環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣及其制備方法和應(yīng)用，保護氣包括可抑制鎂及鎂合金在熔煉過程中發(fā)生氧化燃燒的抑制氣體和載氣，特別是，所述抑制氣體包含2,2,2-三氟乙硫醇。本發(fā)明采用的熔煉保護氣體使用2,2,2-三氟乙硫醇或2,2,2-三氟乙硫醇與R134a、R125、R32等所組成的混合物為抑制劑，干燥空氣、氮氣、二氧化碳、氬氣等作為載氣，對熔融的鎂合金進行表面保護。保護氣中所含的含氟氣體均對臭氧層沒有破壞作用，溫室效應(yīng)值遠小于SF6，能夠滿足環(huán)境保護的要求。
【專利說明】環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鎂合金熔煉保護氣及其制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金熔煉保護的實質(zhì)是減少鎂合金熔煉過程中鎂的氧化燃燒，其方法大致可以 分為三種：熔劑保護、氣體保護、合金化阻燃。熔劑保護是鎂合金熔煉過程中最早使用的保 護方法。鎂合金熔劑的保護機理主要是利用低熔點的無機化合物，使其在較低溫度下熔化 為液態(tài)，并在鎂合金液面鋪開，阻止鎂液與空氣接觸，從而起到保護作用。雖然熔劑保護在 生產(chǎn)上使用便捷，成本較低，而且保護效果比較明顯，但同時也存在著很多問題，如熔劑在 熔化過程中會釋放出C12、HCl等有害氣體；而在熔煉過程中則會逐漸下沉或混合在鎂合金 熔體中，從而污染鎂熔體；除此之外，還會出現(xiàn)熔劑保護使鎂合金熔液在熔煉過程中損耗較 大等問題。熔體合金化阻燃法就是通過向鎂合金中添加某些合金元素從而提高鎂熔體表面 氧化膜致密度的方法來實現(xiàn)阻燃保護的。合金化阻燃保護法雖然有助于提高鎂合金零件的 耐蝕性能和耐熱性能：但阻燃合金元素的加入不僅顯著提高鎂合金的生產(chǎn)成本，而且改變 了鎂合金的化學(xué)成分、相組成及組織形態(tài)，往往最終導(dǎo)致鎂合金力學(xué)性能下降。氣體保護法 是通過保護氣體與鎂合金反應(yīng)生成的高致密度表面膜法來實現(xiàn)阻燃的。氣體保護法具有保 護效果好、不污染鎂熔體、熔煉過程中損耗少等優(yōu)點，這些是其他方法所不可比擬的。因此， 氣體保護法現(xiàn)已成為最流行的鎂合金熔煉阻燃保護方法，廣泛應(yīng)用于鎂合金的液態(tài)成形、 重熔精煉及熱處理之中。
[0003] 在鎂合金氣體保護應(yīng)用上，過去已經(jīng)有許多氣體應(yīng)用，比如使用惰性氣體如氬氣、 氮氣，活性氣體如二氧化碳、二氧化硫等，其中二氧化硫由于其價格低廉、容易獲得而在較 長的時間內(nèi)被廣泛使用，然而由于其具有較大的臭味、金屬腐蝕性以及毒性，受到了設(shè)備以 及環(huán)境的限制。作為其替代，現(xiàn)在廣泛使用低毒及無味的六氟化硫（SF6)，它主要具有如下 特點：無毒、無味、保護效果好、用量少、不污染，并能有效地降低鎂合金鑄件的腐蝕速率，提 高耐蝕性能。雖然SF6具有很多優(yōu)點，但近年來經(jīng)過一些研宄學(xué)者的實驗論證，SF6是一種 能強烈產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體。SF6由于其吸收長波的能力強，且在大氣中保留的時間長，屬 于高度產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體。根據(jù)聯(lián)合國政府部門氣候變化委員會（IPCC)的估算，SF6是 一種具有很高GWP全球變暖潛能的氣體，S卩SF6所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)在地平面上100年內(nèi)相 當(dāng)于C02的23900倍。
