一种镁合金熔炼方法及其装置与流程

本发明属于镁合金熔炼技术领域，尤其涉及一种镁合金熔炼方法及其装置。

背景技术：

镁合金不仅密度小、比强度高、比刚度高，而且还具有阻尼性能好、切削加工性能好、导电性好、尺寸稳定、成本低、无污染、易回收等优点，在汽车、通讯、电子和航天航空等领域得到日益广泛的应用，是21世纪重要的轻质高强度材料之一。但是，镁合金的熔炼不同于钢铁、铝等常用结构材料，因为镁化学活性高，在高温下极易与空气中的氧发生氧化反应，甚至燃烧、爆炸，使其熔炼过程比较困难，在熔炼过程中需要防止氧化、燃烧的保护工艺。多年来，人们一直在寻找降低镁合金熔炼过程中氧化的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种镁合金熔炼方法及其装置，本发明的镁合金熔炼方法能有效避免镁合金熔炼过程中的氧化烧损和氧化物夹杂的产生，同时显著减少保护气体的使用量，具有环保价值和经济效益。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种镁合金熔炼方法，包括如下步骤：

(1)将镁合金炉料进行预热干燥，然后称取干燥好的镁合金炉料放入置于熔炼炉内的熔炼坩埚中，再盖上坩埚盖；

(2)开启熔炼炉，将熔炼坩埚升温至400-500℃，恒温2-3min，通入混合气体将空气置换，所述混合气体由活性气体和载气组成，所述活性气体占混合气体的体积含量为0.01-0.1％，载气占混合气体的总体积含量为99.9-99.99％；

(3)待将空气置换出后，继续通入混合气体，将熔炼坩埚升温至630-680℃，恒温3-5min；

(4)然后将熔炼坩埚炉继续升温至680-730℃，恒温1.5-3h，再进行浇注即可。

较佳地，在步骤(1)，所述镁合金炉料包括镁锭和熔炼保护剂，所述镁锭和熔炼保护剂的重量比为100：0.01-0.1，所述熔炼保护剂为氯化铝。

较佳地，在步骤(2)，在通入所述混合气体前，还包括对混合气体进行预热，所述预热温度为350-400℃。

较佳地，在步骤(2)，所述活性气体为经气化后的AlCl₃，所述载气为N₂、CO₂、Ar和压缩空气中的一种或以上。

较佳地，所述升温速率为5-15℃/min，所述混合气体的流量为0.5-1.5L/min。

本发明还提供了一种镁合金的熔炼坩埚，本熔炼坩埚能有效阻止空气进入熔炼炉，降低镁合金的表面氧化程度及氧化夹杂，提高镁合金熔炼的品质，同时可以减少保护气的使用量和尾气的排放量，降低熔炼成本和环境负荷。

本发明的熔炼坩埚包括坩埚体及坩埚盖，所述坩埚盖盖装在坩埚体的上方，所述坩埚盖上开设有气孔，该坩埚盖的下端面设置有与坩埚体上沿口相配合的环形密封槽，所述坩埚盖包括左盖及右盖，所述左盖的右侧端面呈┗型，所述右盖的左侧端面呈┓型，所述左盖的右侧端面与右盖的左侧端面无缝连接，构成一完整的坩埚盖。

较佳地，所述左盖与右盖的面积比为1-2：1，所述左盖的上端面还对称设置有2个坩埚盖耳。

较佳地，所述气孔包括第一气孔、第二气孔及第三气孔，所述第一气孔设置在左盖，所述第二气孔及第三气孔设置在右盖；所述第一气孔上连接有排气管，所述第二气孔上连接有进气管，所述第三气孔上设置有热电偶，所述热电偶深入坩埚体的底部。

较佳地，所述坩埚体由里至外依次由不锈钢板层、保温棉层和普通钢板层构成。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)本发明在镁合金熔炼过程中，分阶段升温熔炼，在达到镁合金熔点前，先通入混合气体将空气置换出后，再继续升温至镁合金熔化，此时通入的混合气体在镁熔体表面迅速形成一层致密的、具有良好保护性的保护膜，保护效果良好，即使采用搅拌杆破坏镁合金液表面的保护膜，也会很快形成新的保护膜起保护作用，也没有发生镁合金液燃烧现象；最后再继续升温，进行恒温熔炼；分阶段升温熔炼方法，可保证在镁合金达到熔点前，熔炼坩埚内的空气已全部置换出来，且保护膜的形成充分均匀，能有效避免镁合金熔炼过程中的氧化烧损和氧化物夹杂的产生，使得镁合金被氧化率低于≤0.01％，同时避免了能耗，具有环保价值和经济效益；

