專利名稱：一種防止鎂合金氧化燃燒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止鎂合金熔煉時氧化燃燒的方法，采用三氟碘甲垸(分子式CFJ)與稀 釋氣體的混合氣體作為鎂合金熔煉時的保護氣體，屬于鎂合金冶金技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景鎂合金不僅密度小、比強度高、比剛度高，而且還具有阻尼性能好、切削加工性能好、 導(dǎo)電性好、尺寸穩(wěn)定、成本低、無污染、易回收等優(yōu)點，在汽車、通訊、電子和航天航空等 領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用，是21世紀(jì)重要的輕質(zhì)高強度材料之一。但是， 一些阻礙鎂合金大 規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)還沒有得到解決，如鎂合金在熔煉、加工和熱處理等過程中易發(fā)生氧化 燃燒現(xiàn)象。多年來，人們一直在尋找阻止鎂合金熔煉過程中氧化燃燒的方法。目前，國內(nèi)外 常用的阻止鎂合金燃燒的方法有三種熔劑保護法、合金元素法和氣體保護法。熔劑保護法 簡便易行，保護效果好，能起到良好的阻燃作用，但容易產(chǎn)生熔劑夾雜，損害合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，在高溫下易揮發(fā)產(chǎn)生HC1， Cl2等有毒氣體，對環(huán)境和工作人員造成不良影 響。鑒于以上原因，熔劑保護法的應(yīng)用已經(jīng)大大減少。合金元素法能夠在阻燃的同時調(diào)節(jié)合 金成分，是阻止鎂合金燃燒的一種簡便易行的方法。但是，這種方法也存在明顯的缺點，如 難以同時兼顧阻燃性能和力學(xué)性能，因此其大規(guī)模的應(yīng)用依然存在困難。氣體保護法是目前 應(yīng)用最廣的鎂合金熔煉保護方法。工業(yè)上常用的保護氣體有SFe和S02等。由于S02腐蝕性大， 泄漏易造成環(huán)境污染，故自上世紀(jì)70年代以來，以SFe混合氣體為代表的氣體保護技術(shù)一直是 鎂合金普遍采用的阻燃保護方法。然而，上世紀(jì)末，溫室效應(yīng)所引起的環(huán)境問題日益引起人 們的關(guān)注，SF6是一種嚴(yán)重的溫室效應(yīng)氣體，其溫室效應(yīng)約為C02的23900倍，屬于1997年京都 議定書中規(guī)定要逐步淘汰的氣體。歐美等發(fā)達國家已經(jīng)立法，在2010年前逐步限制和停止使 用SFe，國際鎂業(yè)協(xié)會(IMA)也確定鎂工業(yè)界于2015年前實現(xiàn)SF6的零排放。因此，當(dāng)今鎂工 業(yè)界面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，迫切需要尋找優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保的保護氣體和保護技術(shù)，以替代現(xiàn)有的SFe氣體保護技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容為了解決當(dāng)前國際鎂工業(yè)界使用高溫室效應(yīng)的SFe和有毒的S02氣體進行鎂合金熔煉保護時所帶來環(huán)境、設(shè)備和人體危害等問題，本發(fā)明提供了一種用低溫室效應(yīng)、無毒的三氟碘甲 烷氣體防止鎂合金高溫氧化燃燒的方法。