镁合金熔体表面防护技术评述电表箱

镁合金熔体表面防护技术评述

镁合金熔体表面防护技术评述 2011： 摘要：综合有关文献，较为详尽地介绍了镁合金表面产生的燃烧机制，对防燃技术的演变过程及其各种方法的利弊作了全面的分析。推荐以开创性的全封闭式熔化及浇注集成系统作为今后防燃技术的发展方向。作者认为，该项新技术必将为镁的进一步开发和利用创造最佳的条件。关键词：镁合金氧化燃烧表面防护全封闭型炉综述 1镁合金熔体表面燃烧机制 金属的抗氧化能力取决于表面膜阻碍反应物质通过的能力，也就是说取决于表面膜的致密度系数△G。致密度系数△G的大小，取决于氧化物的体积VOX与金属体积Vme的比值即：△G=VOX／Vme 。 对于铝合金而言，其比值为1.28时存在着致密的保护层，对熔体的处理则不存在问题；对镁合金而言，约为0.8.因此镁液暴露在大气中会迅速氧化生成MgO,成为多孔性的疏松组织，并在金属液面产生张应力，使下部进一步产生氧化而燃烧。起始时在合金液表面上只有菜花状的氧化物，散发出红色的光芒，随氧化反应的加剧，释放出大量的热量，温度最高可达30000C，最终导致散发出耀眼的亮光，并出现镁蒸气燃烧产生的白烟使原料化为废渣。这样，除了引起生产成本的剧增外，还成为铸件中杂质的主要来源。如无适当的措施跟上，其所产生的破坏作用，将导致无可估量的损失川。 由于熔体镁与氧有强烈地亲和力，加之镁有高的蒸气压，成为控制安全生产中的难题。从历史上来看，人们通过各种途径对熔池表面进行防护已得到了多方面的成就。 2 防燃技术的历史演变 经过长期实践经验的积累，在镁熔体表面的防护问题上可资采取的措施是多方面的，主要是围绕着以下几方面来进行以盐类熔剂覆盖于熔体上；②以抑制性元素添加在熔体上作为覆盖层；③在反应气氛下处理熔体，在其上形成薄的保护膜；④在惰性气体气氛下处理熔体。 2．1以盐类熔剂作为覆盖剂 以低于400℃的熔融盐覆盖于镁熔体表面，其基本的立足点在于切断镁液与空气之间的接触。盐类是以光卤石为基础，加上由MgCl2, KCL及NaCL所组成的低熔点共晶混合物，添加约20％高熔点萤石粉，除可作为覆盖物外，还可对熔体起到净化作用，总体上来说，覆盖盐所起到的防护作用可维持在800℃以上。 对于这种盐类，相比之下难于处理的是在与潮湿的空气接触时产生腐蚀性的氯化物及其形成的盐酸性气体，有强烈的造成夹杂的倾向。因此，盐类溶剂仅适用于单件小批量砂型铸造，对于现代化、自动化程度高的压铸作业而言，这种工艺不宜采用。 2．2 以抑制性元素添加在熔体上作为覆盖层 在压铸作业中，当前极力推荐且具有成效的镁液防燃的覆盖元素为：Be、Ca及Zn。Be在熔体镁中有高的扩散速度，所产生的Be0具有高的热力学稳定性，且挥发倾向性小。Be0产生压应力，作为使燃烧达到最低程度的添加剂是适用的。在熔体上覆盖足够的BeO,其致密度系数即体积比VBeO／VBe处于1.68,能起到最佳的防护作用。常规镁压铸合金操作中Be的含量处于5X10-6~15 X 10-6之间。含少量的Ca (0. 1％以下）足以延缓镁的燃烧反应，这在20世纪30；不将带有潮气的原料送进熔池中；金属液在勺料入压室时平稳而无冲蚀；防止在压室中与熔体接触局部凝固；充型时无涡流；杜绝采用盐类溶剂；尽可能采用无公害的气体作为辅助性的防护气垫；不会有有害物质向空间散发；熔渣量降低到最低程度。为了达到上述诸要求，可以设计出多种炉型和浇注方案。第1方案半封闭式熔化浇注组合系统,如 图3所示。

