專利名稱：一種鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，屬于輕金屬材料及其冶金類領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂及其合金以其質(zhì)輕、鑄造成形性能優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)，在道路交通工具、手持工具等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。但是鎂的化學(xué)性能活潑，與氧的化學(xué)親和力大，氧化后形成氧化膜疏松，導(dǎo)致鎂及其合金(說明書中所提到的鎂合金均指未添加Be、Ca等阻燃元素的普通鎂合金)在高溫條件下易于發(fā)生持續(xù)的氧化直至燃燒，甚至爆炸。因此，鎂及其合金在高溫下必須采取有效的阻燃保護(hù)措施。
當(dāng)前，除已不常用的熔劑(覆蓋劑)保護(hù)和尚未完全成熟的合金化阻燃技術(shù)外，在鎂及其合金的大規(guī)模批量生產(chǎn)中最為常用的阻燃方法是氣體阻燃保護(hù)技術(shù)。所謂氣體阻燃保護(hù)就是將能與鎂及其合金反應(yīng)生成致密表面膜的保護(hù)氣體引至高溫的鎂及其合金，阻止鎂及其合金的持續(xù)氧化燃燒的技術(shù)。保護(hù)氣體一般為混合氣體，由“能與鎂及其合金生成致密保護(hù)膜”的反應(yīng)性氣體和“將保護(hù)性反應(yīng)氣體稀釋并均勻地分布到高溫鎂及其合金表面”的載流稀釋氣體組成。目前使用最為普遍的反應(yīng)性氣體是SF6；常用的載流稀釋氣體一般是干燥壓縮空氣、N2、CO2中的一種或者任意兩種或三種的混合物。實(shí)際應(yīng)用中，反應(yīng)性氣體和載流稀釋氣體一般為瓶裝氣體(干燥壓縮空氣一般用空壓機(jī)、氣體凈化裝置現(xiàn)場(chǎng)制得)，均分別用減壓閥進(jìn)行減壓、用流量控制器件來控制流速后，通入輸氣管路，在其中實(shí)現(xiàn)氣體混合，再通入出口端位于加熱爐內(nèi)、鎂合金上方的氣體導(dǎo)入管，到達(dá)需要阻燃保護(hù)的鎂及其合金表面。氣體阻燃保護(hù)技術(shù)不僅適用于液態(tài)鎂及其合金的阻燃保護(hù)(如熔化、保溫等工序)，還可用于固態(tài)鎂及其合金高溫阻燃保護(hù)(如熱處理等工序)。自上世紀(jì)70年代至今，以SF6混合氣體為代表的氣體保護(hù)技術(shù)一直是普遍采用的鎂及其合金阻燃保護(hù)方法。
然而，上世紀(jì)末，隨著人們對(duì)全球變暖和氣體溫室效應(yīng)的深入研究，發(fā)現(xiàn)鎂工業(yè)中被普遍用作反應(yīng)性氣體的SF6是一種嚴(yán)重的溫室效應(yīng)氣體，其溫室效應(yīng)約為CO2的24000倍。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)立法，在2010年前逐步限制和停止使用SF6。因此，全球鎂工業(yè)正在積極尋求新型、環(huán)境友好的氣體保護(hù)技術(shù)，以替代現(xiàn)有的SF6氣體保護(hù)技術(shù)。
目前，已經(jīng)報(bào)道的SF6替代技術(shù)大致有以下兩大類第一類，使用SO2。該方法早在上世紀(jì)70年代SF6被普遍使用前就已經(jīng)存在。在高溫下，SO2可以和Mg反應(yīng)生成含MgS的致密表面膜，達(dá)到阻燃保護(hù)效果。但SO2是有毒氣體、具有較強(qiáng)的刺激性氣味和腐蝕性，因此隨著無毒無味的SF6氣體的保護(hù)作用被發(fā)現(xiàn)和利用后被迅速淘汰。目前，在新型保護(hù)氣體技術(shù)尚未完全成熟、SF6的使用被禁止的情況下，人們開始重新使用SO2混合氣體進(jìn)行鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)。然而，SO2畢竟是一種有毒、刺激性強(qiáng)、有腐蝕作用的氣體，其應(yīng)用前景并不看好。
第二類，使用含F(xiàn)化合物。研究表明，SF6對(duì)鎂的高溫阻燃保護(hù)機(jī)制主要在于其含F(xiàn)。SF6在高溫下與鎂反應(yīng)生成致密的含MgF2的高致密性表面膜，阻燃保護(hù)效果好。因此，新型保護(hù)氣體研究人員將開發(fā)目光放在了其它含F(xiàn)化合物上。目前公開的主要有以下幾種(1)含BF3的混合氣體技術(shù)。國(guó)外有人用KBF4在線分解生成BF3，再與載流稀釋氣體混合，用于鎂合金的高溫阻燃保護(hù)。BF3氣體毒性很強(qiáng)，迄今該技術(shù)未得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用。
(2)含NovecTM612的混合氣體技術(shù)。NovecTM612是美國(guó)3M公司開發(fā)的一種含氟化合物，屬于氟化酮類(Fluorinated ketones)。據(jù)報(bào)道，NovecTM612的環(huán)境沖擊小，與載流稀釋氣體混合后，對(duì)鎂及其合金熔體具有較好的阻燃保護(hù)效果。但NovecTM612沸點(diǎn)較高、常溫下是液態(tài)，這給工業(yè)使用帶來不便。該技術(shù)尚處于研究階段，還未見規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的報(bào)導(dǎo)。
