[实用新型]一种净化镁或镁合金熔体的装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属熔体净化技术领域，具体涉及一种净化镁或镁合金熔体的装置。

背景技术

镁及其合金因具有密度小、比强度高、电磁屏蔽性强、阻尼和减震性能高、导热性能优良、尺寸稳定性高、优良的铸造性能、良好的加工性能、储量丰富等一系列优良特性，已经在最近二十年间得到高速发展。但是最近几年镁合金产品的产销量开始出现停滞不前的趋势，而且产品大多只能用作非结构件，其中一个重要原因是镁化学性质活泼，在合金冶炼及浇铸过程中难免产生或带入非金属夹杂物，严重影响了镁合金的力学性能、铸造性能及耐腐蚀性能。

镁合金中的非金属夹杂物以镁的氧、氮化物为主，如MgO、Mg₃N₂等。由于非金属夹杂物与镁基体在性能上有较大的差别，所以在镁基体变形过程中，夹杂物周围就会产生愈来愈大的应力集中，从而使夹杂物本身开裂或使夹杂物同基体的连接遭到破坏，并导致材料的断裂。研究表明，非金属夹杂物对材料强度及与断裂过程密切相关的诸如延伸率、断面收缩率、断裂韧性和疲劳抗力等一系列材料性能具有显著影响。此外，非金属夹杂物在合金液凝固时有时会析出气体，在夹杂物周围经常会伴生气孔、浇铸不足或缩松等铸造缺陷；非金属夹杂物对产品的表面或耐蚀性能也有不良影响，例如使用镁合金材料压铸成形的笔记本电脑外壳，一段时间后表面会因夹杂物吸潮导致出现一些凸起或脱落后形成凹坑。

因此，降低非金属夹杂物的含量、进一步提高镁合金纯净度也就成为继续扩大镁合金应用规模的一个关键所在。

不同于钢铁或铝合金等材料，镁合金熔体的净化有较大难度。因为镁合金非金属夹杂物的密度仅比镁或镁合金熔体的密度略大，但相差不大，非金属夹杂物往往悬浮于镁熔体中，需要很长时间的静置操作才能沉降分离其中的大部分。针对镁合金中非金属夹杂物的特点，也产生了较多的镁合金净化方法，例如熔剂精炼净化法、过滤净化法、吹气净化法、超声波或电磁净化法、复合净化法等。

熔剂精炼净化法的原理是在精炼过程中对熔体进行搅拌的同时撒入熔剂，使非金属夹杂物与液态的熔剂充分接触并被熔剂润湿包裹，在随后的保温静置过程中，因为熔剂包裹的非金属夹杂物比重大会慢慢穿过熔体在熔体底部沉降聚集。经过熔剂精练后，可使非金属夹杂物含量大幅降低。最常用的熔剂主要是由MgCl₂、KCl、CaF₂和BaCl₂等卤盐按比例混合组成。国内外熔剂种类繁多(《铸造技术》2010年31卷第1期，104～108)，如美国Dow230、220，德国ElrasalB、ElrasalC和英国MZ、Z系列，国内为含氯盐或氟盐的RJ系列。近几年来，国内出现了自主开发的精炼剂，比如上海交通大学研制的镁合金精炼剂(CN01142611、CN03128916、CN03129383、CN200510110204)等。熔剂精炼净化由于成本低、操作简便、效果好而被工业界广泛使用。

简易过滤净化法有钢丝棉(曲卫涛主编，《铸造工艺学》第237页)、不锈钢丝网(《特种铸造及有色合金》2005年第25卷第6期，333～334)、多层编制钢丝网(《铸造设备研究》2008年第5期，53～56)、打孔钢板(CN200710078417)等，这些方法的优点是不容易堵塞，易于实施。泡沫陶瓷过滤净化法(CN02145312、CN03142627)的熔体净化机理有机械拦截、稳流整流、滤饼再过滤、对夹杂物同性吸附等(《铸造设备研究》2007年第8期，42～46)。

吹气净化法或称旋转喷吹法(《中国有色金属学报》2008年第18卷第9期，1622～1627)的原理是利用吹头的快速旋转作用在熔体深处形成快速运动的气液涡流，使通入熔体的气体被破碎成细小的气泡群，气泡在上浮过程中，不仅携带熔体中的氢气，还能吸附部分氧化夹杂，起到除气及除杂的作用。

超声波净化法(《东北大学学报(自然科学版)》2011年第32卷第3期，396～399)的原理是向镁合金熔体中通入20±2kHz的高频声波，夹杂物微粒在声交互作用力和旁力的作用下形成凝聚物，再通过静置沉降分离达到除杂的目的。电磁净化法(《轻合金加工技术》2013年4卷第7期，14～17)的原理是利用镁合金熔体和非金属夹杂物的导电性差异来进行杂质分离的；在磁场作用下，由于镁合金熔体整体所受的电磁力可等效为非金属夹杂物受相反方向的电磁排斥力作用，从而使其运动到镁合金熔体边缘，起到净化作用。