专利名称：镁合金的熔炼方法
技术领域：
本发明涉及用于制造要求汽车零件、家电制品等轻型化并可再循环的制品的镁合金铸造前的熔炼方法，更详细地说，本发明涉及未必高纯度、高质量的镁合金材料的熔炼，净化及其熔液用于铸造场合的镁合金的熔炼方法。
在汽车业，由于燃料费上升，有必要轻型化，在家电制品等方面，由于要改进携带性，也有必要轻型化，因此轻型材料的需求高涨，可以使用树脂材料和轻型金属材料。可是，由于树脂材料一般再循环困难，在地球环境保护方面存在问题，由于金属材料一般容易再循环，家电制品的外壳、汽车的各种外壳零件等的制造材料从树脂材料向镁系材料、铝系材料等轻金属转变，特别是在轻薄短小的趋势中，具有作为金属的刚性，但在实用的轻金属中密度最小的轻型镁系材料受到注目，作为汽车或携带式家电制品用材料相继被采用。
以前，在铸造前的镁合金的熔炼中，所熔炼的合金粗锭以高纯度、高质量为前提，仅强调以SF6气体等保护的保护气氛下的熔炼等、安全管理技术方面。另外，为避免混入杂质，由浇道、粗锭等产生的合金废料在车间内不进行返回铸造。
可是，随着最近的镁合金制品、零件需要的增加，新的合金粗锭制造厂加入，为降低成本有必要将由浇道、粗锭等产生的合金废料在车间内再循环，由于为制成耐蠕变性镁合金而采用添加易氧化的钙、稀土类元素和/或硅的合金等，产生了不能遵守所熔炼的合金高纯度、高质量前提的状况。
由新合金粗锭制造厂可廉价得到的合金粗锭的问题点是合金成分的超规格(スペックァゥト)和熔剂的混入，由浇道、粗锭等产生的合金废料的再熔炼问题点是氧化物和脱模剂等夹杂物的混入，抗蠕变性镁合金的熔炼中的问题点是钙、稀土类元素和/或硅的氧化物的混入。为了解决这些问题点，以前，合金粗锭制造厂或再生产者用熔剂，进行分离，去除，其结果产生成本问题。
本发明是鉴于这些现有技术存在的问题而完成的，由于不产生上述成本问题，本发明可使用由新合金粗锭制造厂廉价得到的合金粗锭和由浇道、粗锭等产生的合金废料以及含有钙、稀土类元素和/或硅的氧化物的合金等，并提供铸造前镁合金的熔炼方法。
本发明人等为完成上述课题而反复进行各种研究的结果发现，在将镁合金连续装入熔炼炉(ポット)中熔炼的场合，使镁合金熔液的全部保持量为最大并在熔炼炉中停留30分钟以上，希望60分钟以上，使含在熔液中并担心混入合金中的某些熔剂、氧化物、夹杂物移动到熔液的上部或下部，其结果将中部的镁合金熔液净化，将其净化的熔液移入其它熔炼炉中并维持熔液状态可进行连续铸造，这样完成了本发明。
也就是说，本发明的镁合金的熔炼方法，是铸造前的镁合金的熔炼方法，其特征在于，使用二个以上的熔炼炉，或者使用一个将炉内间隔成二个以上室那样的几个部分的熔炼炉，在二个以上的熔炼炉内的第一个熔炼炉内或在二个以上室内的第一个室内熔炼镁合金，将其熔液在第一熔炼炉内或在第一室中停留30分钟以上，使担心混入合金中的某些熔剂、氧化物、夹杂物移动到熔液的上部或下部，使净化的中部熔液移入第二熔炼炉或第二室中并维持熔液状态。
另外，本发明镁合金的熔炼方法是关于铸造前的镁合金的熔炼方法，其特征在于使用二个以上的熔炼炉或使用一个将炉内间隔成二个以上室那样的几个部分的熔炼炉，在二个以上的熔炼炉内的第一个熔炼炉中或在二个以上室内的第一室中熔炼镁合金，在其第一熔炼炉中或在第一室中的熔液中吹入净化气体且使该熔液在第一熔炼炉中或在第一室中停留15分钟以上，使担心混入合金中的某些熔剂、氧化物、夹杂物移动到熔液的上部或下部，使净化的中部镁合金熔液移入第二熔炼炉中或第二室中并维持熔液状态。