图3半封闭式熔化浇注组合系统（含防护性气体压式紊流填充）1.压铸机 2．定量室 3．含S防护性气体 4.成排加入锭料，炉口开启 5.定量炉 6.熔化室 7．冷料沉降于底部，温度分布不理想 8．紊流充入压室，形成氧化物，定量有波动 9.第1级为紊流，包气，压室中有部分凝固

第2方案全封闭式熔化浇注集成系统, 如图4所示。

图4 全封闭式熔化浇注组合系统1.压铸机2．定量室3．含S防护性气体 4.成排加入锭料，炉口开启5.定量炉 6.熔化室7．冷料沉降于底部，温度分布不理想 8．紊流充入压室，形成氧化物，定量有波动 9.第1级为紊流，包气，压室中有部分凝固

这种全封闭式集成系统，一方面除了通过密封式炉型连续加料外，另一方面有固定式升液管与压铸机压室底部直接相联接，其优点甚多：在熔化和浇注时熔体得到全盘防护；有效地防止熔渣的形成；通过一排接一排连续式地加入炉料（锭料），使炉中熔池的温度始终保持均匀；镁液由下部定量浇注，以100％的充满率层流式地输入到压室中，在压室与冲头的接合处由Ar气补入防护。此外，在压室中不会有熔体的氧化反应，不会出现局部凝固，不包气，冲头通过第一级压射行程即可作快速充型。新型的熔化及浇注集成化以后，对环境保护也十分有利，如不再采用SF6及so,,大大地降低了有害物质的排放，也减少了熔渣量。可以肯定的说，新开发的全封闭式熔化及浇注集成系统，完全能满足镁合金生产过程的总体要求，达到工艺过程的最优化程度，为镁合金优质铸件的生产创造有利条件。5 结束语作为科技工作者，在镁合金生产中，除保证优质熔体外，还要确保操作中的安全性，更要关注环境保护及对生产环境所带来的影响，与社会效益及经济效益挂钩，两者缺一不可。参考文献l．Kurt H Gefahrenpotenzial beim umgang mitmagnesium Aluminum [J]．2001，77(4)：236^244 2. Linder L Schmelzbaddekungen fur magnesium stand der technik and alternationen[J] ．Giesserei．Praxis，2001，(4): 23-29 3 ．Fruehling J W Protective atmospheres for moltenmagnesium(R). Dissertation. The University of Michigen，1970 4. Paschen P，et al．Magnesiumguss-legierungen mit verbesserter dauerfestigkeit bei erhoehten temperaturen[J]． Gieserei．1970，57(11）：344^-3455 ．Emley E F The Principles of Magnesium Technology[M]．London: Pergamon Press，1996 6 ．Schneider A，et al．Uber die reaction zwisehen magnesium and schwefel dioxyd[J]．Zeitschrift fur Metallkunde，1940，32(6)：173一1777. Gjestland H，et al． Use of SF6 in the magnesium industry：an environmental challenge[A]．Proceedings of the Third International Magnesium Conference[C]．1996．33^418 ．Maiss M Et，et al Atospheric SF,：trends and prospects[J]．Enviromental Science and Technology, 1998，32(20)：3077^3086 9. EP 6609196 81：Zwei Kammerofen zur Schmelzen-beschickung von GUSS Maschinen[P]．Europaisches Patentent. 199610. Dorsan H W，et al. Schmelz technologic fuer hochproductive magnesium giessrechtungen[J]．Gieserei，1993，83(1）：13^1511.Reinass G．Schema einer produktionsanlage mit eineratomosphare aus schwefel haltigen schutzgas and turbulentemfuellen der fullkaminer[J]．Gieserei，2001，88(6)：11212.Kluge S，et al．Werkstoff optimiertes schmelzen．dosieren and giessen fur magnesium[J]．Gieserei，2001，88(2)：35^3

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