一种镁铝系合金的气体变质方法技术

本发明专利技术公开了一种镁铝系合金的气体变质方法，本方法用于在镁铝系合金金属液的铸造前进行变质处理以提高晶粒细化程度，其特征在于，采用CO或碳氢气体变质剂代替传统变质剂，对镁铝系合金进行变质处理。本发明专利技术不仅能祛除镁合金变质过程中的副产物，还极大的减轻了人工的工作量，并且具有操作简单，镁合金变质过程参量可控，生产连续自动化等优点，能够提高变质处理晶粒细化效果，降低杂质含量，提高最终铸造产品质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镁铝系合金铸造成形领域，具体涉及一种镁铝系合金的气体变质方法。
技术介绍
随着汽车工业、电子工业和航空航天等工业的迅速发展，实现经济飞跃的同时也使得能源消耗和环境污染问题空前严重。为了响应节能减排的号召，被称为“2l世纪商用绿色环保和生态金属结构材料”的镁合金有了巨大的应用前景。在众多镁合金种类当中，镁铝系合金凭借其优异的性能和较低的经济成本实现了广泛的的应用。目前镁铝系合金主要以铸造的方式生产，其性能主要取决于铸造组织，特别是晶粒尺寸。细晶强化是最有效的既能提高塑韧性又能提高强度的方法之一，目前对于镁合金来说变质处理是用的比较多的细化晶粒的方法。变质处理是指向金属液体中加入一些细小的形核剂(又称为孕育剂或变质剂)，使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能目的的处理方式。在铸造前对金属液进行变质处理，能够有效地提高铸造产品性能质量。而镁铝系合金主要是通过加入含碳变质剂进行变质处理，传统的变质剂有菱镁矿、C2Cl6、CaCO3等。菱镁矿变质虽然成本低也能达到细化晶粒的效果但变质效果衰退快，污染熔体。C2Cl6变质剂能解决变质效果衰退快的问题但它在与镁熔体发生反应时生成有毒气体氯气有害人体健康、污染环境，并且会导致厂房和设备的快速腐蚀。这些方法还有些共同的缺点：依赖人工、间歇作业、熔炼环境恶劣、不能实现生产的连续自动化等。虽然其经济成本低，但违背了当今重视环境这一主题。对于上述方法国内外学者进行了大量的研究。吴国华等人在专利“镁铝系镁合金晶粒细化复合熔剂及其制备方法”（CN20031472350A）中提出由氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钠、六氯乙烷等组成的一种复合熔剂，意在综合各种熔剂的优点，克服现有镁合金熔剂功能单一的缺点，既能去除镁熔体中非金属夹杂物，又能有效细化晶粒。但是此方法熔剂配比复杂，成本较高，并且熔炼过程也相当繁琐。后来彭秋明在专利“一种适用于镁铝基合金的细化剂及其制备方法”（CN201110198403）中也提出了由Sr、Sn、RE等粉末研磨20-40小时制成的晶粒细化剂，也同样存在价格昂贵，晶粒细化剂制备耗时过久，工艺复杂不适合工程应用等问题。在此不再一一赘述。为了解决目前镁合金熔炼所存在的问题，近年来也有学者在研究中体现了利用气体易控的特性代替固态变质剂的思想。下面对这些方法进行具体介绍：1、日本学者EijiYano在EffectofCarbonPowderonGrainRefinementofanAZ91EMagnesiumAlloy中提出以氩气为载体向镁熔体中通入碳粉，利用碳粉与熔体反应生成异质核心，此方法也能起到细化晶粒的效果，并且以惰性气体为载体避免了想熔体中带入杂质或变质剂与熔体反应污染熔体等缺陷。但是此方法，以高纯氩气为载体通入碳粉，不仅设备昂贵复杂，碳粉的通入参数不可控，而且通入碳粉粗细也有严格的要求，因此不能在生产上广泛应用。2、为了解决熔炼过程中环境污染严重等问题，南昌大学的高挺也试图用CO2气体作为变质剂，探究其对镁合金的变质效果，虽然此论文提出了用CO2气体作为变质剂，有效的改善了镁合金熔炼环境恶劣的问题，但并没有提到具体通入气体的方法和相关参数设置，也没有考虑到CO2气体的通入带入了大量的氧，氧与镁熔体发生反应生成副产物难以去除。3、JayalakshmiSubramanian在论文FeasibilitystudyonutilizingcarbondioxideduringtheprocessingofMg–Alalloys中提出向镁合金熔体周围通入Ar和CO2混合气体，并且在这种气氛下对其进行挤压加工。并观察对比使用和不使用CO2对合金的显微组织以及力学性能的影响，其结果表明在CO2气体氛围下，CO2与合金液发生一系列反应，使得合金经过加工后具有较少的气孔和缺陷，力学性能也得到提高。此方法并不是将CO2气体作为直接的变质剂，只是利用CO2与镁液反应的特点，这算是为后续研究提供了一个依据。上述方法都一定程度的提到了利用气体的特性来改善合金性能，但也没有真正解决问题。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种操作简单，能够提高变质处理晶粒细化效果，降低杂质含量，提高最终铸造产品质量的镁铝系合金的气体变质方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种镁铝系合金的气体变质方法，本方法用于在镁铝系合金金属液的铸造前进行变质处理以提高晶粒细化程度，其特征在于，采用CO或碳氢气体变质剂代替传统变质剂，对镁铝系合金进行变质处理。这样，采用CO或碳氢气体作为变质气体与镁铝合金熔体发生反应，具体反应如下：CO分解得到C；然后3C+4Al=Al4C3；或者碳氢气体分解得到C+H2；然后3C+4Al=Al4C3；使得反应过程中还原出的碳单质与Al结合生成Al4C3质点，弥散分布于镁熔体中作为形核的核心，从而达到细化晶粒的目的。相比较于含碳化合物变质剂例如MgCO3与镁液反应会释放出CO2再分解反应，本专利技术直接采用含碳气体节约了反应时间，采用CO气体含氧量低，带入的氧较少，生成的副产物也少。含碳氢的气体分解只生成氢气，不会产生固态夹杂，本专利技术变质过程中或变质后采用气体精炼法能有效去除熔体中的氢气。作为优化，在镁铝系合金金属液进行铸造前，将CO或碳氢化合物气体作为变质气体通入镁铝系合金熔体中，再用机械搅拌破碎成细小气泡，并在与熔体混合旋流过程中和合金熔体流发生反应获得异质晶核，细化铸态晶粒。这样，通入变质气体的同时机械搅拌，将通入的气体打碎，使得通入气体的气泡细小均匀地分散到镁合金熔体中，与熔体发生反应生成弥散异质晶核，以利于提高生成异质晶核的数量和均匀性。达到良好的变质效果。进一步地，变质气体由流量计计量后，再由管道导入熔池底部，并被高速旋转搅拌头破碎成细小气泡，弥散分布在熔池中。保证异质晶核生成效果。进一步地，使得在变质过程中，熔池在搅拌头带动下做强制自下而上的流动，以确保熔体与气泡充分接触，得到有效变质。作为优化，在通入CO或碳氢化合物气体实现变质处理时或处理后，往镁铝系合金熔体中通入精炼气体进行精炼，精炼结束后静置一段时间进行浇注。精炼气体选用常规惰性气体。这样，变质过程中或变质后，向熔池通入精炼气体，气体流将变质反应产生的副产物——非金属夹杂从熔体中分离出来并携出熔池，确保变质熔体具有需要的纯净度。具体操作方式，可以如下，A、在炉次式变质操作时，变质气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁铝系合金的气体变质方法，本方法用于在镁铝系合金金属液的铸造前进行变质处理以提高晶粒细化程度，其特征在于，采用CO或碳氢气体变质剂代替传统变质剂，对镁铝系合金进行变质处理。