[0004] 為了保護環(huán)境，人們積極努力尋求SF6的替代品，已經(jīng)有一些公開的技術(shù)方案。 比如CN101302588A公開了一種六氟丙烯與載氣的組合物；CN1352583A公開了一種四氟乙 烷和空氣的組合物；CN101321597A 公開了一種以 HFC-245fa、HF0-1234ze 以及 HFE-254pc 為活性成分的組合物；3M公司公開了使用全氟酮的技術(shù)方案。然而，這些技術(shù)方案均存在 一些缺點和不足，有的所使用的材料雖然不破壞臭氧層但仍然具有溫室效應(yīng)，有的保護效 果相對較差，有的使用成本較高。
[0005]另外，現(xiàn)有用于鎂合金保護的氣體混合物通常采用傳統(tǒng)氣體混合裝置來制備。傳 統(tǒng)的氣體混合裝置往往由多條氣路并聯(lián)而成，在氣體通過減壓閥減壓后，使用轉(zhuǎn)子流量計 對各組分氣體的流量單獨計量，在一個儲罐完成氣體混合過程，有許多甚至沒有專門的混 合單元。這種類型的混氣裝置在一些對于混合氣體質(zhì)量要求不高的場合如焊接保護是適用 的，但它存在許多不足，首先使用的流量計量工具為轉(zhuǎn)子流量計，轉(zhuǎn)子流量計在出廠時一般 在25°C、101325Pa條件下進行標(biāo)定，標(biāo)定氣體為氮氣或水，在測量其它氣體時需要根據(jù)使 用時的壓力、溫度、氣體密度等實際情況利用經(jīng)驗公式進行校正，結(jié)果準(zhǔn)確度較低，另外，氣 體的實際流量值還受到環(huán)境溫度變化、管道壓力波動等諸多因素的影響；其次，傳統(tǒng)混氣裝 置在后端用量發(fā)生變化時，需要頻繁的操作調(diào)節(jié)流量計，極為不便；再次，傳統(tǒng)類型的混氣 裝置在使用過程中需要較長時間的摸索，才能滿足用戶的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種保護效果好、且環(huán) 保的環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣。
[0007] 本發(fā)明同時還提供所述環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣的制備方法和應(yīng)用。
[0008] 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的一種技術(shù)方案如下：
[0009] 一種環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣，包括可抑制鎂及鎂合金在熔煉過程中發(fā)生氧化燃 燒的抑制氣體和載氣，特別是，所述抑制氣體包含2, 2, 2-三氟乙硫醇。
[0010] 優(yōu)選地，所述抑制氣體在所述保護氣中的體積含量為0. 01%?1%。更優(yōu)選地，抑 制氣體在保護氣中的體積含量為0. 1 %?0. 5 %。最優(yōu)選地，抑制氣體在保護氣中的體積含 量為0· 1%?0· 3%。
[0011] 進一步地，從成本角度考慮，所述抑制氣體還可以且優(yōu)選包含選自1，1，1，2-四氟 乙烷（R134a)、五氟乙烷（R125)及二氟甲烷（R-32)中的一種或多種的組合。
[0012] 進一步地，2, 2, 2-三氟乙硫醇占所述抑制氣體的體積含量可以為0?100%，優(yōu)選 為5?50%，更優(yōu)選為10?30%。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，所述載氣可以為常用的那些，具體可為干燥空氣、二氧化碳、氮氣、 氬氣等中的一種或多種，其中更優(yōu)選氮氣和二氧化碳。