再者，本发明镁合金的熔炼方法是关于铸造前的镁合金的熔炼的方法，其特征在于，使用三个熔炼炉，或使用一个将炉内间隔成三个室那样的几个部分的熔炼炉，在三个熔炼炉内的第一个熔炼炉中或在三个室内的第一个室中熔炼镁合金，将其熔液在第一个熔炼炉中或在第一室中停留规定的时间，使担心混入合金中的某些熔剂、氧化物、夹杂物的一部分或大部分移动到熔液的上部或下部，接着使其中部的熔液移入第二熔炼炉或第二室中，在第二熔炼炉中或第二室中的熔液中吹入净化气体且滞留规定时间，使担心混入合金中的某些熔剂、氧化物、夹杂物移动到熔液的上部或下部，在该场合，在第一熔炼炉中或在第一室中的停留时间和在第二熔炼炉中或在第二室中的停留时间的2倍合计为30分钟以上，其后使其净化的中部的熔液多入第三熔炼炉中或第三室中并维持熔液状态。
图1是在实施例1中使用的、将炉内间隔成二个室那样的几个部分的熔炼炉的概略剖面图。图2是比较例1使用的熔炼炉的概略剖面图。图3是实施例2使用的、将炉内间隔成二个室那样的几个部分的、并设置可使氩细小冒泡的多孔板的熔炼炉的概略剖面图。
以下详细说明本发明镁合金熔炼方法的各种实施形式。
本发明镁合金的熔炼方法是铸造前实施的方法，即，本发明意图是将以本发明熔炼方法熔炼得到的熔液照原样用于铸造。
在本发明的镁合金熔炼方法的第一形式中，使用二个以上的熔炼炉，或者使用一个将炉内间隔成二个以上室那样的几个部分的熔炼炉。在其二个以上熔炼炉中的第一熔炼炉中或二个以上室内的第一室中熔炼镁合金，将其熔液在第一熔炼炉中或在第一室中停留30分钟以上，希望60分钟以上。
在该停留期间，使含在熔液中且担心混入合金中的某些熔剂、氧化物、夹杂物移动到熔液的上部(通常距表面100mm以内)或下部(通常距底面100mm以内)，其结果使中部的镁合金熔液净化。该熔剂的移动、中部的净化通过测定熔液中的氯含量来判定。
还有，在该停留期间，如将熔液在减压下保持，从熔液中产生的气体与熔液中的氧化物、脱模剂等夹杂物一起上浮，由于容易分离，因此是理想的。关于将熔液在减压下保持时的溶液温度，可与通常铸造时的熔液温度相同。熔液温度在600℃以下的场合，从熔液中产生的气体上浮不完全，另外，熔液温度在700℃以上的场合，在返回大气压时存在易于燃烧的问题，因此熔液温度在600-700℃之间是希望的，从安全性方面出发在600-650℃之间是更希望的。
关于熔液在减压下保持时减压的程度，以充分的速度从熔液中产生使熔液中的氧化物、脱模剂等夹杂物伴随上浮的充分量的气体的程度的减压是理想的，一般保持50托以下的减压是理想的。由于这样的处理，一般随着熔液流动性的提高，熔液中的包藏气体减少，其结果也达到起因于包藏气体的铸造缺陷减少的效果。
接着将该净化的中部的镁合金熔液移入第二熔炼炉或第二室中并维持熔液状态。关于该熔液状态的温度可与通常铸造时的熔液温度相同。可是，将熔液温度维持在600-700℃且作为保护气体使用含SF6气体或SO2气体的气体是理想的。将该第二熔炼炉中或第二室中的熔液净化，另外，由于成为适合铸造的熔液状态，可照原样用于铸造。
关于本发明镁合金熔炼方法的第二形式，替代将上述第一形式中那样的镁合金熔液在第一熔炼炉中或在第一室中停留30分钟以上，希望60分钟以上，在第一熔炼炉中或在第一室中的镁合金熔液中，例如在距底面50mm的位置，将净化气体，如Ar、He、Ne、SF6、CO2、SO2和N2气，或这些气体与干燥空气的混合气体边细小冒泡边吹入，且由于使熔液停留15分钟以上可使熔液中的熔剂、氧化物、脱模剂等夹杂物上浮。这样将净化气体吹入15分钟的场合，可得到与不吹入净化气体而停留60分的场合同等的效果。
在熔液中吹入气体时的熔液温度与通常铸造时的熔液温度相同，在600-700℃之间是希望的，在600-650℃之间是更希望的。
