镁合金冶炼工艺中的创新与传承

（山西银光华盛镁业股份有限公司技术中心，山西运城043800）

摘

要：文章介绍了国内外目前关于镁合金冶炼的基本原理和方法。分析了熔剂、合金元素和气体保护等熔体

保护方法以及熔剂熔炼、气体喷雾和过滤熔炼等其他熔炼方法在镁合金冶炼中的作用和特点。总结并提出了镁合金无熔剂冶炼的基本方法，指出了镁合金无助熔剂冶炼中存在的问题及今后创新和传承的方向。关键词：镁合金；熔体；冶炼；创新

环境问题的日益恶化，环保型的可持续性发展受到越来越多的关注。镁及镁合金因其具有优异的性能，在生活中有着广泛的应用价值和前景。它的研究、开发和利用水平对物质学科自身的发展和社会的进步都具有一定的意义。目前，我国的镁合金冶炼工艺与国外还存在很大的差距。许多企业仍采用传统的镁合金冶炼工艺，采用保护渣和冶炼渣，使生产出来的镁锭质量较差。提高镁合金的冶炼工艺水平是获得优质镁合金的前提，而镁合金熔炼过程中的熔体保护和熔体细化技术是提高镁合金质量急需解决的关键问题。熔剂冶炼是用熔剂清洗镁熔剂。熔盐熔剂对非金属夹杂物具有良好的润湿、吸附和成渣能力。焊剂与焊剂中聚集的夹杂物之间的充分接触使夹杂湿润。同时，利用盐熔剂与液态金属的比重差，在坩埚底部用熔剂析出非金属夹杂物。一般控制冶炼温度在710~730℃，分别在10min和60min冶炼后可将炉渣完全析出，该方法虽能起到一定的冶炼和保护作用，但也存在一些缺点：1）氯盐和氟盐在高温下易挥发，产生HCl、Cl2等有毒气体，对环境造成严重污染；2）熔剂密度一般高于镁合金。因此，熔剂在熔化过程中会下沉，因此有必要不断添加助熔剂，在坩埚底部产生絮凝性悬浮渣。X射线衍射和电子探针分析表明，主要成分为MgCl2和MgO。3）当合金中含有稀土元素时，助熔剂与稀土元素发生反应，减少稀土的添加量。2.2吹炼吹制法又称气泡漂浮法，主要是将惰性气体通过1镁合金的性能和特点镁是地壳中含量最丰富的元素之一，具有许多优异的性质。一是良好的加工性能；二是阻尼性能好；三是尺寸稳定性好；四是优异的抗压性和抗冲击性；五是镁合金具有屈服强度好、导热系数高、无毒、无磁性、不易断裂等优点。熔体形成气泡。熔体中的氢在分压下扩散到这些气泡中，并随着这些气泡的漂浮排出，以达到脱气的目的。气泡浮起过程中，部分氧化夹杂物被吸附，起到除渣作用。吹制方法的效果一方面取决于惰性气体的性质和浓度，另一方面取决于气泡的大小和气泡在熔体中的分布。气泡直径越小，分散越均匀，气泡比表面积越大，氢扩散到气泡中的距离越短，气泡漂浮越慢，除氧效果越好。旋转喷射法是用一定数量的旋转喷嘴破碎气泡，控制气泡的大小和分布。随着吹气后静态时间的延长，除气效果得到改善，但经过一定时间后，气体含量不再降低。目前常用的吹炼方法：一是惰性气体法。一般情况下，在720~730℃下，向镁液中加入0.5%Ar，通风速度以镁液不飞溅为原则。曝气时间为30min，会使颗粒粗化时间过长。二是氮气通入法。氮气通入温度控制在660~685℃，一般用于大型炉的脱气。联合除氧法：先向镁合金中加入二氧化碳，再用氮气吹制TiCl4，可使镁液中的气体减少约50%。2镁合金冶炼工艺的改善镁合金中的气体主要是氢气，主要来源于焊剂中的水分、吸附在金属表面的水分和金属腐蚀产物带来的水分。铸件的疏密性与镁合金中的气体含量有关。镁合金中的主要夹杂物为MgO、MgF2和MgCl2等。MgF2和MgCl2的熔点均低于MgO，其熔点温度分别为2642℃和1263℃。通常MgO呈固态，其密度比Mg高，为3.58g/cm3，所以在除去MgO中的杂质时MgO会在底部沉淀。然后，Mg具有氧化性，故会生成MgCl2，所以在除杂时不易除去。MgCl2的熔点是718℃，比MgO的熔点低，故可用高温条件下，将MgCl2除去。但因其密度和MgO的相近，所以除杂时不能处尽，因此，熔体冶炼技术的研究是当前工作者亟待解决的问题。目前镁合金熔体的冶炼方法主要有熔剂冶炼、注气冶炼、过滤冶炼等。2.1溶剂冶炼作者简介：马登民（1973-），男，山西闻喜人，工程师，主要研究方向：有色金属（主要是镁及镁合金）治炼。