(3)含氫氟烴(Hydrofluorocarbons，簡(jiǎn)稱HFCs)的混合氣體技術(shù)。氫氟烴類化合物不僅含有鎂及其合金高溫阻燃保護(hù)所需要的F，同時(shí)無毒或低毒，ODP值(臭氧消耗潛能值)為零，GWP值(全球變暖潛能值)和價(jià)格相對(duì)與SF6而言較低，是SF6的潛在的理想替代物。本發(fā)明使用的HFC-125就是一種氫氟烴，因此下面進(jìn)行重點(diǎn)介紹通過文獻(xiàn)檢索，得到以下文獻(xiàn)，與本發(fā)明最為接近文獻(xiàn)1“C2H2F4氣體保護(hù)下鎂及鎂合金的熔煉研究”，發(fā)表于期刊《鑄造技術(shù)》，2005年第4期，288-291頁，涉及到C2H2F4(即HFC-134a)用于鎂及鎂合金的高溫阻燃保護(hù)；文獻(xiàn)2“二氟甲烷在鎂合金熔煉保護(hù)的研究”，發(fā)表于期刊《特種鑄造及有色合金》，2005年第7期，406-407頁；涉及到二氟乙烷(即HFC-32)用于鎂及鎂合金的高溫阻燃保護(hù)；文獻(xiàn)3“A New Low GWP Protective Atmosphere Containing HFC-152a for MoltenMagnesium against Ignition”，發(fā)表于《MATERIALS SCIENCE FORUM》，2005年488-489卷，73-76頁，涉及到HFC-152a用于鎂及鎂合金的高溫阻燃保護(hù)；根據(jù)報(bào)道，這幾種氫氟烴類化合物與常規(guī)載流稀釋氣體混合后，都能為鎂熔體提供阻燃保護(hù)。下面分別介紹這幾種化合物的性質(zhì)和用于鎂及其合金阻燃保護(hù)時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)(本發(fā)明涉及的HFC-125的性質(zhì)也在這里進(jìn)行了介紹，以便于后文進(jìn)行比較)下文用到的數(shù)據(jù)的出處為①出版物《環(huán)保型制冷劑—?dú)浞鸁N的生產(chǎn)、性質(zhì)及應(yīng)用》，李惠黎、任建綱編著，化學(xué)工業(yè)出版社2003年出版；②美國(guó)杜邦公司材料安全數(shù)據(jù)表中心網(wǎng)站(Dupont MSDS Central，http://www.msds.dupont.com)；③國(guó)際氟碳化合物毒性評(píng)估機(jī)構(gòu)PAFT網(wǎng)站(Program for Alternative Fluorocarbon Toxicity Testing，http://www.afeas.org/paft/)。
①HFC-134a(1，1，1，2-四氟乙烷)分子式CH2FCF3，每個(gè)分子中含4個(gè)F原子、2個(gè)H原子。
氣味和外觀在常溫常壓下是一種無色、有輕微醚類氣味的氣體。
可燃性在大氣壓下、空氣中HFC-134a是不可燃的，但在特定條件下具有可燃性其在常壓下的自燃溫度為770℃；當(dāng)壓力、氧濃度和溫度升高到一定程度下，具有可燃性。
生理活性與毒性根據(jù)PAFT(Program forAlternative Fluorocarbon Toxicity Testing，氟碳化合物毒性評(píng)估機(jī)構(gòu))的測(cè)試結(jié)果，HFC-134a屬于無毒或低毒的化合物。美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)(AIHA)下屬的工廠環(huán)境暴露極限委員會(huì)(WEEL)推薦的8小時(shí)工作暴露極限濃度(8h，TWA)為1000ppm。
溫室效應(yīng)；HFC-134a的GWP值為1400②HFC-32(二氟甲烷)分子式CH2F2，每個(gè)分子中含2個(gè)F原子、2個(gè)H原子。
氣味和外觀在常溫常壓下是一種無色、略帶醚類氣味的氣體。
可燃性HFC-32是一種可燃?xì)怏w，在大氣壓下、空氣中的燃燒極限為14-31vol.％，其在常壓下的自燃溫度為680℃。
生理活性與毒性PAFT的毒性測(cè)試結(jié)論為HFC-32的急性、亞急性吸入毒性非常低(動(dòng)物的4h ALC為76％)，不致畸、無致突變性。美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)(AIHA)下屬的工廠環(huán)境暴露極限委員會(huì)(WEEL)推薦的8小時(shí)工作暴露極限濃度(8h，TWA)為1000ppm。
溫室效應(yīng)；HFC-32的GWP值為650。
③HFC-152a(1，1-二氟乙烷)分子式CH3CHF2，每個(gè)分子中含2個(gè)F原子、4個(gè)H原子。
氣味和外觀在常溫常壓下是一種無色、有輕微醚類氣味的氣體。
可燃性HFC-152a是一種可燃?xì)怏w，在大氣壓下、空氣中的燃燒極限為3.9-16.9vol.％，其在常壓下的自燃溫度為454℃。
生理活性與毒性PAFT的毒性測(cè)試結(jié)論為HFC-152a的急性、亞急性吸入毒性很小低，主要的生理反應(yīng)是輕微的麻醉(動(dòng)物的4h ALC為38.3％)，不致畸、無致突變性。美國(guó)杜邦度公司推薦的8小時(shí)工作暴露極限濃度(8h，TWA)為1000ppm。
溫室效應(yīng)；HFC-152a的GWP值為140。
表1 幾種氫氟烴類化合物的性質(zhì)比較