接着将该净化的中部镁合金熔液移到第二熔炼炉或第二室中并维持熔液状态。该熔液状态的温度可与通常铸造时的熔液温度相同。可是，将熔液温度维持在600-700℃，且作为保护气体使用含SF6气体或SO2气体的气体是理想的。将第二熔炼炉中或在第二室中的熔液净化，另外，由于成为适合铸造的熔液状态，可照原样用于铸造。
关于本发明镁合金熔炼方法的第三形式，替代将上述第一形式中那样的镁合金熔液在第一熔炼炉中或在第一室中停留30分钟以上，希望60分钟以上，可进行下述处理。使用三个熔炼炉，或使用一个将炉内间隔成三个室那样的几个部分的熔炼炉。在其三个熔炼炉中的第一熔炼炉中或在三个室的第一室中熔炼镁合金，将其熔液在第一熔炼炉中或在第一室中停留规定的时间。
在该停留期间，在熔液中含有的且担心混入合金中的某些熔剂、氧化物、夹杂物的一部分或大部分移动到熔液上部(通常距表面100mm以内)或下部(通常距底面100mm以内)，其结果使中间部分的镁合金熔液相当净化。
还有，在该停留期间，与上述本发明的第一形式的场合相同，在减压下将熔液保持是理想的。另外，在减压下熔液保持时的熔液温度和减压的程度也与上述本发明的第一形式的场合相同。
接着将该相当净化的中部的镁合金熔液移到第二熔炼炉或第二室中。在该第二熔炼炉中或第二室中的镁合金熔液中，例如距底面50mm的位置，将净化气体，例如Ar、He、Ne、SF6、CO2、SO2和N2气，或这些体与干燥空气的混合气体边细小冒泡边吹入，且由于使熔液停留规定时间，熔液中的熔剂、氧化物、脱模剂等夹杂物可完全上浮。在该场合，在第一熔炼炉中或在第一室中的停留时间与在第二熔炼炉中或在第二室中的停留时间的2倍合计为30分钟以上，希望为60分钟以上。还有，将气体吹入熔液中时的熔液温度与上述本发明第二形式的场合相同。
接着将该净化的中部的镁合金熔液移入第三熔炼炉或第三室中并维持熔液状态。该熔液状态的温度可与通常铸造时的熔液温度相同。可是，将熔液温度维持在600-700℃，且作为保护气体使用含SF6气体或SO2气体的气体是理想的。将该第二熔炼炉中或第二室中的熔液净化，另外，由于成为适合铸造的熔液状态，可照原样用于铸造。
在含有合金成分钙、稀土类元素和/或硅的镁合金中，由于这些元素易于氧化，有必要将生成的氧化物适当分离、除去，在规格外的场合有必要添加。另外，从新合金粗锭制造厂可廉价得到的合金中，对耐蚀性有恶劣影响的过渡金属杂质的量即使在规格内，为主要元素的铝、锌、锰也有存在不足的情况。在这些场合有必要追打添加不足的合金元素，伴随这些合金元素的添加，往往发生氧化物的生成和夹杂物的混入。因而，在上述第一熔炼炉中或第一室中的熔剂、氧化物、夹杂物的分离操作的同时，或在第一熔炼炉中或第一室中，或在第二熔炼炉中或第二室中的熔剂、氧化物、夹杂物的分离操作的同时，有必要添加合金元素并进行成分调整。
本发明的镁合金的熔炼方法特别适合得到含有ⅰ)选自铝和锌的至少一种1～15重量％，ⅱ选自稀土类元素、钇、钪和锶的至少一种0.2-5重量％，钙0.02-5重量％和硅0.2-10重量％构成的组中的至少一种，和ⅲ)锰1.5重量％以下，余量镁和不可避免的杂质构成的镁合金熔液。
另外，本发明还包括用由上述镁合金的熔炼方法得到的熔液制造的镁合金铸件。
以汽车零件、家电制品为中心的广泛产业界希望的镁制品铸造之时，由于在铸造前实施本发明的镁合金熔炼方法，使用从新合金粗锭制造厂可廉价得到的合金粗锭、或由浇道、粗锭等产生的合金废料或含有钙、稀土类元素和/或硅的氧化物的合金等，铸造更廉价的高质量的镁制品成为可能。
以下基于实施例和比较例具体地说明本发明和由本发明获得的效果。