[0014] 本發(fā)明還提供一種上述的環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣的制備方法，其采用氣體混合 裝置將組成保護氣的各組分按比例混合得到保護氣，氣體混合裝置包括混氣罐和多個氣體 輸送管路，氣體輸送管路的一端部與儲氣罐連接、另一端部與混氣罐連接，特別是，所述氣 體輸送管路上自所述一端部向著所述另一端部的方向依次設(shè)有減壓閥和電磁比例閥，所述 的氣體混合裝置還包括與所述混氣罐連接、用于對所述混氣罐內(nèi)的氣體組成進行分析的氣 體組分分析儀以及與所述氣體組分分析儀連接的PLC控制器，所述電磁比例閥與所述PLC 控制器連接并受控制，所述PLC控制器接收所述氣體組分分析儀的分析結(jié)果并根據(jù)分析結(jié) 果對相應(yīng)氣體輸送管路上的電磁比例調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)實現(xiàn)精確控制混合氣體的組成。
[0015] 優(yōu)選地，氣體輸送管路上減壓閥的下游、電磁比例閥的上游設(shè)有過濾器。設(shè)置過濾 器以除去氣體管路中可能存在的微小固體顆粒雜質(zhì)，保護電磁比例閥。
[0016] 優(yōu)選地，氣體輸送管路上電磁比例閥的下游設(shè)有止逆閥，以防止氣體出現(xiàn)倒流的 現(xiàn)象。
[0017] 進一步優(yōu)選地，所述的氣體混合裝置還包括位于混氣罐頂部用于對混氣罐內(nèi)的壓 力進行檢測的壓力傳感器，該壓力傳感器與PLC控制器連接，PLC控制器根據(jù)壓力傳感器的 檢測結(jié)果對電磁比例調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)。
[0018] 進一步地，所述多個氣體輸送管路中的一個為載氣氣路，其余為工作氣氣路，PLC 控制器根據(jù)壓力傳感器的檢測結(jié)果對載氣氣路上的電磁比例調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)。載氣氣路和 工作氣路是根據(jù)氣路構(gòu)成來劃分的，其中載氣氣路一般走混合氣體中含量較高的氣體，工 作氣氣路走走混合氣體中含量較低的氣體。
[0019] 進一步地，所述氣體輸送管路與混氣罐的下部連接，使氣體從混氣罐的下部進入 到混氣罐內(nèi)，氣體組分分析儀與混氣罐的中上部連接，混氣罐的混合氣出口位于混氣罐的 上部。
[0020] 本發(fā)明還提供一種阻止鎂及鎂合金在熔煉過程中發(fā)生氧化燃燒的方法，該方法 為：在鎂及鎂合金熔煉時將本發(fā)明上述的環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣引入熔融金屬的表面， 與熔融狀態(tài)下的鎂反應(yīng)形成致密的保護膜，從而阻止其發(fā)生氧化燃燒。
[0021] 本發(fā)明保護氣可保護的對象包括純鎂以及各種牌號的鎂合金的熔煉，適用的熔煉 溫度在760°C以下。
[0022] 本發(fā)明保護氣中，2, 2, 2-三氟乙硫醇在鎂合金熔煉過程中的保護效果與六氟化硫 接近，形成的表面膜具有金屬光澤，主要由MgS、MgO、MgF2等組成，其中夾雜有活性炭微粒 填充間隙，因此其實際最低用量甚至優(yōu)于六氟化硫，同時2, 2, 2-三氟乙硫醇還沒有溫室效 應(yīng)。因此，本發(fā)明還特別涉及，2, 2, 2-三氟乙硫醇在鎂及鎂合金熔煉中保護鎂及鎂合金的用 途。如此，可以在保證保護效果的前提下降低對環(huán)境的危害，對于加速淘汰六氟化硫、環(huán)境 保護也具有很大的貢獻。
[0023] 由于以上技術(shù)方案的實施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：
[0024] 本發(fā)明采用的熔煉保護氣體使用2, 2, 2-三氟乙硫醇或2, 2, 2-三氟乙硫醇與 R134a、R125、R32等所組成的混合物為抑制劑，干燥空氣、氮氣、二氧化碳、氬氣等作為載氣， 對熔融的鎂合金進行表面保護。本方案中所采取的含氟氣體均對臭氧層沒有破壞作用，對 于溫室效應(yīng)值（GWP值）而言，R134a為1300, R125為3200, R32為580,而2, 2, 2-三氟乙 硫醇沒有溫室效應(yīng)值，相對于SF6的23900,能夠滿足環(huán)境保護的要求。