④HFC-125(1，1，1，2，2-五氟乙烷)(本發(fā)明中使用)分子式CF3CHF2，每個(gè)分子中含5個(gè)F原子、1個(gè)H原子。
氣味和外觀在常溫常壓下是一種無色、無味的氣體。
可燃性在大氣壓下、與任意比例的空氣混合不可燃，其在常壓下的不自燃。當(dāng)壓力、氧濃度和溫度升高到一定程度下，具有可燃性。
生理活性與毒性PAFT的毒性測(cè)試結(jié)論為HFC-125的急性、亞急性吸入毒性非常低(動(dòng)物的4h ALC為80％)，不致畸、無基因毒性。美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)(AIHA)下屬的工廠環(huán)境暴露極限委員會(huì)(WEEL)推薦的8小時(shí)工作暴露極限濃度(8h，TWA)為1000ppm。
溫室效應(yīng)；HFC-125的GWP值為2800幾種氫氟烴化合物主要性質(zhì)的比較如表1所示。
從表1可以看到，相對(duì)于SF6而言，HFC-134a、HFC-152a和HFC-32的GWP值較小，有利于環(huán)保，但用于鎂及其合金高溫阻燃也存在明顯的不足之處①分子中含有益原子F和有害原子H的比例小如前所述，F(xiàn)原子是高溫鎂及其合金阻燃的關(guān)鍵因素，每個(gè)分子中含F(xiàn)原子數(shù)的多少基本決定了其阻燃保護(hù)能力的強(qiáng)弱(SF6之所以具有優(yōu)秀的阻燃保護(hù)能力，這與其分子中含有6個(gè)F原子是分不開的)。因此理想的保護(hù)氣體的F含量越多越好。保護(hù)氣體里的H原子是有害的，一方面H溶于鎂熔體中損害鎂合金的力學(xué)性能，另一方面，高溫下，H原子的存在，增加了生成HF(劇毒、腐蝕性)的機(jī)會(huì)，因此保護(hù)氣體中的H含量越低越好。換句話說，即F原子數(shù)和H原子數(shù)的比例越大越好。
已報(bào)道的HFC-134a、HFC-32、HFC-152a三種化合物中的F原子數(shù)和H原子數(shù)的比例分別為2∶1、1∶1、1∶2，有益原子和有害原子的比例小，尤其是后面兩種，不僅F原子數(shù)少(均為2)，F(xiàn)原子數(shù)和H原子數(shù)的比例也太小(分別為1∶1、1∶2)，不利于鎂合金的品質(zhì)和阻燃。
②在可燃性方面存在不足由于鎂本身是易燃、易爆的，在生產(chǎn)過程中應(yīng)該盡可能的降低和消除所有引發(fā)燃燒的因素，從這一點(diǎn)出發(fā)，作為鎂及其合金高溫阻燃用的氣體當(dāng)然應(yīng)該是不具可燃性的。然而HFC-32和HFC-152a具有較高的可燃性、自燃溫度低，單從這個(gè)角度看是不適合用于鎂及其合金高溫阻燃的。HFC-134a在常規(guī)條件下與空氣的混合物不具可燃性，但由于兩個(gè)H原子的存在，一定程度上降低了其化學(xué)穩(wěn)定性，導(dǎo)致其在770℃時(shí)自燃，鎂及其合金的工藝溫度一般為650-750℃，那么生產(chǎn)設(shè)備中加熱部件的最高工作溫度可能會(huì)達(dá)到800-850℃，具備導(dǎo)致HFC-134a自燃的條件，也即存在安全隱患。
③在氣味和毒性上略顯不足為了保證鎂生產(chǎn)企業(yè)具有良好的生產(chǎn)環(huán)境，所用氣體最好是無色、無味、無毒的，幾種化合物基本上都是可以滿足要求，只是都有輕微的醚類氣味，HFC-152a還具有輕微的麻醉作用，略顯不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)SF6混合氣體保護(hù)技術(shù)存在的嚴(yán)重溫室效應(yīng)，而目前的替代技術(shù)尚存在不足，尤其是使用含HFC-134a、HFC-32或HFC-152a氣體的替代技術(shù)存在分子中含有益原子F和有害原子H的比例小、在可燃性方面存在不足、在氣味和毒性上略顯不足的現(xiàn)狀，提供一種用于鎂及其合金高溫阻燃保護(hù)的新方法。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如以下步驟(1)準(zhǔn)備阻燃保護(hù)用HFC-125和載流稀釋氣體氣源，其中，HFC-125氣源為工業(yè)瓶裝HFC-125氣體，載流稀釋氣體氣源為工業(yè)瓶裝N2、工業(yè)瓶裝CO2、干燥壓縮空氣中的一種或者任意兩種或三種；(2)將HFC-125和載流稀釋氣體氣源均分別依次密封連接減壓閥和流量控制器，并將流量控制器的出口端均與輸氣管的入口端密封連接，輸氣管的出口端再與耐高溫的保護(hù)氣體導(dǎo)入管入口端密封連接，該保護(hù)氣體導(dǎo)入管出口置于加熱爐內(nèi)的鎂及其合金上方；(3)需要進(jìn)行鎂及其合金的阻燃保護(hù)時(shí)，開通HFC-125和載流稀釋氣體氣源，調(diào)節(jié)減壓閥，使其壓強(qiáng)均為0.1-0.45MPa，調(diào)節(jié)流量控制器，使HFC-125的體積百分比濃度為0.02-1.15％、載流稀釋氣體的體積百分比濃度為98.85-99.98％，并使HFC-125和載流稀釋氣體的用量滿足當(dāng)用于鎂及其合金的熔化、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)時(shí)，HFC-125和載流稀釋氣體的每分鐘總體積流量與熔化用坩堝內(nèi)口面積的比值為35-150L/m2；當(dāng)用于鎂及其合金在低于其熔點(diǎn)溫度范圍的爐內(nèi)加熱、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)時(shí)，HFC-125和載流稀釋氣體的每分鐘總體積流量與所用加熱爐爐膛容積的比值為0.015-0.35L/L。