(2)本发明的镁合金熔炼方法，在镁合金炉料熔炼前，添加了熔炼保护剂，可使氯化铝升华，形成的AlCl₃气体密度比空气大，这样，AlCl₃气体沉积在镁合金表面，起到隔开空气的作用，同时采用混合气体保护与熔炼保护剂双重保护的方法，可显著减少混合气体的使用量，也解决了传统熔剂保护工艺中存在的镁合金氧化烧损严重和氧化物夹杂含量较高的问题，提高镁合金的收得率、提升镁合金产品的品质；另外在通入混合气体之前，先对混合气体进行预热，可有效防止混合气体通入后，熔炼坩埚内温差过大，造成局部压差，避免了安全隐患；

(3)本发明的熔炼装置在坩埚体上方加盖刻有环形密封槽的坩埚盖，使坩埚盖与坩埚紧密相连，本发明将坩埚盖切为左盖与右盖两部分，切线呈折线形，方便熔炼操作的同时增加密封性能，在两盖合上时，可有效防止空气进入坩埚体内；本发明的熔炼装置结构简单，密封性好，操作容易。

(4)本发明的熔炼方法在熔炼过程中，能有效阻止空气进入熔炼坩埚内，能有效降低镁合金的表面氧化程度，降低镁合金的氧化夹杂，提高镁合金熔炼的品质，同时可以减少保护气的使用量和尾气的排放量，降低熔炼成本和环境负荷。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明坩埚盖的结构示意图。

附图中，1-坩埚体，2-坩埚盖，201-左盖，202-右盖，3-环形密封槽，4-第一气孔，5-第二气孔，6-第三气孔，7-坩埚盖耳，8-不锈钢板层，9-保温棉层，10-普通钢板层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参考附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本发明使用的原料均可在市面上购买。

实施例1

一种镁合金熔炼方法，包括如下步骤：

(1)将镁合金AZ91D进行预热干燥，然后称取干燥好的镁合金炉料放入置于熔炼炉内的熔炼坩埚中，再盖上坩埚盖；

(2)开启熔炼炉，将熔炼坩埚升温至400℃，恒温3min，通入混合气体将空气置换，所述混合气体由活性气体和载气组成，所述活性气体占混合气体的体积含量为0.01％，载气占混合气体的总体积含量为99.99％；活性气体为经气化升华后的AlCl₃，载气为N₂；

(3)待将空气置换出后，继续通入混合气体，将熔炼坩埚升温至630℃，恒温5min；此时混合气体在镁熔体表面迅速形成一层致密的、具有良好保护性的保护膜，即使采用搅拌杆破坏镁合金液表面的保护膜，也会很快形成新的保护膜起保护作用；

(4)然后将熔炼坩埚炉继续升温至700℃，恒温3h，再进行浇注即可。

以上步骤中，升温速率为5℃/min，所述混合气体的流量为0.5L/min。

在整个熔炼和保温过程中，含AlCl₃的混合气体对镁合金液的保护效果良好，镁合金被氧化率低于≤0.01％，没有发生镁合金液燃烧现象。

实施例2

一种镁合金熔炼方法，包括如下步骤：

(1)将镁合金AM50进行预热干燥，然后称取干燥好的镁合金炉料放入置于熔炼炉内的熔炼坩埚中，再盖上坩埚盖；

(2)开启熔炼炉，将熔炼坩埚升温至400℃，恒温2min，将混合气体预热至350℃后，通入经预热的混合气体将空气置换，所述混合气体由活性气体和载气组成，所述活性气体占混合气体的体积含量为0.1％，载气占混合气体的总体积含量为99.9％；活性气体为经气化升华后的AlCl₃，载气为CO₂；

(3)待将空气置换出后，继续通入混合气体，将熔炼坩埚升温至680℃，恒温3min；此时混合气体在镁熔体表面迅速形成一层致密的、具有良好保护性的保护膜，即使采用搅拌杆破坏镁合金液表面的保护膜，也会很快形成新的保护膜起保护作用；

