一种Mg-Al-Zn系镁合金熔体的净化方法与流程

本发明涉及熔体净化技术领域，尤其涉及一种mg-al-zn系镁合金的熔体净化方法。

背景技术：

镁合金因具有比强度高、减震降噪效果好以及铸造性能好等优点而受到人们的广泛关注。mg-al-zn系合金是目前最为常用的铸造镁合金之一，占全球镁合金市场用量的97％左右。

获得有害杂质少、耐腐蚀性高和组织细小均匀的合金，是制造高性能镁合金构件的基本前提。研究表明，熔体变质处理和净化处理是细化镁合金微观组织、提高其综合力学性能的有效方法。fe杂质是镁合金冶炼和熔炼过程中常见的杂质元素，对镁合金耐蚀性破坏最大。业界通常在原镁或者镁合金精炼/熔炼工艺中加入适量无水mncl2，与al、fe元素生成al-mn-(fe)，而后采取沉降或者过滤的方法去除fe杂质，确保fe/mn(wt.％)比低于0.032，从而保证镁合金的抗腐蚀能力。其主要原因是形成的al-mn-(fe)对α-mg的腐蚀电位与富fe相比较而言更为接近，造成微区电化学腐蚀的可能性较小。

在mg-al合金熔炼和铸造过程中，理解并控制al-mn-(fe)化合物的形成、长大和偏聚行为，对制备晶粒细化、组织均匀和高纯度的镁合金铸锭，以及镁合金废料回收都极具指导意义。尽量减少熔渣的积累，并防止粗大al8mn5团簇或者氧化物进入镁合金铸件，熔体净化技术的开发十分必要，但单独使用某一种熔剂净化难以获得满足制备大尺寸镁合金铸件要求的熔体。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种mg-al-zn系镁合金的熔体净化方法，采用本发明的方法可以提高镁合金熔体质量，进而提高镁合金大尺寸构件组织性能的均匀性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种mg-al-zn系镁合金的熔体净化方法，包括以下步骤：将mg-al-zn系镁合金进行加热熔融，得到熔体；所述加热熔融在保护气氛下进行；

向所述熔体中依次加入精炼剂和混合熔剂，进行搅拌处理，静置保温，过滤，得到净化后的熔体；所述混合熔剂为mncl2和ticl4。

优选的，所述混合熔剂中mncl2和ticl4的质量比为(3～4):1。

优选的，所述混合熔剂的用量为熔体质量的1～3％。

优选的，以质量百分含量计，所述mg-al-zn系镁合金的化学成分包括：al8.7～9.2％，zn0.5～0.7％，mn0.2～0.3％，be0.002～0.003％，fe≤0.003％，si≤0.07％，cu≤0.015％，ni≤0.0008％，其余单个杂质≤0.008％，余量为mg。

优选的，所述加热熔融的温度为720～750℃；加入精炼剂和混合熔剂时，所述熔体的温度独立地为720～750℃。

优选的，所述搅拌处理的速率为50～300rpm，时间为5～8min。

优选的，所述静置保温的温度为720～750℃，时间为10～30min。

优选的，所述过滤采用altio3陶瓷所制的30目滤网。

优选的，所述精炼剂为rj3或rj6。

优选的，所述保护气体的流速为5～8l/min。

本发明提供了一种mg-al-zn系镁合金的熔体净化方法，包括以下步骤：将mg-al-zn系镁合金进行加热熔融，得到熔体；所述加热熔融在保护气氛下进行；向所述熔体中依次加入精炼剂和混合熔剂，进行搅拌处理，静置保温，过滤，得到净化后的熔体；所述混合熔剂为mncl2和ticl4。本发明在保护气氛下进行加热熔融，可以防止熔体与氧气接触生成氧化膜或者燃烧；通过混合熔剂和精炼剂同时作用能够去除镁合金熔体中较大的非金属夹杂或者氧化物；通过添加新型无水mncl2和ticl4混合熔剂能够迅速吸收熔体中的杂质fe和si元素；搅拌能够促进夹杂物由密度差别而产生分层沉淀，通过静置使得熔渣或者精炼过程中产生的金属间化合物沉降，过滤去除熔体夹杂物后即可得到净化后的熔体。

本发明的熔体净化方法可操作性强，用于制备外形尺寸总体不小于1389mm×1000mm×900mm的大尺寸镁合金铸件成形的熔体净化，可以有效去除有害fe、co、cu、ni杂质，去除非金属夹杂物，明显减少区域偏析。

此外，本发明还具有以下有益效果：

综合集成熔剂净化、气氛保护、熔体均匀化和变质处理，取得较优的熔体处理效果，为制备性能组织均匀的镁合金大构件打下了坚实的基础。

本发明中，混合熔剂、机械搅拌、静置处理、熔体过滤的耦合作用可以净化晶粒，通过沉降al-mn化合物除去fe、si等有害杂质，能够通过搅拌和熔剂变质作用促进晶粒异质形核，达到晶粒细化的效果。

本发明成本低廉，工艺方法简单，效率较高，适用于镁合金大构件的铸造工艺应用。

附图说明

图1为实施例1铸件的x射线断层扫描成像及采用光学显微镜检查构件内部的显微组织图；

图2为实施例1中mg-al-zn系镁合金及铸件的ebsd图；

图3为实施例1铸件的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种mg-al-zn系镁合金的熔体净化方法，包括以下步骤：