本發(fā)明內(nèi)容與現(xiàn)有技術(shù)相比，存在以下技術(shù)效果本發(fā)明與最接近的現(xiàn)有技術(shù)(即使用含HFC-134a、HFC-32或HFC-152a的混合氣體技術(shù))相比，不同之處在于使用了不同的反應(yīng)性氣體前者使用的是HFC-125；后三者分別使用的是HFC-134a、HFC-32、HFC-152a。相比之下，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(如表1所示)①HFC-125分子中的F原子數(shù)為5、最多，H原子數(shù)為1、最少，單個(gè)分子中F原子數(shù)和H原子數(shù)的比例為5∶1，最高。如前所述，F(xiàn)原子是高溫鎂及其合金阻燃的關(guān)鍵因素，每個(gè)分子中含F(xiàn)原子數(shù)的多少基本決定了其阻燃保護(hù)能力的強(qiáng)弱，因此HFC-125更適合用于鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)。
②HFC-125在常壓、空氣中沒有可燃性，不自燃。HFC-32和HFC-152a具有較高的可燃性、自燃溫度低，具有明顯的缺點(diǎn)。HFC-134a和HFC-125在常規(guī)條件下與空氣的混合物都不具可燃性，但前者的自燃點(diǎn)為770℃，后者不自燃，則后者略顯優(yōu)勢(shì)。因此，從鎂生產(chǎn)的特殊性所要求的降低可燃因素的角度看，HFC-125更適合用于鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)。
③HFC-125無色、無味，毒性非常低。HFC-134a、HFC-32、HFC-152a有輕微的醚類氣味，HFC-152a還具有輕微的麻醉作用，HFC-125再次略顯優(yōu)勢(shì)。
④HFC-125的GWP值為2800，即在幾種化合物中其溫室效應(yīng)最高，但如第①點(diǎn)所述，由于HFC-125中含F(xiàn)原子數(shù)高，其在實(shí)際使用中的濃度更低，用量更少，在一定程度上消除了其GWP值較大帶來的負(fù)面影響；另外，同SF6相比，其GWP值已經(jīng)小了將近10倍，作為SF6的替代品已經(jīng)非常合格了。
綜上所述，除在GWP值上略有不足外，HFC-125在保證阻燃保護(hù)效果、減少對(duì)鎂熔體的污染和HF的生成、降低生產(chǎn)場(chǎng)所的火患、低毒低害等方面都比其它幾種化合物更有優(yōu)勢(shì)，更適合用于鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1在箱式電阻熱處理爐中上進(jìn)行鎂合金零件熱處理過程阻燃保護(hù)實(shí)驗(yàn)。熱處理爐的爐膛內(nèi)空尺寸為0.2m×0.32m×0.5m，即爐膛容積為32L，功率10KW。在其后面的進(jìn)氣口插入內(nèi)徑為Φ＝10mm的不銹鋼管，用作混合保護(hù)氣體的導(dǎo)入管，其入口端位于熱處理爐外。所用鎂合金零件為AZ91D合金鑄件，置于熱處理爐內(nèi)。阻燃保護(hù)用氣源為外購(gòu)工業(yè)瓶裝HFC-125和CO2。HFC-125和CO2氣源均分別依次密封連接減壓閥和流量控制器，流量控制器的出口端均與輸氣管的入口端密封連接，輸氣管的出口端與插入熱處理爐的氣體導(dǎo)入管進(jìn)口端密封連接。
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，開通HFC-125和CO2氣源，調(diào)節(jié)減壓閥將其壓強(qiáng)控制在0.12MPa，調(diào)節(jié)流量控制器件將其流速分別控制在HFC-1250.1mL/min、CO20.5L/min，即HFC-125的體積百分比濃度為0.02％，載流稀釋氣體(CO2)的體積百分比濃度為99.98％，HFC-125和載流稀釋氣體(CO2)的每分鐘總體積流量與所用熱處理爐爐膛容積的比值為0.5001/32＝0.016L/L。在混合氣體的保護(hù)下，熔爐以200℃/h的速度升溫至400℃，然后保溫2小時(shí)，再隨爐冷卻至室溫。整個(gè)過程中，合金鑄件沒有產(chǎn)生燃燒。
實(shí)施例2在箱式電阻熱處理爐中上進(jìn)行鎂合金零件熱處理過程阻燃保護(hù)實(shí)驗(yàn)。熱處理爐的爐膛內(nèi)空尺寸為0.2m×0.32m×0.5m，即爐膛容積為32L，功率10KW。在其后面的進(jìn)氣口插入內(nèi)徑為Φ＝10mm的不銹鋼管，用作混合保護(hù)氣體的導(dǎo)入管，其入口端位于熱處理爐外。所用鎂合金零件為AM60A合金鑄件，置于熱處理爐內(nèi)。阻燃保護(hù)用氣源為外購(gòu)工業(yè)瓶裝HFC-125和N2。HFC-125和N2氣源均分別依次密封連接減壓閥和流量控制器，流量控制器的出口端均與輸氣管的入口端密封連接，輸氣管的出口端與插入熱處理爐的氣體導(dǎo)入管進(jìn)口端密封連接。