[0025] 本發(fā)明熔煉保護氣的制備采用改進的氣體混合裝置，該改進后的裝置摒棄了使用 轉(zhuǎn)子流量計進行加和計量混配的模式，引入氣體組分分析儀，直接監(jiān)測混氣罐內(nèi)的工作氣 體組成，將結(jié)果反饋給PLC控制器，由PLC控制器根據(jù)所反饋的氣體組成結(jié)果經(jīng)過計算機程 序計算，根據(jù)計算的結(jié)果對相應(yīng)工作氣路的電磁比例調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)精確控制氣體 組成這一功能；針對后端用氣量可能存在的變化情況，使用壓力傳感器監(jiān)測混氣罐的壓力， 將結(jié)果反饋給PLC控制器，同樣由PLC控制器判斷后，對載氣氣路的電磁比例調(diào)節(jié)閥進行調(diào) 節(jié)，實現(xiàn)穩(wěn)定供應(yīng)這一功能；使用PLC控制器及電磁比例調(diào)節(jié)閥的組合，實現(xiàn)自動控制這一 功能，使用起來方便快捷。

【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明并不限于以下實施 例。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體使用的不同要求做進一步調(diào)整，未注明的實施 條件為常規(guī)實驗中的條件。
[0027] 實施例I
[0028] 本例提供一種氣體混合裝置，氣體混合裝置主要包括儲氣罐（包括載氣儲罐和工 作氣儲罐，多個氣體輸送管路，設(shè)置在各氣體輸送管路上的減壓閥、過濾器、電磁比例閥和 止逆閥，混氣罐，壓力傳感器，氣體組分分析儀以及PLC控制器。從氣路構(gòu)成上來講，多個 氣體輸送管路分為載氣氣路及工作氣氣路，其中載氣氣路一般走混合氣體中含量較高的氣 體，如氮氣、空氣、二氧化碳等；工作氣氣路走走混合氣體中含量較低的氣體，如二氧化硫、 六氟化硫等。需要多種氣體混合時，只需要增加相應(yīng)的氣路即可，在結(jié)構(gòu)上可采取同樣的方 式。
[0029] 在每一條氣路上，從氣體供應(yīng)端起，減壓閥、過濾器、電磁比例閥、止逆閥依次設(shè) 置，其中減壓閥的作用為調(diào)節(jié)氣體管路初始壓力；過濾器除去氣體管路中可能存在的微小 固體顆粒雜質(zhì)，保護電磁比例閥，在本裝置中推薦采用過濾直徑小于40微米的氣體過濾 器；電磁比例閥控制管路中流量的大小，接受來自PLC控制器的信號驅(qū)動；止逆閥防止氣體 出現(xiàn)倒流的現(xiàn)象。
[0030] 在混氣罐上，工作氣體和載氣均從混氣罐下部進入，壓力傳感器位于混氣罐的頂 部，氣體組分分析儀位于混氣罐的中上位置，混合氣體出口位于混氣罐上部。混氣罐應(yīng)具有 一定的容積，具體的尺寸大小根據(jù)最終氣體用量而定。
[0031] 自動控制部分，PLC控制器接受壓力傳感器以及氣體組分分析儀的信號，經(jīng)過計算 程序計算后控制相應(yīng)氣路的電磁比例閥的開度。例如，混氣罐壓力大于或小于設(shè)定值，則控 制載氣氣路電磁比例閥的開度降低或增加。事實上，PLC控制器對于混合氣體壓力以及組 成是處于持續(xù)控制狀態(tài)的。
[0032]
[0033]
[0034] 實施例2