(4)然后将熔炼坩埚炉继续升温至730℃，恒温1.5h，再进行浇注即可。

以上步骤中，升温速率为5℃/min，所述混合气体的流量为1.5L/min。

在整个熔炼和保温过程中，含AlCl₃的混合气体对镁合金液的保护效果良好，镁合金被氧化率低于≤0.01％，没有发生镁合金液燃烧现象。

实施例3

一种镁合金熔炼方法，包括如下步骤：

(1)将镁合金AZ91D和熔炼保护剂按重量比为100：0.01混合均匀后，，进行预热干燥，然后称取干燥好的镁合金炉料放入置于熔炼炉内的熔炼坩埚中，再盖上坩埚盖；熔炼保护剂由AlCl₃组成；

(2)开启熔炼炉，将熔炼坩埚升温至450℃，恒温2min，将混合气体预热至400℃后，通入经预热的混合气体将空气置换，所述混合气体由活性气体和载气组成，所述活性气体占混合气体的体积含量为0.01％，载气占混合气体的总体积含量为99.99％；活性气体为AlCl₃，载气由Ar和压缩空气混合而成；

(3)待将空气置换出后，继续通入混合气体，将熔炼坩埚升温至650℃，恒温4min；此时混合气体在镁熔体表面迅速形成一层致密的、具有良好保护性的保护膜，即使采用搅拌杆破坏镁合金液表面的保护膜，也会很快形成新的保护膜起保护作用；

(4)然后将熔炼坩埚炉继续升温至720℃，恒温2h，再进行浇注即可。

以上步骤中，升温速率为10℃/min，所述混合气体的流量为1L/min。

在整个熔炼和保温过程中，含AlCl₃的混合气体对镁合金液的保护效果良好，镁合金被氧化率低于≤0.01％，没有发生镁合金液燃烧现象。

实施例4

本实施例3其他工艺参数与实施例3相同，不同之处在于：熔炼保护剂由AlCl₃组成，镁合金AZ91D和熔炼保护剂按重量比为100：0.1。

实施例5

本发明还提供了一种镁合金的熔炼坩埚，如图1和图2所示，包括坩埚体1及坩埚盖2，所述坩埚盖2盖装在坩埚体1的上方，所述坩埚盖2上开设有气孔，该坩埚盖2的下端面设置有与坩埚体1上沿口相配合的环形密封槽3，所述坩埚盖2包括左盖201及右盖202，所述左盖201的右侧端面呈┗型，所述右盖202的左侧端面呈┓型，所述左盖201的右侧端面与右盖202的左侧端面无缝连接，构成一完整的坩埚盖2。所述气孔包括第一气孔4、第二气孔5及第三气孔6，所述第一气孔4设置在左盖201，所述第二气孔5及第三气孔6设置在右盖202；所述第一气孔4上连接有排气管，所述第二气孔5上连接有进气管，所述第三气孔6上设置有热电偶，所述热电偶深入坩埚体的底部。所述左盖201的上端面还对称设置有2个坩埚盖耳7。坩埚盖耳7的设置便于用铁钩将左盖201搬离，进行熔炼操作。

较佳地，所述坩埚体1由里至外依次由不锈钢板层8、保温棉层9和普通钢板层10构成。坩埚体1的外表面对称焊接有2个把手。把手便于提取坩埚体1。

较佳地，所述左盖201与右盖202的面积比为1-2：1。左盖201可以移动，打开，便于熔炼操作；左盖201与右盖202之间的结合部位于坩埚盖2厚度的中间位置，当坩埚盖2左、右两部分合上时，能保持很好的密封性能，防止空气进入坩埚体。

本发明的熔炼坩埚直径为10cm，熔炼坩埚表面积为78.5cm²，本发明熔炼坩埚的环形密封槽3使坩埚盖2能卡在坩埚体1上，减小了坩埚盖2与坩埚体1之间的空隙，使空气不能沿着空隙进入坩埚体。本发明在熔炼过程中，能有效阻止空气进入熔炼炉，降低镁合金的表面氧化程度，降低镁合金的氧化夹杂，提高镁合金熔炼的品质，同时可以减少保护气的使用量和尾气的排放量，降低熔炼成本和环境负荷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。