本發(fā)明提出的防止鎂合金氧化燃燒的方法，其特征在于:所述方法是通過在鎂合金熔煉爐內(nèi)通入由三氟碘甲烷氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進行鎂合金熔煉保護；所述氣體在鎂合金熔煉時，用常規(guī)的方法進行氣體的干燥、混合和輸送至需要保護的鎂合金表面進行保護。在上述的方法中，所述在混合氣體中，三氟碘甲烷和稀釋氣體的純度為工業(yè)用純度，稀 釋氣體為干燥的N2、 C02、 Ar和壓縮空氣中的一種或多種。在上述的方法中，所述在用于鎂合金熔煉保護的鎂合金熔煉爐中，根據(jù)鎂合金熔煉爐的 密封情況，采用不同比例的混合氣體和通氣方式；在無密封的熔煉爐中，混合氣體各組分的 體積百分比為0.05% 3%三氟碘甲烷、97% 99.95%稀釋氣體；在密封的熔煉爐中，各組分的 體積百分比0. 01% 2%三氟碘甲烷、98% 99. 99%稀釋氣體。在上述的方法中，所述在鎂合金熔煉需要使用氣體保護時，在無密封的熔煉爐中，熔煉 時連續(xù)通入混合氣體，氣體流量為0.5 100L/min，直到熔煉、保溫澆注結(jié)束；在密封的熔 煉爐中，利用真空系統(tǒng)排除熔煉坩堝內(nèi)的空氣，當(dāng)坩堝內(nèi)氣體壓力降到0.1 10Pa時，關(guān)閉 真空泵，打開充氣口，利用氣體輸送裝置通過充氣口向熔煉爐內(nèi)通入混合氣體，當(dāng)混合氣體 壓力為5xl04pa 2xl05pa時，關(guān)閉充氣口，打開加熱爐電源，開始熔煉鎂合金。在上述的方法中，所述在混合氣體中，所用的保護氣體三氟碘甲烷占混合氣體的體積含 量為0. 01 3%，稀釋氣體占混合氣體的總體積含量為97 99. 99%。本發(fā)明與現(xiàn)有的SF6或S02氣體保護技術(shù)相比，具有無毒、環(huán)保，可有效防止鎂合金氧化 燃燒的特點。三氟碘甲垸(分子式CF3l)通常情況下為無色無味氣體，熔點-78'C，沸點-22.5 。C,相對密度2.3608，具有良好的環(huán)境性能(ODP-O， 20年GWP值低于5)，無毒、阻燃(如可 作為哈龍滅火劑替代品)，作為鎂合金熔煉保護氣體具有良好的保護效果，因此，其作為SF6 和S02保護氣體的替代品具有無可比擬的優(yōu)勢。已在實驗室穩(wěn)定運行，證明安全可靠。
具體實施方式
下面結(jié)合實例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。本發(fā)明通過在鎂合金熔煉爐內(nèi)通入三氟碘甲烷(分子式CF3l)氣體和稀釋氣體(可用干燥 的N" C02、 Ar和壓縮空氣中的一種或多種)的混合氣體進行鎂合金熔煉保護。鎂合金熔煉時， 用常規(guī)的方法進行氣體的干燥、混合和輸送至需要保護的鎂合金表面進行保護作用。本發(fā)明 的鎂合金熔煉氣體保護方法具體實施步驟為準(zhǔn)備用于鎂合金熔煉保護的三氟碘甲垸氣體和稀釋氣體，三氟碘甲烷和稀釋氣體的純度 為工業(yè)用純度，稀釋氣體為干燥的N2、 C02、 Ar和壓縮空氣中的一種或多種。鎂合金熔煉爐根 據(jù)實際生產(chǎn)情況而定，可以是密封的，也可以是非密封的。根據(jù)熔煉爐的密封情況和熔煉要 求，確定混合氣體的組成。在無密封的熔煉爐中，混合氣體各組分的體積百分比為0.05% 3%三氟碘甲烷、97% 99.95%稀釋氣體；在密封的熔煉爐中，混合氣體各組分的體積百分比 0.01% 2%三氟碘甲垸、98% 99.99%稀釋氣體。在鎂合金熔煉需要使用氣體保護時，用常規(guī) 的方法將干燥、混合的氣體輸送至需要保護的鎂合金表面。在無密封的熔煉爐中，熔煉時一 直通入混合氣體，氣體流量為0. 5 100L/min，直到熔煉澆注結(jié)束。在密封的熔煉爐中熔煉鎂合金時，利用真空系統(tǒng)排除熔煉爐內(nèi)的空氣，當(dāng)熔煉爐內(nèi)氣體壓力降到0.1 10Pa時，關(guān) 閉真空泵，打開充氣口，利用氣體輸入裝置通過充氣口向熔煉爐內(nèi)通入混合氣體，當(dāng)混合氣 體壓力為5xl0卞a 2xl0卞a時，關(guān)閉充氣口，打開加熱爐電源，熔煉鎂合金。 