之间的密度差， 使熔剂与镁熔液更容 易分离。(&#$! 的熔点为 (&" . ， 粘度较大， 加到熔剂 中也能加大熔剂的粘度。 % % #&’! 可用来提高熔剂的粘度和精炼性能， 使熔 剂与合金液有好的分离性。 % % !"+ 可用作熔剂的稠化剂， 以提高熔剂的粘度。 % % 无机化合物添加剂加入到覆盖剂中， 在镁合金 熔炼温度下， 可持续地释放出对镁液具有保护作用 的气体， 并使覆盖剂呈多孔状， 不易下沉， 减少了覆 盖剂的使用量， 同时释放的保护气体稀释了 *#$ 等 有害气体并防止了氧气的侵入， 达到减少公害和保 护合金液的目的。添加剂加入覆盖剂后增加了其比 表面积， 从而也提高了熔剂吸附氧化夹杂的能力。 % % ’ ) 新型覆盖剂熔体配方的设计 % % 本实验设计和制备了 ) 种配方来研制新的镁合 金覆盖熔剂， 包括德国的 /$0&1&$(、 /$0&1&$#、 国内通 用的 ! 号熔剂 （ 23-! ） ， 其他为本研究设计配方， 具体 实验熔剂成分见表 * 。
万方数据
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是调整了它们之间的比例。另外试验加入了 !"#$、 #%#$! 等辅助成分和起发泡作用的无机化合物添加 剂， 表 & 所 示 为 新 型 覆 盖 剂 熔 体 物 性 的 测 定 结 果。 由表中数据可以看出， &’()’’ 的密度、 粘度和表面 张力值最小， 因此在新配方中 &’()’’ 的综合性能 应最好。 表 !" #!$ * 下新配方覆盖剂的熔体物性
［ &! ］ % % 理想的镁及其合金覆盖剂的性质应当具有 ：
携式电子、 家用电器的飞速发展大大促进了镁合金 的发展和开发应用， 特别在汽车运输业， 镁合金的应
［$， )］ 用市场潜力巨大 。
% % 但是， 镁的极易氧化燃烧的性质造成了镁合金 铸件的废 品 率 高， 材 料 损 耗 大， 铸件性能低而不稳 定， 生产设备投资大。因此， 合金液的防氧化熔炼技
［(， #］ 前途的结构材料之一 。汽车轻量化、 通讯业、 便
一、 镁合金覆盖剂的基本成分设计
% % & - 镁合金熔剂的作用及其性能要求 % % 镁合金熔剂有两种作用： 熔融的熔 ! 覆盖作用， 剂借助表面张力的作用， 在镁熔液表面形成一连续、 完整的覆盖层， 隔绝空气， 阻止 5. 与 4! 及 7! 4 发 生反应。"精炼作用， 熔融的熔剂对非金属夹杂物 具有良好的润湿、 吸附能力， 并利用熔剂与金属的密 度差， 把金属夹杂物随同熔剂自熔液中排除。
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济南大学・吉蕾蕾 % 耿浩然 % 王 % 瑞 山东大学・孙春静
摘% 要% 本文研究了传统的 !"#! 号熔剂及德 国 $%&’(’%)、 $%&’(’%* 三种配方的镁合金覆盖 熔剂 的 物 理 性 能， 包 括 粘 度、 密度和表面张 力。通过对这些物理性能的检测和分析， 不 断调整覆盖剂主要成分间的比例， 同时加入 *’*%! 和无机化合物等辅助成分， 最 了 +,*%、 终研制出一种新型的镁合金覆盖熔剂， 更好 地满足了镁合金熔炼的需求。 关键词： 镁合金 % 覆盖熔剂 % 粘度 % 密度 % 表面张力
熔剂号 23-! /$0&1&$( /$0&1&$# !2’*2
表 !" 试验所用覆盖熔剂的化学成分（ 4 ）
!"#$! %#$ #$ #" #& *" *" !" ’" ’) !" ## !" ’" #$ #! ,&#$ #&’! #&#$! !"+ + #" ) ’" !" *’ *" ’" ’" *$ *" ’ *" *" ) + # 无机 56#$ (&#$! 化合物 &
% % 镁是地壳中含量最丰富的元素之一。它是常用 的金属结构材料中最轻的一种， 其密度约为 & - ’ . /
!］ 01( ， 是铝的 & / ( ［&， 。镁合金具有良好的铸造性能、
