[发明专利]一种采用定向凝固纯化镁熔体的方法

说明书

本发明涉及本发明涉及一种定向凝固纯化镁熔体的方法，将纯镁放入保护气体条件下，加热使原料熔化并继续保温至成分均匀后，再进行定向凝固处理，随着适宜的下拉速度的定向凝固过程中，杂质元素偏聚在固液界面处液相的一侧，随着晶体不断地生长，杂质元素最终富集到铸锭的底部和顶部；最后定向凝固得到的纯镁铸锭的底部和顶部富集杂质部分切除，得到高纯度的镁锭。本发明得到Ni杂质元素含量5ppm的纯镁铸锭，可拓展电解镁的下游产业的应用。不用添加其它任何除杂剂，因此不会引入新的夹杂物或杂质，有效地避免了二次污染，可在镁熔体除铁和/或镍工艺中取得良好的效果。而且整体工艺简单、成本低，流程短且有效。

技术领域

本发明属于金属材料镁熔体技术领域，涉及采用定向凝固纯化镁熔体的方法。

背景技术

镁合金密度小、比强度比刚度高、压铸性阻尼性好，是目前最轻的金属结构材料。镁合金材料已被广泛应用于汽车、3C产品、航空航天及军工等领域，由于环境保护和节能减排的需求，新型轻质高性能镁合金的研发和应用日益紧迫，对镁合金品质和性能也提出了更高的要求。我国的盐湖镁盐主要分布于青海省柴达木盆地，其镁盐储量占全国已查明镁盐总量的99％。基于青海盐湖的电解制备纯镁法是一种高效、污染少、能耗少且原材料丰富的原镁制备方法。但是由于镁的化学性质非常活泼，高温下会和环境中的众多物质如O₂、H₂O、N₂等发生反应，在原镁生产、镁合金熔炼及加工过程中，不可避免引入许多夹杂物，从而降低镁合金铸件的品质和使用性能。镁合金中的夹杂根据成分和结构不同，分为非金属夹杂和金属夹杂。MgO、Mg₃N₂等氮氧化物为非金属夹杂；金属夹杂以Fe、Ni、Cu等为主，夹杂物一般以薄膜状、粒子状或簇状的形态残留在镁合金的基体或晶界上。这些夹杂物主要来源于原镁中存在的及熔炼过程中产生的夹杂物，尤其是制备的纯镁中杂质元素如Fe，Ni的含量较高，这些杂质元素的存在可严重影响镁合金的物理性能，力学性能和功能特性，包括耐蚀性、强度、延伸率、成型性、阻尼性和加工性等。在文献Fe、Ni、Cu对AXJ530镁合金腐蚀性能的影响[J].特种铸造及有色合金(吴从波，王渠东，赵鹏，2006，26(11)：736-738)中，应用5％的NaCl盐雾腐蚀、浸泡腐蚀试验和电化学方法，研究了Fe、Ni、Cu杂质元素对AXJ530镁合金耐蚀性的影响。盐水和盐雾腐蚀试验结果表明，当合金中Fe和Cu的质量分数分别小于69×10^-6时；AXJ530镁合金的耐蚀性几乎没有受到影响。Fe或Cu的加入导致了合金的腐蚀表面出现了蜂窝状的腐蚀坑，而Ni的加入导致合金的腐蚀表面出现了很多点蚀坑。极化曲线试验中，Fe和Ni对腐蚀电流的影响规律和盐雾与盐水浸泡腐蚀试验中基本一致。Dow公司提出要保证AZ91合金良好的抗盐水腐蚀性能，杂质元素的含量必须严格控制：Fe50ppm，Ni5ppm，Cu300ppm。因此，有效地纯化镁熔体降低镁熔体中的杂质含量尤其是Fe、Ni，是促进镁合金发展及应用的关键。镁及镁合金中杂质元素Fe的去除一般采用：1)合金化除Fe，如添加合金元素Al、Mn、Y等与Fe形成富Fe相沉降到熔体底部从而达到纯化镁熔体的目的；2)低温静置使析出的Fe相不断沉降到熔体底部从而达到纯化镁熔体的目的以及；3)变温纯化除铁，这些方法可有效地将镁或镁熔体中的Fe杂质元素含量降低至10ppm左右，但是目前电解镁中的Ni杂质元素含量高，且没有有效地去除办法，严重的影响了其进一步开发与应用。此外，根据纯镁纯度的不同，其价格存在很大的差异。如：铁合金在线于2020年12月16日发布的陕西地区纯度为99.95％的纯镁含税现款报价为15600-16000元/吨，而纯度为99.99％的纯镁含税现款报价高达28000-30000元/吨，由此可以看出进一步提升纯镁的纯度不仅可以拓展镁的下游产业，还可以创造更大的经济价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采用定向凝固纯化镁熔体的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种定向凝固纯化镁熔体的方法，定向凝固纯化镁熔体的方法包括如下步骤：