[0035] 在無密封鐵坩堝爐中進行鎂合金AZ91D的熔煉，熔爐上蓋設(shè)有一氣體通入鋼管， 外徑為6mm，熔爐直徑150mm，高度250mm，裝有3. 5kg事先干燥過的AZ9ID鎂合金。打開電爐 加熱開關(guān)，設(shè)定爐內(nèi)溫度為600°C，當(dāng)內(nèi)部溫度達到400°C時，開始通入保護氣，當(dāng)鎂合金融 化后，設(shè)定爐內(nèi)溫度670°C，此時通過實施例1的氣體混合裝置調(diào)節(jié)保護氣的成分及用量， 測試其保護效果；繼續(xù)升溫，分別測定熔煉溫度在720°C、760°C下的保護效果，具體的結(jié)果 數(shù)據(jù)見下表：
[0036]

【權(quán)利要求】
1. 一種環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣，包括可抑制鎂及鎂合金在熔煉過程中發(fā)生氧化燃燒 的抑制氣體和載氣，其特征在于：所述抑制氣體包含2, 2, 2-三氟乙硫醇。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣，其特征在于：所述抑制氣體在所 述保護氣中的體積含量為〇. 01 %?1 %。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣，其特征在于：所述抑制氣體在所 述保護氣中的體積含量為〇. 1 %?〇. 5 %。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣，其特征在于：所述抑制 氣體還包含選自1，1，1，2-四氟乙烷、五氟乙烷及二氟甲烷中的一種或多種的組合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣，其特征在于：所述2, 2, 2-三氟乙 硫醇占所述抑制氣體的體積含量為5?50%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣，其特征在于：所述2, 2, 2-三氟乙 硫醇占所述抑制氣體的體積含量為10?30%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣，其特征在于：所述載氣為選自干 燥空氣、二氧化碳、氮氣、氬氣中的一種或多種的組合。
8. -種權(quán)利要求1-7中任一項權(quán)利要求所述的環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣的制備方法， 其采用氣體混合裝置將組成保護氣的各組分按比例混合得到保護氣，所述氣體混合裝置包 括混氣罐和多個氣體輸送管路，所述氣體輸送管路的一端部與儲氣罐連接、另一端部與所 述混氣罐連接，其特征在于：所述氣體輸送管路上自所述一端部向著所述另一端部的方向 依次設(shè)有減壓閥和電磁比例閥，所述的氣體混合裝置還包括與所述混氣罐連接、用于對所 述混氣罐內(nèi)的氣體組成進行分析的氣體組分分析儀以及與所述氣體組分分析儀連接的PLC 控制器，所述電磁比例閥與所述PLC控制器連接并受控制，所述PLC控制器接收所述氣體組 分分析儀的分析結(jié)果并根據(jù)分析結(jié)果對相應(yīng)氣體輸送管路上的電磁比例調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié) 實現(xiàn)精確控制混合氣體的組成。
9. 一種阻止鎂及鎂合金在熔煉過程中發(fā)生氧化燃燒的方法，其特征在于：在鎂及鎂合 金熔煉時將權(quán)利要求1-7中任一項權(quán)利要求所述的環(huán)保型鎂合金熔煉保護氣引入熔融金 屬的表面，與熔融狀態(tài)下的鎂反應(yīng)形成致密的保護膜，從而阻止其發(fā)生氧化燃燒。 10. 2, 2, 2-三氟乙硫醇在鎂及鎂合金熔煉中保護鎂及鎂合金的用途。
【文檔編號】C22C1/02GK104498744SQ201410784889
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】張超, 戴柏凡, 王祎鋮, 李月剛, 王軍, 曾一文, 付彭懷, 彭立明 申請人:太倉中化環(huán)?；び邢薰?br>