实施列1和比较例1使用一个如图1所示的将炉内间隔成二个室那样的几个部分的熔炼炉来实施实施例1，使用一个如图2所示那样的没有间隔板的熔炼炉来实施比较例1。图1炉和图2炉的熔炼能力均为300kg/h，熔炼容量均为1000kg。在图1的炉和图2的炉中分别熔炼残存熔剂的镁合金粗锭AZ91(Mg-9Al-0.7Zn-0.2Mn)1000kg。该粗锭中起因于熔剂的氯含量平均为8ppm。
镁合金粗锭完全熔化后，再保持10分钟，此后以压铸周期1分，1次铸造量5kg连续铸造。另一方面，每隔2分钟在熔炼炉中装入10kg镁合金粗锭。
关于实施例1，在铸造开始10分钟后、20分钟后和60分钟后在图1所示的取样位置1和取样位置2的二个位置取分析试样，关于比较例1，在图2所示的取样位置1的一个位置取分析试样。这些试样的氯含量示于表1。
表1
从表1数据可清楚看出，由于实施本发明镁合金的熔炼方法(实施例1炉的取样位置2)，可获得高纯度高质量的镁合金熔液。
实施例2在本实施例中，设置如图3所示将炉内间隔成二个室样的几个部分的间隔板，使用一个在距熔炼炉部分的底50mm位置设置使氩气可细小冒泡的多孔板的熔炼炉。炉的熔炼能力为300kg/h，熔炼容量为1000kg。在炉中熔炼残存熔剂的镁合金粗锭AZ91(Mg-9Al-0.7Zn-0.2Mn)1000kg。在该粗锭中起因于熔剂的氯含量平均为8ppm。另外，使氩气从该多孔板以每分钟1升的量细小冒泡。
将镁合金粗锭完全熔化后，再保持10分钟，其后以压铸周期1分，1次铸造量5kg连续铸造，另一方面，每隔2分钟在熔炼炉中装入10kg镁合金粗锭。
铸造开始10分钟后、20分钟后和60分钟后，在图3所示的取样位置1和取样位置2的二个位置取分析试样。这些试样的氯含量示于表2。
表2
由表2数据可清楚看出，由于实施伴随吹入净化气体的本发明镁合金的熔炼方法(实施例2炉的取样位置2)，可更有效地除去熔剂。
实施例3使用与实施例1中使用的熔炼炉相同的熔炼炉，熔炼取代镁合金粗锭AZ91的AM50(Mg-5Al-0.2Mn)。在其熔炼炉部分在熔液中添加钙含量为2％量的钙和稀土类元素含量为2％量的镁一混合稀土金属母合金。该添加时带入的氧化物等夹杂物在熔炼炉部分被分离，可获得希望组成的高纯度高质量的镁合金熔液，可使用该熔液进行铸造。
实施例4使用与实施例1中使用的熔炼炉相同熔炼炉，熔炼取代镁合金粗锭AZ91的AM50(Mg-5Al-0.2Mn)。在其熔炼炉部分在熔液中添加(1)钙含量为2％量的钙，(2)稀土类元素含量为2％量的镁一混合稀土金属母合金或(3)硅含量为2％量的硅。这些添加物的任一种都易于氧化，生成的氧化物等夹杂物在熔炼炉部分被分离，可获得希望组成的高纯度高质量的镁合金熔液，可用该熔液进行铸造。
实施例5由在实施例4中添加钙含量为2％量的钙得到的熔液制造铸件。铸造时钙的一部分氧化。将该铸件用与实施例1中使用的熔炼炉相同的熔炼炉再熔炼。除去钙的氧化物，由于钙含量降至约1％，使钙含量成为2％地添加约1％的钙。将生成的氧化物等夹杂物在熔炼炉部分分离，可获得希望组成的高纯度高质量的镁合金熔液，可用该溶液进行铸造。
下面对附图的符号加以说明1取样位置2取样位置3溶液供给装置4间隔板5氩气吹入位置
权利要求
1．一种镁合金的熔炼方法，该方法是铸造前镁合金的熔炼方法，其特征在于，使用二个以上的熔炼炉，或使用一个将炉内间隔成二个以上室那样的几个部分的熔炼炉，在二个以上熔炼炉内的第一熔炼炉中或在二个以上室内的第一室中熔炼镁合金，将其熔液在第一熔炼炉中或在第一室中停留30分钟以上，使担心混入合金中的某些熔剂、氧化物、夹杂物移动到熔液的上部或下部，将净化的中部熔液移入第二熔炼炉中或第二室中并维持熔液状态。