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，開通HFC-125和N2氣源，調(diào)節(jié)減壓閥將其壓強(qiáng)控制在0.12MPa，調(diào)節(jié)流量控制器件將其流速分別控制在HFC-1251.5mL/min、N25L/min，即HFC-125的體積百分比濃度為0.03％，載流稀釋氣體(N2)的體積百分比濃度為99.97％，HFC-125和載流稀釋氣體(N2)的每分鐘總體積流量與所用熱處理爐爐膛容積的比值為5.0015/32＝0.16L/L。在混合氣體的保護(hù)下，熔爐以200℃/h的速度升溫至400℃，然后保溫2小時(shí)，再隨爐冷卻至室溫。整個(gè)過程中，合金鑄件沒有產(chǎn)生燃燒。
實(shí)施例3使用工業(yè)用鎂合金熔爐進(jìn)行純鎂熔化、保溫和冷卻的阻燃保護(hù)實(shí)驗(yàn)。所用熔爐為重慶碩龍科技有限公司產(chǎn)HS-350壓鑄鎂合金熔化澆注爐，坩堝內(nèi)口面積約為0.32m3，其自帶耐高溫的保護(hù)氣體導(dǎo)入管路，用以將混合保護(hù)氣體導(dǎo)入熔爐內(nèi)坩堝上方，其入口端位于熔爐外。所用鎂為工業(yè)純鎂，置于熔爐的坩堝內(nèi)。阻燃保護(hù)用氣源為外購(gòu)工業(yè)瓶裝HFC-125和干燥壓縮空氣。HFC-125和干燥壓縮空氣氣源均分別依次密封連接減壓閥和流量控制器，流量控制器的出口端均與輸氣管的入口端密封連接，輸氣管的出口端與再與熔爐的氣體導(dǎo)入管路入口端密封連接。
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，開通HFC-125和干燥壓縮空氣氣源，調(diào)節(jié)減壓閥將其壓強(qiáng)控制在0.15MPa，調(diào)節(jié)流量控制器件將其流速分別控制在HFC-12520mL/min、干燥壓縮空氣40L/min、，即HFC-125的體積百分比濃度為0.05％，載流稀釋氣體(干燥壓縮空氣)的體積百分比濃度為99.95％，HFC-125和載流稀釋氣體(干燥壓縮空氣)每分鐘的總體積流量與坩堝內(nèi)口面積的比值為40.020/0.32＝125.63L/m2。在混合氣體的保護(hù)下，熔爐以100℃/h的速度升溫至700℃，其間鎂發(fā)生熔化，然后保溫2小時(shí)，再隨爐冷卻至室溫。整個(gè)過程中，鎂在熔化前、熔化后以及冷卻過程中都沒有產(chǎn)生燃燒；熔化狀態(tài)下，在其熔體表面可以觀察到一層柔軟起皺、有銀白色金屬光澤的表面膜，隨著時(shí)間的增加，這層表面膜的金屬光澤逐漸減少、消失，呈現(xiàn)出銀灰色。
實(shí)施例4使用工業(yè)用鎂合金熔爐進(jìn)行純鎂熔化、保溫和冷卻的阻燃保護(hù)實(shí)驗(yàn)。所用熔爐為重慶碩龍科技有限公司產(chǎn)HS-350壓鑄鎂合金熔化澆注爐，坩堝內(nèi)口面積約為0.32m3，其自帶耐高溫的保護(hù)氣體導(dǎo)入管路，用以將混合保護(hù)氣體導(dǎo)入熔爐內(nèi)坩堝上方，其入口端位于熔爐外。所用鎂為工業(yè)純鎂，置于熔爐的坩堝內(nèi)。阻燃保護(hù)用氣源為外購(gòu)工業(yè)瓶裝HFC-125、N2和干燥壓縮空氣。HFC-125、N2和干燥壓縮空氣氣源均分別依次密封連接減壓閥和流量控制器，流量控制器的出口端均與輸氣管的入口端密封連接，輸氣管的出口端與再與熔爐的氣體導(dǎo)入管路入口端密封連接。
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，開通HFC-125、N2和干燥壓縮空氣氣源，調(diào)節(jié)減壓閥將其壓強(qiáng)控制在0.20MPa，調(diào)節(jié)流量控制器件將其流速分別控制在HFC-12535mL/min、干燥壓縮空氣17.5L/min、N217.5L/min，即HFC-125的體積百分比濃度為0.10％，載流稀釋氣體(干燥壓縮空氣+N2)的體積百分比濃度為99.90％，HFC-125和載流稀釋氣體(干燥壓縮空氣+N2)每分鐘的總體積流量與坩堝內(nèi)口面積的比值為35.035/0.32＝109.48L/m2。在混合氣體的保護(hù)下，熔爐以100℃/h的速度升溫至700℃，其間鎂發(fā)生熔化，然后保溫2小時(shí)，再隨爐冷卻至室溫。整個(gè)過程中，鎂在熔化前、熔化后以及冷卻過程中都沒有產(chǎn)生燃燒；熔化狀態(tài)下，在其熔體表面可以觀察到一層柔軟起皺、有銀白色金屬光澤的表面膜，隨著時(shí)間的增加，這層表面膜的金屬光澤逐漸減少、消失，呈現(xiàn)出銀灰色。
實(shí)施例5使用工業(yè)用鎂合金熔爐進(jìn)行純鎂熔化、保溫和冷卻的阻燃保護(hù)實(shí)驗(yàn)。所用熔爐為重慶碩龍科技有限公司產(chǎn)HS-350壓鑄鎂合金熔化澆注爐，坩堝內(nèi)口面積約為0.32m3，熔爐自帶耐高溫的保護(hù)氣體導(dǎo)入管路，用以將混合保護(hù)氣體導(dǎo)入熔爐內(nèi)坩堝上方，其入口端位于熔爐外。所用鎂合金為AZ31B，置于熔爐的坩堝內(nèi)。阻燃保護(hù)用氣源為外購(gòu)工業(yè)瓶裝HFC-125和N2。HFC-125和N2氣源均分別依次密封連接減壓閥和流量控制器，流量控制器的出口端均與輸氣管的入口端密封連接，輸氣管的出口端與再與熔爐的氣體導(dǎo)入管路入口端密封連接。
