镁合金熔铸实用实用工艺特点和典型熔炼实用实用工艺

镁合金熔铸工艺特点及典型熔炼工艺

在熔炼镁合金过程中必须有效地防止金属的氧化或燃烧，可以通过在金属熔体表面撒熔剂或无熔剂工艺来实现•通常添加微量的金属铍和钙来提高镁熔体的抗氧化性•熔剂熔炼和无熔剂熔炼是镁合金熔炼与浇注过程的两大类基本工艺.1970年之前，熔炼镁合金主要是采用熔剂熔炼工艺•熔剂能去除镁中杂质并且能在镁合金熔体表面形成一层保护性薄膜，隔绝空气•然而熔剂膜隔绝空气的效果并不十分理想熔炼过程中氧化燃烧造成的镁损失还是比较大•此外，熔剂熔炼工艺还存在一些问题，一方面容易产生熔剂夹杂，导致铸件力学性能和耐蚀性下降,限制了镁合金的应用；另一方面熔剂与镁合金液反应生成腐蚀性烟气,破坏熔炼设备，恶化工作环境•为了提高熔化过程的安全性和减少镁合金液的氧化,20世纪70年代初出现了无熔剂熔炼工艺，在熔炼炉中采用六氟化硫(SF6)与氮气(N2)或干燥空气的混合保护气体，从而避免液面和空气接触•混合气体中SF6的含量要慎重选择.如果SF6 含量过高,会侵蚀坩锅降低其使用寿命；如果含量过低，则不能有效保护熔体•总的来说，无论是熔剂熔炼还是无熔剂熔炼，只要操作得当，都能较好地生产出优质铸造镁合金.

1熔炼保护工艺

(1)熔剂保护熔炼工艺

将熔体表面与氧气隔绝是安全地进行镁合金熔炼的最基本要求. 早期曾尝试采用气体保护系统，但效果并不理想•后来，人们开发了熔剂保护熔炼的工艺•镁合金用熔剂见表7.3•在熔炼过程中，必须避免坩锅中熔融炉料出现"搭桥"现象，将余下的炉料逐渐添加到坩锅内，保持合金熔体液面平稳上升，并将熔剂轻轻撒在熔体表面.

每种镁合金都有各自的专用熔剂，必须严格遵守供应商规定的熔剂使用指南.在熔化过程中，必须防止炉料局部过热.采用熔体氯化工艺熔炼镁合金时，必须采取有效措施收集CI2.在浇注前,要对熔体仔细撇渣，去氧化物,特别是影响抗蚀性的氯化物.浇注后通常将硫粉撒在熔体表面以减轻其在凝固过程中的氧化.

(2)无熔剂保护工艺

压铸技术中采用熔剂熔炼工艺会带来一些操作上的困难，特别是在热压室压铸中，这种困难更加严重.同时，熔剂夹杂是镁合金铸件最

常见的缺陷，严重影响铸件的力学性能和耐蚀性，大大阻碍了镁合金的广泛应用.20世纪70年代初，无熔剂熔炼工艺的开发成功是镁合金应用领域中的一个重要突破，对镁合金工业的发展有着革命性的意义.

1)气体保护机理

如上所述纯净的N2,Ar,Ne等惰性气体虽然能对镁及其合金熔体起到一定的阻燃和保护作用，但效果并不理想.N2易与镁反应，生成

Mg3N2 粉状化合物，结构疏松,不能阻止反应的进行.Ar和Ne等惰性气体虽然与Mg不反应，但无法阻止镁的蒸发.

大量试验研究表明，CO2,SO2,SF6等气体对镁及其合金熔体可以起

到良好的保护作用，其中以SF6的效果最佳.

熔体在干燥纯净的CO2中氧化速度很低•高温下CO2与镁的化学反应方程式为

2Mg(L)+CO2=2 MgO(S)+C

反应产物为无定型碳，它可以填充与氧化膜的间隙处，提高熔体表面氧化膜的致密性，此外还能强烈地抑制镁离子透过表面膜的扩散运动，从而抑制镁的氧化.

SO2与镁的化学反应方程式为

3Mg(L)+SO2=2 MgO(S)+ MgS(S)

反应产物在熔体表面形成一薄层较致密的MgS/ MgO 复合膜, 可以抑制镁的氧化.20世纪70年代,SF6的保护效果没有得到认可前人们广泛采用SO2气体来抑制镁合金的氧化与燃烧.

SF6是一种人工制备的无毒气体，相对分子质量为164.1,密度是空气的4倍，发生化学反应可能产生有毒气体，在常温下及其稳定.含SF6的混合气体与镁可以发生一系列的复杂反应.

2Mg(L)+O2=2 MgO(S)

2Mg(L)+O2+SF6=2 MgF2(S)+ SO2+ F2

2MgO(S)+SF6=2 Mg F2(S)+ SO2+ F2

MgF2的致密度高，它与MgO —起可形成连续致密的氧化膜，对熔体起到良好的保护作用•应当注意的是采用含SF6保护气氛时，一定不能含有水蒸气，否则水分的存在会大大加剧镁的氧化，还会产生有毒的HF气体.

然而，各种气体对镁合金熔体的保护效果可能与合金系有

关.M.H.Kim等开展了保护性气体对Mg-Ca系合金熔体氧化特性影响的研究，发现Ar,N2,和CO2三种气体中N2的保护效果最好•流速较小

时,CO2与镁合金熔体反应生成的氧化层具有双层多孔性结构，表层富碳，内层富氧，不能抑制Mg-Ca系合金熔体的氧化与燃烧•显

然,Kim与其他人的研究结果相悖.

2)SF6保护气氛

目前，人们在镁合金熔炼与生产过程中广泛采用SF6保护气

氛.SF6保护气氛是一种非常有效的保护气氛，能显著降低熔炼损耗，在铸锭生产行业和压铸工业中得到普遍应用•实验研究表明，含

0.01vol.%SF6的混合气体可有效地保护熔体，但实际操作中，为了补

充SF6与熔体反应与泄漏造成的损耗,SF6的浓度要高些•在配置混合气体时，一般应采用多管道，多出口分配，尽量接近液面且分配均匀，并

且需要定期检查管道是否堵塞和腐蚀•采用SF6保护气氛熔炼合金时, 应尽可能提高浇注温度，熔体液面高度和给料速度的稳定性，以避免破坏液面上方SF6气体的浓度•此外要注意保护气体与坩锅发生反应，否则

反应产物(FeF3,Fe2O3)将与镁发生剧烈反应.

SF6保护气氛主要有两种，一种时干燥空气与SF6的混合物，另一

种时干燥空气与CO2和SF6的混合物.SF6保护气氛中SF6浓度较低(1.7〜2)vol.%,且无毒无味.压铸温度比较低，且金属熔体密封性

好,SF6浓度较低的空气混合物就可以提供保护（通常小于0.25 vol%）. 在熔剂熔炼工艺中，细小的金属颗粒会陷入坩锅底部的熔渣中而难以回