[发明专利]一种用于镁合金熔炼时防氧化燃烧的保护方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金冶金技术领域，涉及一种镁合金熔炼阻燃保护方法。

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，一些阻碍镁合金大规模应用的关键技术还没有得到解决，如镁合金在熔炼、加工和热处理等过程中易发生氧化燃烧。多年来，人们一直在寻找阻止镁合金熔炼过程中氧化燃烧的方法。目前，国内外常用的阻止镁合金燃烧的方法有三种：熔剂保护法、合金元素法和气体保护法。熔剂保护法简便易行，保护效果好，能起到很好的阻燃作用，但容易产生熔剂夹杂，损害合金的力学性能和耐腐蚀性能，在高温下易挥发产生HCl，Cl₂等有毒气体，对环境和工作人员造成不良影响。鉴于以上原因，熔剂保护法的应用已经大大减少。合金元素法能够在阻燃的同时调节合金成分，是阻止镁合金燃烧的一种简便易行的方法。但是，这种方法也存在明显的缺点，如难以同时兼顾阻燃性能和力学性能，因此其大规模的应用依然存在困难。气体保护法是目前应用最广的镁合金熔炼保护方法。工业上常用的保护气体有SF₆和SO₂等。但由于SO₂腐蚀性大，运输和贮存困难，泄漏易造成环境污染，成本也较高，故自上世纪70年代以来，以SF₆混合气体为代表的气体保护技术一直是镁合金普遍采用的阻燃保护方法。然而，温室效应所引起的环境问题日益引起人们的关注，SF₆是一种严重的温室效应气体，其温室效应约为CO₂的23900倍，属于1997年京都议定书中规定要逐步淘汰的气体。因此，目前迫切需要寻找一种高效、环保的镁合金熔炼保护方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于镁合金熔炼时防氧化燃烧的保护方法，该方法具有高效、环保，成本低，简单易行等优点，可解决当前国际镁工业界使用SF₆气体带来的高温效应问题和SO₂气体带来的运输贮存困难、成本较高的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

在镁合金熔炼前，将硫铁矿放入镁合金熔炼炉与熔炼坩埚之间的间隙处，从而对镁合金熔体进行熔炼保护。

所述硫铁矿为干燥的块状或颗粒状。

硫铁矿的粒度为1～3mm。

硫铁矿在常温常压下为黄色固体，对环境没有污染。熔炼温度范围内硫铁矿会发生分解和氧化反应，即：FeS₂→Fe_1-XS+S，Fe_1-XS +O₂→Fe₃O₄+SO₂，反应产生的S和SO₂气体对镁合金液起保护作用。实验证明，上述方法保护效果可靠。熔炼炉内空气有限，熔炼时排放的含硫气体量少，对环境影响小。因此，硫铁矿做为SF₆和SO₂保护气体的替代品具有无可比拟的优势，具有显著的环保价值和经济效益，适合工业化大规模推广。

具体实施方式

下面结合实例对本发明做进一步详细说明。

本发明通过在镁合金熔炼炉内置入硫铁矿，对镁合金熔炼进行保护，熔炼炉内的气氛为正常的大气。本发明的镁合金熔炼护方法具体实施步骤为：

熔炼时，将破碎成块状或颗粒状的干燥硫铁矿放入熔炼炉与坩埚之间的空隙处，将镁合金炉料放入坩埚中，合上炉盖并升温进行炉炼，熔炼时硫铁矿产生的含S和SO₂气体对镁合金进行保护。

实施例1

在电阻坩埚炉中熔炼AZ91D镁合金，熔炼炉容积20L，熔炼温度720℃，使用10g硫铁矿，粒度为1～2mm，硫铁矿置于熔炼炉与坩埚的间隙处，进行镁合金熔炼气体保护。

将破碎和烘干过后的10g硫铁矿，其粒度为1～2mm，放入电阻坩埚炉与坩埚之间的空隙处，AZ91D镁合金炉料（3Kg）放入坩埚中，盖上炉盖。开启熔炼炉，加热坩埚，升温速率10℃/min，加热升温至熔化后，硫铁矿分解产生的含S和SO₂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，熔化后继续升温至720℃，保温60min，然后进行浇注。在整个熔炼和保温过程中，硫铁矿分解产生的含S和SO₂混合气体对镁合金液的保护效果很好，没有发生镁合金液燃烧现象。

实施例2