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，開通HFC-125和N2氣源，調(diào)節(jié)減壓閥將其壓強(qiáng)控制在0.25MPa，調(diào)節(jié)流量控制器件將其流速分別控制在HFC-12590mL/min、N230L/min，即HFC-125的體積百分比濃度為0.30％，載流稀釋氣體(N2)的體積百分比濃度為99.70％，HFC-125和載流稀釋氣體(N2)每分鐘的總體積流量與坩堝內(nèi)口面積的比值為30.090/0.32＝94.03L/m2。在混合氣體的保護(hù)下，熔爐以100℃/h的速度升溫至700℃，其間合金發(fā)生熔化，然后保溫2小時(shí)，再隨爐冷卻至室溫。整個(gè)過程中，合金在熔化前、熔化后以及冷卻過程中都沒有產(chǎn)生燃燒；熔化狀態(tài)下，在其熔體表面可以觀察到一層柔軟起皺、有銀白色金屬光澤的表面膜，隨著時(shí)間的增加，這層表面膜的金屬光澤逐漸減少、消失，呈現(xiàn)出銀灰色。
實(shí)施例6使用工業(yè)用鎂合金熔爐進(jìn)行純鎂熔化、保溫和冷卻的阻燃保護(hù)實(shí)驗(yàn)。所用熔爐為重慶碩龍科技有限公司產(chǎn)HS-350壓鑄鎂合金熔化澆注爐，坩堝內(nèi)口面積約為0.32m3，熔爐自帶耐高溫的保護(hù)氣體導(dǎo)入管路，用以將混合保護(hù)氣體導(dǎo)入熔爐內(nèi)坩堝上方，其入口端位于熔爐外。所用鎂合金為AM50A，置于熔爐的坩堝內(nèi)。阻燃保護(hù)用氣源為外購(gòu)工業(yè)瓶裝HFC-125、N2、CO2和干燥壓縮空氣。HFC-125、N2、CO2和干燥壓縮空氣氣源均分別依次密封連接減壓閥和流量控制器，流量控制器的出口端均與輸氣管的入口端密封連接，輸氣管的出口端與再與熔爐的氣體導(dǎo)入管路入口端密封連接。
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，開通HFC-125、N2、CO2和干燥壓縮空氣氣源，調(diào)節(jié)減壓閥將其壓強(qiáng)控制在0.3MPa，調(diào)節(jié)流量控制器件將其流速分別控制在HFC-125125mL/min、N210L/min、干燥壓縮空氣10L/min、CO25L/min，即HFC-125的體積百分比濃度為0.50％，載流稀釋氣體(N2+干燥壓縮空氣+CO2)的體積百分比濃度為99.50％，HFC-125和載流稀釋氣體(N2+干燥壓縮空氣+CO2)每分鐘的總體積流量與坩堝內(nèi)口面積的比值為25.125/0.32＝78.52L/m2。在混合氣體的保護(hù)下，熔爐以100℃/h的速度升溫至700℃，其間合金發(fā)生熔化，然后保溫2小時(shí)，再隨爐冷卻至室溫。整個(gè)過程中，合金在熔化前、熔化后以及冷卻過程中都沒有產(chǎn)生燃燒；熔化狀態(tài)下，在其熔體表面可以觀察到一層柔軟起皺、有銀白色金屬光澤的表面膜，隨著時(shí)間的增加，這層表面膜的金屬光澤逐漸減少、消失，呈現(xiàn)出銀灰色。
實(shí)施例7使用工業(yè)用鎂合金熔爐進(jìn)行純鎂熔化、保溫和冷卻的阻燃保護(hù)實(shí)驗(yàn)。所用熔爐為重慶碩龍科技有限公司產(chǎn)HS-350壓鑄鎂合金熔化澆注爐，坩堝內(nèi)口面積約為0.32m3，熔爐自帶耐高溫的保護(hù)氣體導(dǎo)入管路，用以將混合保護(hù)氣體導(dǎo)入熔爐內(nèi)坩堝上方，其入口端位于熔爐外。所用鎂合金為AM60A，置于熔爐的坩堝內(nèi)。阻燃保護(hù)用氣源為外購(gòu)工業(yè)瓶裝HFC-125、CO2和干燥壓縮空氣。HFC-125、CO2和干燥壓縮空氣氣源均分別依次密封連接減壓閥和流量控制器，流量控制器的出口端均與輸氣管的入口端密封連接，輸氣管的出口端與再與熔爐的氣體導(dǎo)入管路入口端密封連接。
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，開通HFC-125、CO2和干燥壓縮空氣氣源，調(diào)節(jié)減壓閥將其壓強(qiáng)控制在0.35MPa，調(diào)節(jié)流量控制器件將其流速分別控制在HFC-125140mL/min、CO210L/min、干燥壓縮空氣10L/min，即HFC-125的體積百分比濃度為0.70％，載流稀釋氣體(干燥壓縮空氣+CO2)的體積百分比濃度為99.30％，HFC-125和載流稀釋氣體(干燥壓縮空氣+CO2)每分鐘的總體積流量與坩堝內(nèi)口面積的比值為20.140/0.32＝62.94L/m2。在混合氣體的保護(hù)下，熔爐以100℃/h的速度升溫至700℃，其間合金發(fā)生熔化，然后保溫2小時(shí)，再隨爐冷卻至室溫。整個(gè)過程中，合金在熔化前、熔化后以及冷卻過程中都沒有產(chǎn)生燃燒；熔化狀態(tài)下，在其熔體表面可以觀察到一層柔軟起皺、有銀白色金屬光澤的表面膜，隨著時(shí)間的增加，這層表面膜的金屬光澤逐漸減少、消失，呈現(xiàn)出銀灰色。
實(shí)施例8使用工業(yè)用鎂合金熔爐進(jìn)行純鎂熔化、保溫和冷卻的阻燃保護(hù)實(shí)驗(yàn)。所用熔爐為重慶碩龍科技有限公司產(chǎn)HS-350壓鑄鎂合金熔化澆注爐，坩堝內(nèi)口面積約為0.32m3，熔爐自帶耐高溫的保護(hù)氣體導(dǎo)入管路，用以將混合保護(hù)氣體導(dǎo)入熔爐內(nèi)坩堝上方，其入口端位于熔爐外。所用鎂合金為AZ80A，置于熔爐的坩堝內(nèi)。阻燃保護(hù)用氣源為外購(gòu)工業(yè)瓶裝HFC-125、CO2和N2。HFC-125、CO2和N2氣源均分別依次密封連接減壓閥和流量控制器，流量控制器的出口端均與輸氣管的入口端密封連接，輸氣管的出口端與再與熔爐的氣體導(dǎo)入管路入口端密封連接。
