[发明专利]一种铸造过程中镁合金熔体的保护方法

说明书

本发明提供了一种铸造过程中镁合金熔体的保护方法，将全氟液体封装在软胶囊中，在镁合金熔体浇注到模具型腔之前，将全氟液体软胶囊放到铸造型腔中，之后密闭铸造型腔，软胶囊在模具或熔体高温条件下破裂，全氟液体溢出气化形成全氟气体，全氟气体与铸型中的空气原位混合形成全氟气体镁合金熔体保护气体，其中空气作为载气，镁合金熔体在全氟气体保护气体的保护下完成充型，从而显著减少镁合金熔体在铸造充型过程中的氧化。与目前镁合金熔体在铸造过程中的保护方法相比，本发明更加简单有效，解决了常规镁合金保护气体难以有效进入密闭铸造型腔的难题，同时最大程度降低了含氟物质的使用量，降低了铸造成本与温室气体排放。

技术领域

本发明涉及镁合金冶金技术领域，具体地，涉及一种铸造过程中镁合金熔体的保护方法。

背景技术

镁合金具有比重轻、比强度和比刚度高的特性，在节能减排方面具有重要作用。随着人们对能源和环境问题的日益关注，作为轻量化材料，镁合金的应用正受到前所未有的重视。然而，镁合金与氧气亲和力高、生成的氧化镁结构疏松，高温下镁合金会发生严重的氧化、燃烧。为了防止镁合金在高温下发生氧化燃烧，国内外通常采用熔剂保护法、合金元素法和气体保护法对镁合金熔体进行保护。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。SO₂由于腐蚀性大、泄漏易造成环境污染，上世纪70年代以来，工业上普遍采用SF₆混合气体的气体保护技术。然而，上世纪末，温室效应导致的环境问题引起人们的关注，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。欧美等发达国家已经立法，在2010年前逐步限制和停止使用SF₆，国际镁业协会(IMA)也确定镁工业界于2015年前实现SF₆的零排放。在这样一个背景下，研究者开始寻找优质、高效、环保的保护气体和保护技术，以替代现有的SF₆气体保护技术。研究结果表明含氟气体与载气(通常为氮气、二氧化碳、干燥空气)按照一定比例混合时都能起到很好的保护效果，只是含氟气体的比例有所差异。这些含氟气体包括：二氟甲烷(HFC-32)、五氟乙烷(HFC-125)、四氟乙烷(HFC-134a)、二氟乙烷(HFC-152a)、七氟丙烷(HFC-227ea)、甲氧基-九氟丁烷(HFE-7200)、二氢十氟戊烷(HFC-43-10mee)等。

镁合金在含氟气体保护下完成熔化及熔体处理之后，通常通过铸造的方式完成结构件成型。与熔化及熔体处理时的保护类似，镁合金熔体铸造过程中的保护对最终镁合金结构件的内部质量也有着重要的决定性作用，然而这方面的研究却很少。如压铸过程中，镁合金熔体浇注到压铸室时即裸露在空气中，由于熔体与空气中氧气充分接触，短时间即会产生大量氧化皮，所产生的氧化皮在随后的压铸中会卷入铸件内部，造成铸件内部氧化皮夹杂，严重降低了压铸件的内部质量。再如，在低压铸造过程中，虽然可以在模具闭合之前在升液管内通入保护气体，但由于升液管中空气对流和模具闭合过程中空气的流动，保护气体很容易稀释到空气中，从而显著降低保护效果。因此，如何在铸造充型过程中有效保护镁合金熔体是目前镁合金铸造领域需要解决一个技术难题。

全氟液体包括全氟-2-甲基-3戊酮(全氟己酮)，全氟-4-甲基-2-戊烯，全氟-2-甲基-2-戊烯，全氟-2-甲基-2、3-环氧戊烷，全氟-2-甲基-丁酮，全氟双异丙基酮，全氟-2、4-二甲基-3-庚烯，全氟-3-异丙基-4-甲基-2-戊烯，全氟-2、4-二甲基-3-乙基-2-戊烯中一种或者他们的混合物。全氟液体常温下为清澈、无色、无味的液体，通常作为灭火剂、清洗剂和溶剂使用。全氟液体含氟量较高，能够与镁合金熔体发生化学反应形成MgF₂与MgO形成致密膜层，从而能够有效隔离镁合金熔体和空气中的氧气，起到阻止镁合金熔体与氧气进一步反应的作用。但由于常温下全氟液体为液态(沸点为40～60℃)，使用时需先气化再与载气混合使用，难以对全氟液体含量进行精确控制。而常规含氟气体常温下即为气体，可直接与载气混合使用，操作方便且含量可以精确控制。因此，工业上不采用全氟液体对镁合金熔体进行保护。