表面张力等物理性能， 从而考察现有覆盖剂的特性 并加以改进， 以研制更好的镁合金熔炼覆盖熔剂。
优良的电磁屏蔽性及散热性等优点， 被认为是最有
三、 新型镁合金覆盖剂物性的综合评价
% % 新配方覆盖剂是在调整现有配方成分的基础上 得到的， 与现有配方不相同的一个方面是新的配方 中加入了无机物添加剂。在镁合金熔炼温度下， 该 无机物添加剂能持续地释放出对镁液具有保护作用 的气体， 并使覆盖剂呈多孔状， 不易下沉， 减少了覆 盖剂的使用量， 同时释放的保护气体稀释了 )#$ 等 有害气体并防止了氧气的侵入， 达到减少公害和保 护合 金 液 的 目 的。 在 新 配 方 &’()’’ 中 加 入 了 !"#$ 来代替密度较大的 #%#$! ， 与 ’34! 熔剂相比较， 各种物性都有了较大的改善。 % % 图 ( —图 & 分别是在 )*" * 、 ’&" * 、 ’*" * 三个 温度点下七种覆盖剂配方的熔体物性变化趋势图， 从图 ( 可以看出， 性能最好的 5$6%2%$# 和 &’()’’ 的密度折线距离较为接近， 而且其二者密度相近， 都 远小于镁合金， 因此易于在镁合金液中的上浮。 图 &" 熔体表面张力随温度的变化趋势图
［’］ 术是制约镁合金材料发展与应用的首要问题 。目
前镁合金一般采用以下两种方法进行熔炼保护： % % （ & ）气体保护法 % % 目前， 国内外对气体保护法研究较多， 实验了不 同的保护气体。国外铸造厂大多采用 23) 气体混合 装置， 已取得了良好的效果。但是这种方法使生产 成本增加较多， 而且 23) 是温室气体， 其温室效应是
［+］ *4! 的 !# *"" 倍 ， 不利于环保。
!熔点低于纯镁或镁合金的熔点； " 有足够小的表 面张力和粘度， 以便流动性好， 能在熔融的金属上形 成连续的覆盖膜； 以便熔剂能够在合金 #分离性好， 的浇注温度与金属分离， 防止熔剂进入铸型中； $有 较强的精炼能力， 即具有从合金液中吸附非金属夹 杂物的能力； 密度要大于或小 % 在约 ’"" —+"" 8 时，
% % （ ! ）熔剂覆盖保护法 % % 熔剂保护法即利用低熔点的化合物在较低的温 度下熔化成液态， 在镁合金液面铺开， 阻止镁液与空 气接触从而起到保护作用。该方法使用方便， 生产 成本低， 保护使用效果好， 适合于中小企业的生产特
［ * —&& ］ 点 。
% % 目前国内使用较为普遍的熔剂是以无水光卤石 （ 5.*%! #6*%） 为主， 再添加一些氟化物、 氯化物组成。 该类熔剂使用前要重熔脱水， 使用时由于熔剂的密 度比合金液大， 会逐渐下沉， 故需不断添加， 熔剂的 用量大； 同时， 精炼效果也不佳， 铸件常因熔剂夹杂 而报废； 而且， 使用过程中释放出大量有害气体， 污 染环境， 厂房严重锈蚀。因此， 研究新型的覆盖、 精 炼效果好且无公害的镁合金覆盖熔剂是一项重要课 题。本文研究的目的是通过测试熔体的密度、 粘度、
!2’*2$ !2’*2& !2’*2)
二、 镁合金覆盖剂熔体物性的测试及其分析
% % 本 实 验 中， 密 度、 表面张力和粘度测试采用
278-*" 型熔体物性综合测定仪。测试中： 根据阿基 米德原理， 采用已知体积和重量的重锤， 测定熔体的 密度； 采用拉环法测定熔体的表面张力； 采用旋转柱 体法测定熔体的粘度。通过对这 ’ 个参数的测试分 析来确定最佳的覆盖剂配方。 % % * ) 对现有几种覆盖剂的测试分析 % % 本实验首先对 23-! 和 /$0&1&$(、 /$0&1&$# 这 ’ 种 配方的密度、 表面张力和粘度进行了测试， )’" . 温 度熔体的试验结果如表 ! 所示。 表 #" 现有三种覆盖剂熔体的物性
熔剂代号 &’()’ &’()’$ &’()’) &’()’’ （ / , .） 密度值 （ + , -.& ） 表面张力 ( 1 !)* ( 1 $&! ( 1 &"( ( 1 !&$ ((( 1 *) (() 1 ’) ("( 1 $$ +’ 1 )’ 粘度 .0%1 2 (! 1 $" ’ 1 ’$ (! 1 ’$ ) 1 ’$