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冶金与材料第40卷

2.3过滤冶炼除上述细化方法外，还有一些其他方法不仅可以起到细化作用，还可以起到细化晶粒等作用。例如，向镁合金中添加C6Cl6、MgCO3和CaCO3。MgCO3和CaCO3易分解产生CO2气体，脱除气体和炉渣。C2Cl6的加入是利用其分解的气体起到冶炼的作用。其可分解镁熔体中的氯和碳。而氯和镁可以生成MgCl2，C2Cl6的分解产物还可以除氢和细化晶粒。C2Cl6的添加量不超过合金液质量的0.1%。但氯的分解会对环境造成污染，应在一定程度上加以限制。有人尝试加入ce、sr等合金元素，以达到冶炼脱气的效果。在镁合金中加入0.01%~2%sr，可有效消除因气孔引起的缺陷。在纯镁和镁合金中加入sr和ce后，测定了其吸氢速率。结果表明，sr或ce能显著降低镁中氢的含量。用于过滤和精炼的传统过滤介质有钢毛、多层编织金属丝网等。然而，这些过滤器在表面上没有吸附能力，使得难以去除直径小于10微米的小颗粒。泡沫陶瓷过滤器用于生产高标准合金。目前，氧化镁泡沫陶瓷过滤器已经研制成功。它可以长时间浸泡在镁合金熔体中而不与镁合金发生反应。泡沫陶瓷过滤器的空隙率约为70%~85%。当用于过滤合金液体时，合金液体通过锯齿形通道穿过过滤器，这有利于大颗粒接触筛壁和过滤器的加固，使过滤器具有一定的捕获非金属夹杂物的能力。过滤器捕获熔体中颗粒的能力主要取决于合金熔体中夹杂物的类型、熔体特性、温度和过滤性能。泡沫陶瓷的过滤机理复杂。目前，人们认为泡沫陶瓷过滤器至少具有以下三个功能：（1）过滤。也就是说，杂质颗粒在过滤器的每个孔处都被堵塞。有的地方甚至堆积成“滤饼”，而“滤饼”又进一步堵塞了一些较小的夹杂物。（2）降水。也就是说，当金属熔体通过过滤器时，由于过滤器内部通道曲折多变，一些细小的夹杂物颗粒在过滤器的某些角落沉淀下来。（3）吸附。由于过滤骨架有一个巨大的表面，该表面不被液态金属润湿，对合金中不被金属熔体润湿的固体细夹杂有很强的吸附能力。同时，夹杂液在金属熔体中变成液体，可以润湿陶瓷表面，吸附过滤夹杂液滴。上述三种机理的联合作用使泡沫陶瓷过滤达到优异的效果，能过滤出合金中10~20μm的细小夹杂物颗粒，滤除难以过滤的液态熔剂夹杂物。由一般过滤介质排出。对合金无污染。2.4其他冶炼方法3结语在气体保护熔炼条件下，采用旋转喷射气体冶炼技术可以成为镁合金无熔剂冶炼工艺的基础，但除渣效果不如熔剂冶炼工艺，需采用其它冶炼方法。在这一领域，研究和开发适合镁合金特点的冶炼工艺，开发出一种更经济、实用、无污染的镁合金冶炼保护方法，以满足以高品位镁合金为标志的优质镁合金的冶炼需要，从而进一步拓展镁合金的应用领域。参考文献

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