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，開通HFC-125、CO2和N2，調(diào)節(jié)減壓閥將其壓強(qiáng)控制在0.40MPa，調(diào)節(jié)流量控制器件將其流速分別控制在HFC-125135mL/min、CO27.5L/min、N27.5L/min，即HFC-125的體積百分比濃度為0.90％，載流稀釋氣體(CO2+N2)的體積百分比濃度為99.10％，HFC-125和載流稀釋氣體(CO2+N2)每分鐘的總體積流量與坩堝內(nèi)口面積的比值為15.135/0.32＝47.29L/m2。在混合氣體的保護(hù)下，熔爐以100℃/h的速度升溫至700℃，其間合金發(fā)生熔化，然后保溫2小時(shí)，再隨爐冷卻至室溫。整個(gè)過程中，合金在熔化前、熔化后以及冷卻過程中都沒有產(chǎn)生燃燒；熔化狀態(tài)下，在其熔體表面可以觀察到一層柔軟起皺、有銀白色金屬光澤的表面膜，隨著時(shí)間的增加，這層表面膜的金屬光澤逐漸減少、消失，呈現(xiàn)出銀灰色。
實(shí)施例9使用工業(yè)用鎂合金熔爐進(jìn)行純鎂熔化、保溫和冷卻的阻燃保護(hù)實(shí)驗(yàn)。所用熔爐為重慶碩龍科技有限公司產(chǎn)HS-350壓鑄鎂合金熔化澆注爐，坩堝內(nèi)口面積約為0.32m3，熔爐自帶耐高溫的保護(hù)氣體導(dǎo)入管路，用以將混合保護(hù)氣體導(dǎo)入熔爐內(nèi)坩堝上方，其入口端位于熔爐外。所用鎂合金為AZ91D，置于熔爐的坩堝內(nèi)。阻燃保護(hù)用氣源為外購(gòu)工業(yè)瓶裝HFC-125和CO2。HFC-125和CO2氣源均分別依次密封連接減壓閥和流量控制器，流量控制器的出口端均與輸氣管的入口端密封連接，輸氣管的出口端與再與熔爐的氣體導(dǎo)入管路入口端密封連接。
實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，開通HFC-125和CO2，調(diào)節(jié)減壓閥將其壓強(qiáng)控制在0.45MPa，調(diào)節(jié)流量控制器件將其流速分別控制在HFC-125137.5mL/min、CO212.5L/min，即HFC-125的體積百分比濃度為1.1％，載流稀釋氣體(CO2)的體積百分比濃度為98.90％，HFC-125和載流稀釋氣體(CO2)每分鐘的總體積流量與坩堝內(nèi)口面積的比值為12.6375/0.32＝39.49L/m2。在混合氣體的保護(hù)下，熔爐以100℃/h的速度升溫至700℃，其間合金發(fā)生熔化，然后保溫2小時(shí)，再隨爐冷卻至室溫。整個(gè)過程中，合金在熔化前、熔化后以及冷卻過程中都沒有產(chǎn)生燃燒；熔化狀態(tài)下，在其熔體表面可以觀察到一層柔軟起皺、有銀白色金屬光澤的表面膜，隨著時(shí)間的增加，這層表面膜的金屬光澤逐漸減少、消失，呈現(xiàn)出銀灰色。
權(quán)利要求
1.一種鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，其特征是按以下步驟進(jìn)行(1)準(zhǔn)備阻燃保護(hù)用HFC-125和載流稀釋氣體氣源，其中，HFC-125氣源為工業(yè)瓶裝HFC-125氣體，載流稀釋氣體氣源為工業(yè)瓶裝N2、工業(yè)瓶裝CO2、干燥壓縮空氣中的一種或者任意兩種或三種；(2)將HFC-125和載流稀釋氣體氣源均分別依次密封連接減壓閥和流量控制器，并將流量控制器的出口端均與輸氣管的入口端密封連接，輸氣管的出口端再與耐高溫的保護(hù)氣體導(dǎo)入管入口端密封連接，該保護(hù)氣體導(dǎo)入管出口置于加熱爐內(nèi)的鎂及其合金上方；(3)需要進(jìn)行鎂及其合金的阻燃保護(hù)時(shí)，開通HFC-125和載流稀釋氣體氣源，調(diào)節(jié)減壓閥，使其壓強(qiáng)均為0.1-0.45MPa，調(diào)節(jié)流量控制器，使HFC-125的體積百分比濃度為0.02-1.15％、載流稀釋氣體的體積百分比濃度為98.85-99.98％，并使HFC-125和載流稀釋氣體的用量滿足當(dāng)用于鎂及其合金的熔化、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)時(shí)，HFC-125和載流稀釋氣體的每分鐘總體積流量與熔化用坩堝內(nèi)口面積的比值為35-150L/m2；當(dāng)用于鎂及其合金在低于其熔點(diǎn)溫度范圍的爐內(nèi)加熱、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)時(shí)，HFC-125和載流稀釋氣體的每分鐘總體積流量與所用加熱爐爐膛容積的比值為0.015-0.35L/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，其特征在于AZ91D鎂合金鑄件在低于熔點(diǎn)溫度范圍的爐內(nèi)加熱、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)方法是用工業(yè)瓶裝HFC-125和CO2作氣源，減壓后其壓強(qiáng)均為0.12MPa，HFC-125的體積百分比濃度為0.02％，CO2的體積百分比濃度為99.98％，HFC-125和CO2的每分鐘總體積流量與所用熱處理加熱爐爐膛容積的比值為0.016L/