2．权利要求1记载的镁合金的熔炼方法，其特征在于，将第一熔炼中或第一室中的熔液维持600-700℃温度，且在50托以下的减压下保持。
3．一种镁合金的熔炼方法，它是铸造前镁合金的熔炼方法，其特征在于，使用二个以上的熔炼炉，或使用一个将炉内间隔成二个以上室那样的几个部分的熔炼炉，在二个以上熔炼炉内的第一熔炼炉中或在二个以上室内的第一室中熔炼镁合金，在其第一熔炼炉中或第一室中的熔液中吹入净化气体，且将其熔液在第一熔炼炉中或第一室中停留15分钟以上，将担心混入合金中的熔剂、氧化物、夹杂物移动到熔液的上部或下部，将净化的中部镁合金熔液移入第二熔炼炉或第二室中并维持熔液状态。
4．权利要求3记载的镁合金的熔炼方法，其特征在于，将作为净化气体的Ar、He、Ne、SF6、CO2、SO2或N2气，或这些气体与干燥空气的混合气体边细小冒泡边吹入。
5．权利要求1-4中任一项记载的镁合金的熔炼方法，其特在在于，在第一熔炼炉中或第一室中的镁合金熔液中添加合金元素并进行成分调整。
6．一种镁合金的熔炼方法，它是铸造前镁合金的熔炼方法，其特征在于，使用三个熔炼炉，或使用一个将炉内间隔成三个室那样的几个部分的熔炼炉，在三个熔炼炉内的第一熔炼炉中或在三个室内的第一室中熔炼镁合金，将其熔液在第一熔炼炉中或在第一室中停留规定时间，将担心混入合金中的某些熔剂、氧化物、夹杂物的一部分或大部分移动到熔液的上部或下部，接着将其中部的熔液移入第二熔炼炉中或第二室中，在第二熔炼炉中或在第二室中的熔液中吹入净化气体且停留规定时间，将担心混入合金中的某些熔剂、氧化物、夹杂物移动到熔液的上部或下部，在该场合，在第一熔炼炉中或在第一室中的停留时间与在第二熔炼炉中或在第二室中的停留时间的2倍的合计为30分钟以上，其后将其净化的中部熔液移入第三熔炼炉或第三室中并维持熔液状态。
7．权利要求6记载的镁合金的熔炼方法，其特征在于，将在第一熔炼炉或在第一室中的熔液维持在600-700℃的温度，而且保持在50托以下的减压下。
8．权利要求6记载的镁合金的熔炼方法，其特征在于，将作为净化气体的Ar、He、Ne、SF6、CO2、SO2或N2气，或这些体与干燥空气的混合气体边细小冒泡边吹入。
9．权利要求6～8中任一项记载的镁合金的熔炼方法，其特征在于，在第一熔炼炉中或在第一室中，或在第二熔炼炉中或在第二室中在镁合金熔液中添加合金元素并进行成分调整。
10．权利要求1～4，6～8中任一项记载的镁合金的熔炼方法，其特征在于，该方法可获得含有ⅰ)选自铝和锌的至少一种1～15重量％，ⅱ)选自稀土类元素、钇、钪和锶的至少一种0.2-5重量％，钙0.02-5重量％和硅0.2-10重量％构成的组中的至少一种，和ⅲ)锰1.5重量％以下，余量镁和不可避免的杂质构成的镁合金熔液。
11．使用由权利要求1～4，6～8中任一项记载的镁合金的熔炼方法得到的熔液制造的镁合金铸件。
全文摘要
铸造前镁合金的熔炼方法,该法使用二个以上熔炼炉,或使用一个将内部隔成二个以上室的熔炼炉。或用三个熔炼炉,或用一个将炉内隔成三个室的熔炼炉,在第一炉或第一室熔炼镁合金,熔液在第一炉或第一室停留规定时间,将担心混入合金中的熔剂、氧化物、夹杂物移动到熔液的上部或下部,再将净化的中部溶液移入另一炉或另一室并维持熔液状态,按照该方法可用从新合金粗锭厂廉价得到的合金粗锭,由浇道、粗锭等产生的合金废料,或含钙、稀土元素和/或硅的氧化物的合金等。
文档编号B22D45/00GK1306096SQ00131679
公开日2001年8月1日 申请日期2000年7月13日 优先权日1999年7月14日
发明者久保田耕平, 大上孝, 野坂洋一 申请人:三井金属矿业株式会社