将mg-al-zn系镁合金进行加热熔融，得到熔体；所述加热熔融在保护气氛下进行；

向所述熔体中依次加入精炼剂和混合熔剂，进行搅拌处理，静置保温，过滤，得到净化后的熔体；所述混合熔剂为mncl2和ticl4。

本发明将mg-al-zn系镁合金进行加热熔融，得到熔体。在本发明中，以质量百分含量计，所述mg-al-zn系镁合金的化学成分优选包括：al8.7～9.2％,zn0.5～0.7％,mn0.2～0.3％,be0.002～0.003％,fe≤0.003％,si≤0.07％,cu≤0.015％,ni≤0.0008％，其余单个杂质≤0.008％，余量为mg。在本发明中，所述加热熔融的温度优选为720～750℃，更优选为730～740℃。在本发明中，所述加热熔融在保护气氛下进行。本发明在保护气氛下进行加热熔融，可以防止熔体与氧气接触生成氧化膜或者燃烧。本发明对所述保护气体的种类没有特殊限定，采用本领域熟知的保护气体即可，具体的可以为2％sf6+98％co2气体或50％co2+50％ar气体(指的是体积比)。在本发明中，所述保护气体的流速优选为5～8l/min，更优选为6～7l/min。

得到熔体后，本发明向所述熔体中依次加入精炼剂和混合熔剂，进行搅拌处理，静置保温，过滤，得到净化后的熔体。

在本发明中，所述精炼剂优选为rj3或rj6，所述精炼剂的质量优选为熔体质量的1～2％。加入精炼剂时，所述熔体的温度优选为720～750℃。本发明利用精炼剂能够去除镁合金熔体中较大的非金属夹杂物或者氧化物。加入精炼剂后，本发明优选搅拌5～10min之后再加入混合熔剂。在本发明中，所述搅拌的速率优选为50～300rpm，更优选为100～250rpm。本发明利用搅拌可以促进晶粒异质形核，达到晶粒细化的效果。

加完精炼剂后，本发明向所得体系中加入混合熔剂。在本发明中，所述混合熔剂为mncl2和ticl4，所述混合熔剂中mncl2和ticl4的质量比优选为(3～4):1。在本发明中，所述混合熔剂的用量优选为熔体质量的1～3％，更优选为3％。在本发明中，加入混合熔剂时，所述熔体的温度优选为720～750℃。在本发明中，混合熔剂能够迅速吸收熔体中的杂质fe和si元素。

加入混合熔剂后，本发明对所得体系进行搅拌处理，静置保温，过滤，得到净化后的熔体。在本发明中，所述搅拌处理的速率优选为50～300rpm，时间优选为5～8min。本发明利用搅拌处理能够促进夹杂物因密度差别而产生分层沉淀。在本发明中，所述静置保温的时间优选为10～30min，更优选为15～25min；所述静置保温的温度优选为720～750℃。在本发明中，所述过滤优选采用altio3陶瓷所制的30目滤网。本发明所述静置使得熔渣或者精炼过程中产生的金属间化合物沉降，过滤去除熔体夹杂后即可得到净化后的熔体。

下面结合实施例对本发明提供的mg-al-zn系镁合金的熔体净化方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

以质量百分含量计，mg-al-zn系镁合金的组成为：al8.8％，zn0.5％，mn0.33％，be0.002％，fe0.0016％，si0.049％，cu0.0032％，ni0.0010％。

将900kgmg-al-zn系镁合金置入有sf6/co2(体积比为2:98)气体保护的熔炉中熔化至750℃，通sf6/co2气体以6l/min流量通于镁合金熔体液面上方。在炉温升至740℃时加入10kgrj6精炼剂，并把具有旋转叶片的搅拌装置放入镁合金熔体中以200rpm的速率搅拌8min。之后加入无水mncl2与ticl4混合熔剂，为熔体质量的3％，mncl2与ticl4的质量比为3：1，并把具有旋转叶片的搅拌装置放入镁合金熔体中以150rpm的速率旋转进行搅拌处理5min，在搅拌处理结束后静置保温20min。在浇注过程中熔体经过altio3陶瓷所制的30目滤网，去除熔体夹杂，浇注完成后，获得卫星动量轮支架铸件(如图3所示)。

对铸件进行取样分析，结果如图1所示。图1中，(a)为x射线断层扫描成像图，(b)为采用光学显微镜检查构件内部的显微组织图，由图1可以看出铸件细小第二相分布均匀，无明显缩松或者其他微观缺陷。

采用ebsd(电子背散射衍射照片)对mg-al-zn系镁合金及铸件进行晶粒观察，结果如图2所示，图2中(a)为mg-al-zn系镁合金的ebsd图，(b)为铸件的ebsd图，由图2可知，经过熔体净化处理后，晶粒大小明显减小。

由以上实施例可知，本发明提供了一种mg-al-zn系镁合金的熔体净化方法，采用本发明的方法可以提高镁合金熔体质量，进而提高镁合金大尺寸构件组织性能的均匀性，并可以达到晶粒细化的效果。

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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。