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，其特征在于AM60A鎂合金鑄件在低于熔點(diǎn)溫度的爐內(nèi)加熱、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)方法是用工業(yè)瓶裝HFC-125和N2作氣源，減壓后其壓強(qiáng)均為0.12MPa，HFC-125的體積百分比濃度為0.03％，N2的體積百分比濃度為99.97％，HFC-125和N2的每分鐘總體積流量與所用熱處理爐爐膛容積的比值為0.16L/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，其特征在于工業(yè)純鎂的熔化、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)方法是用工業(yè)瓶裝HFC-125和干燥壓縮空氣作氣源，減壓后其壓強(qiáng)均為0.15MPa，HFC-125的體積百分比濃度為0.05％，干燥壓縮空氣的體積百分比濃度為99.95％，HFC-125和干燥壓縮空氣的每分鐘總體積流量與熔化用坩堝內(nèi)口面積的比值為125.63L/m2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，其特征在于工業(yè)純鎂的熔化、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)方法是用工業(yè)瓶裝HFC-125、N2和干燥壓縮空氣作氣源，減壓后其壓強(qiáng)均為0.20MPa，HFC-125的體積百分比濃度為0.10％，N2和干燥壓縮空氣的總體積百分比濃度為99.90％，HFC-125、N2和干燥壓縮空氣的每分鐘總體積流量與熔化用坩堝內(nèi)口面積的比值為109.48L/m2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，其特征在于AZ31B鎂合金的熔化、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)方法是用工業(yè)瓶裝HFC-125、N2作氣源，減壓后其壓強(qiáng)均為0.25MPa，HFC-125的體積百分比濃度為0.30％，N2的體積百分比濃度為99.70％，HFC-125和N2的每分鐘總體積流量與熔化用坩堝內(nèi)口面積的比值為94.03L/m2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，其特征在于AM50A鎂合金的熔化、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)方法是用工業(yè)瓶裝HFC-125、N2、CO2和干燥壓縮空氣作氣源，減壓后其壓強(qiáng)均為0.30MPa，HFC-125的體積百分比濃度為0.50％，N2、CO2和干燥壓縮空氣的總體積百分比濃度為99.50％，HFC-125、N2、CO2和干燥壓縮空氣的每分鐘總體積流量與熔化用坩堝內(nèi)口面積的比值為78.52L/m2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，其特征在于AM60A鎂合金的熔化、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)方法是用工業(yè)瓶裝HFC-125、CO2和干燥壓縮空氣作氣源，減壓后其壓強(qiáng)均為0.35MPa，HFC-125的體積百分比濃度為0.70％，CO2和干燥壓縮空氣的總體積百分比濃度為99.30％，HFC-125、CO2和干燥壓縮空氣的每分鐘總體積流量與熔化用坩堝內(nèi)口面積的比值為62.94L/m2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，其特征在于AZ80A鎂合金的熔化、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)方法是用工業(yè)瓶裝HFC-125、CO2和N2作氣源，減壓后其壓強(qiáng)均為0.40MPa，HFC-125的體積百分比濃度為0.90％，CO2和N2的總體積百分比濃度為99.10％，HFC-125、CO2和N2的每分鐘總體積流量與熔化用坩堝內(nèi)口面積的比值為47.29L/m2。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，其特征在于AZ91D鎂合金的熔化、保溫和冷卻過程阻燃保護(hù)方法是用工業(yè)瓶裝HFC-125和CO2氣源，減壓后其壓強(qiáng)均為0.45MPa，HFC-125的體積百分比濃度為1.10％，CO2的總體積百分比濃度為98.90％，HFC-125和CO2的每分鐘總體積流量與熔化用坩堝內(nèi)口面積的比值為39.49L/m2。
全文摘要
一種鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方法，阻燃保護(hù)用氣體為混合氣體，組分包括HFC－125和載流稀釋氣體(干燥壓縮空氣、工業(yè)N
文檔編號(hào)C21D1/74GK1908220SQ20061009504
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月21日
發(fā)明者龍思遠(yuǎn), 游國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)