實施例1在無密封電阻坩堝爐中熔煉鎂合金AZ91D，熔煉爐容積25升，熔煉溫度70(TC，使用0. 3% 三氟碘甲垸(分子式CF3l)和99.7%&的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘0. 9L，進行鎂 合金熔煉氣體保護。將烘干過的爐料(3千克)放入電阻坩堝爐的坩堝中，蓋上坩堝蓋。開啟熔煉爐，加熱 坩堝，升溫速率1(TC/分鐘，20(TC時通入混合氣體，混合氣體組成為0.3%三氟碘甲烷和 99.7%N2，混合氣體的流量為0. 9L/min，加熱升溫至熔化后，保護氣體在鎂熔體表面迅速形成 一層致密的、具有良好保護性的保護膜，熔化后繼續(xù)升溫到70(TC，保溫1小時，然后進行 燒注。在整個熔煉和保溫過程中，含三氟碘甲烷的混合氣體對鎂合金液的保護效果良好，即 使采用攪拌桿破壞鎂合金液表面的保護膜，也會很快形成新的保護膜起保護作用，沒有發(fā)生 鎂合金液燃燒現(xiàn)象。實施例2在無密封電阻坩堝爐中熔煉鎂合金AM50，熔煉爐容積25升，熔煉溫度70(TC，使用0.2% 三氟碘甲烷和99.8%^的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘l.OL，進行鎂合金熔煉氣體 保護。將烘干過的爐料(3千克)放入電阻坩堝爐的坩堝中，蓋上坩堝蓋。開啟熔煉爐，加熱 坩堝，升溫速率1(TC/分鐘，200'C時通入混合氣體，混合氣體組成為0.2%三氟碘甲烷和 99.8%N2，混合氣體的流量為LOL/min，加熱升溫至熔化后，保護氣體在鎂熔體表面迅速形成 一層致密的、具有良好保護性的保護膜，熔化后繼續(xù)升溫到700°C，保溫1小時，然后進行 澆注。在整個熔煉和保溫過程中，含三氟碘甲烷的混合氣體對鎂合金液的保護效果良好，即 使采用攪拌桿破壞鎂合金液表面的保護膜，也會很快形成新的保護膜起保護作用，沒有發(fā)生 鎂合金液燃燒現(xiàn)象。實施例3在密封熔煉爐中熔煉鎂合金AZ91D，熔煉爐容積30升，熔煉溫度70(TC，使用0. 1%三氟 碘甲烷和99.9% N2的混合氣體進行保護。將烘干過的鎂合金爐料(5千克)放入密封熔煉爐內(nèi)的坩堝中，之后蓋上密封熔煉爐蓋。 打開真空系統(tǒng)，排除熔煉爐內(nèi)的空氣，當(dāng)熔煉爐內(nèi)壓力為1Pa時，關(guān)閉真空泵。利用保護氣 體輸入裝置通過充氣口向密封熔煉爐內(nèi)充入0. 1%三氟碘甲烷和99. 9% N2的混合氣體，當(dāng)爐內(nèi) 壓力為lxl()5pa時，關(guān)閉充氣口。打開加熱爐電源，開始熔煉鎂合金，熔煉溫度70(TC，保 溫1小時。在整個鎂合金熔煉過程中，沒有發(fā)生氧化燃燒現(xiàn)象。實施例4在密封熔煉爐中熔化鎂合金AZ91D，容積30升，熔煉溫度70(TC，使用0.01%三氟碘甲 垸、79.99% &和20%空氣的混合氣體進行保護。將烘干過的鎂合金爐料(5千克)放入密封熔煉爐內(nèi)的坩堝中，之后蓋上熔煉爐蓋。打 開真空系統(tǒng)，排除熔煉爐內(nèi)的空氣，當(dāng)熔煉爐內(nèi)壓力為0.2xl05pa時，關(guān)閉真空泵。禾,保 護氣體輸入裝置通過充氣口向密封熔煉爐內(nèi)充入0. 125%三氟碘甲垸和99.875% N2的混合氣 體，當(dāng)爐內(nèi)壓力為lxl()5pa時，關(guān)閉充氣口。打開加熱爐電源，開始熔煉鎂合金，熔煉溫度 70(TC，保溫1小時。在整個鎂合金熔煉過程中，鎂合金沒有發(fā)生氧化燃燒現(xiàn)象。