【技术特征摘要】
1.一种镁铝系合金的气体变质方法，本方法用于在镁铝系合金金属液的铸造前进行变
质处理以提高晶粒细化程度，其特征在于，采用CO或碳氢气体变质剂代替传统变质剂，对镁
铝系合金进行变质处理。
2.如权利要求1所述的镁铝系合金的气体变质方法，其特征在于，在镁铝系合金金属液
进行铸造前，将CO或碳氢化合物气体作为变质气体通入镁铝系合金熔体中，再用机械搅拌
破碎成细小气泡，并在与熔体混合旋流过程中和合金熔体流发生反应获得异质晶核，细化
铸态晶粒。
3.如权利要求2所述的镁铝系合金的气体变质方法，其特征在于，在通入CO或碳氢化合
物气体实现变质处理时或处理后，往镁铝系合金熔体中通入精炼气体进行精炼，精炼结束
后静置一段时间进行浇注。
4.如权利要求1所述的镁铝系合金的气体变质方法，其特征在于，采用以下结构的镁铝
系合金熔炉实现炉次式变质操作，所述镁铝合金熔炉，包括一炉体，炉体内部具有坩埚容置
空间并容置有一个坩埚，坩埚容置空间上端开口处设置有盖板，保温炉体外侧分别设置有
保护气体气源、精炼气体气源和变质气体气源，所述保护气体气源出气口连接有保护气体
管道，保...

【专利技术属性】
技术研发人员：游国强，龙思远，刘青，黄彦彦，查吉利，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50