以上實施例說明，在無密封或密封的熔煉爐中熔煉鎂合金時，采用含三氟碘甲烷的混合 氣體進行熔煉保護，都具有良好的保護效果，與六氟化硫的保護效果相當(dāng)，但比六氟化硫更 具有環(huán)保優(yōu)勢，而且熔煉保護工藝簡單，因此具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.防止鎂合金氧化燃燒的方法，其特征在于所述方法是通過在鎂合金熔煉爐內(nèi)通入由三氟碘甲烷(分子式CF3I)氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進行鎂合金熔煉保護；所述氣體在鎂合金熔煉時，用常規(guī)的方法進行氣體的干燥、混合和輸送至需要保護的鎂合金表面進行保護。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述在混合氣體中，三氟碘甲烷和稀釋氣 體的純度為工業(yè)用純度，稀釋氣體為干燥的N2、 C02、 Ar和壓縮空氣中的一種或多種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述在用于鎂合金熔煉保護的鎂合金熔煉 爐中，根據(jù)鎂合金熔煉爐的密封情況，采用不同比例的混合氣體和通氣方式；在無密封的熔 煉爐中，混合氣體各組分的體積百分比為0.05% 3%三氟碘甲烷、97% 99.95%稀釋氣體；在 密封的熔煉爐中，各組分的體積百分比0.01% 2%三氟碘甲烷、98% 99.99%稀釋氣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于:所述在鎂合金熔煉需要使用氣體保護 時，在無密封的熔煉爐中，熔煉時連續(xù)通入混合氣體，氣體流量為0.5 100L/min,直到熔 煉、保溫澆注結(jié)束；在密封的熔煉爐中，利用真空系統(tǒng)排除熔煉坩堝內(nèi)的空氣，當(dāng)坩堝內(nèi)氣 體壓力降到O. 1 10Pa時，關(guān)閉真空泵，打開充氣口，利用氣體輸送裝置通過充氣口向熔煉 爐內(nèi)通入混合氣體，當(dāng)混合氣體壓力為5xl04Pa 2xl05Pa時，關(guān)閉充氣口，打開加熱爐電 源，開始熔煉鎂合金。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于:所述在混合氣體中，所用的保護 氣體三氟碘甲垸占混合氣體的體積含量為0.01 3%，稀釋氣體占混合氣體的總體積含量為 97 99. 99%。
全文摘要
本發(fā)明涉及防止鎂合金氧化燃燒的方法，屬于鎂合金冶金技術(shù)領(lǐng)域。所述方法是通過在鎂合金熔煉爐內(nèi)通入由三氟碘甲烷氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進行鎂合金熔煉保護；當(dāng)鎂合金熔煉時，用常規(guī)的方法進行氣體的干燥、混合和輸送至需要保護的鎂合金表面進行保護。在混合氣體中，三氟碘甲烷和稀釋氣體的純度為工業(yè)用純度，稀釋氣體為干燥的N₂、CO₂、Ar和壓縮空氣中的一種或多種。根據(jù)鎂合金熔煉爐的密封情況，采用不同比例的混合氣體和通氣方式；在無密封或密封的熔煉爐中熔煉鎂合金時，采用含三氟碘甲烷的混合氣體進行熔煉保護，都具有良好的保護效果，與六氟化硫的保護相比，更具有環(huán)保優(yōu)勢，而且熔煉保護工藝簡單，具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號C22C1/02GK101220420SQ20081000812
公開日2008年7月16日 申請日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月5日
發(fā)明者熊守美, 曉 陳 申請人:清華大學(xué);福州大學(xué)