一種凈化鎂或鎂合金熔體的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬熔體凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種凈化鎂或鎂合金熔體的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂及其合金因具有密度小、比強(qiáng)度高、電磁屏蔽性強(qiáng)、阻尼和減震性能高、導(dǎo)熱性 能優(yōu)良、尺寸穩(wěn)定性高、優(yōu)良的鑄造性能、良好的加工性能、儲(chǔ)量豐富等一系列優(yōu)良特性，已 經(jīng)在最近二十年間得到高速發(fā)展。但是最近幾年鎂合金產(chǎn)品的產(chǎn)銷量開(kāi)始出現(xiàn)停滯不前的 趨勢(shì)，而且產(chǎn)品大多只能用作非結(jié)構(gòu)件，其中一個(gè)重要原因是鎂化學(xué)性質(zhì)活潑，在合金冶煉 及澆鑄過(guò)程中難免產(chǎn)生或帶入非金屬夾雜物，嚴(yán)重影響了鎂合金的力學(xué)性能、鑄造性能及 耐腐蝕性能。
[0003] 鎂合金中的非金屬夾雜物以鎂的氧、氮化物為主，如MgCKMg3N2等。由于非金屬夾 雜物與鎂基體在性能上有較大的差別，所以在鎂基體變形過(guò)程中，夾雜物周圍就會(huì)產(chǎn)生愈 來(lái)愈大的應(yīng)力集中，從而使夾雜物本身開(kāi)裂或使夾雜物同基體的連接遭到破壞，并導(dǎo)致材 料的斷裂。研宄表明，非金屬夾雜物對(duì)材料強(qiáng)度及與斷裂過(guò)程密切相關(guān)的諸如延伸率、斷面 收縮率、斷裂韌性和疲勞抗力等一系列材料性能具有顯著影響。此外，非金屬夾雜物在合金 液凝固時(shí)有時(shí)會(huì)析出氣體，在夾雜物周圍經(jīng)常會(huì)伴生氣孔、澆鑄不足或縮松等鑄造缺陷；非 金屬夾雜物對(duì)產(chǎn)品的表面或耐蝕性能也有不良影響，例如使用鎂合金材料壓鑄成形的筆記 本電腦外殼，一段時(shí)間后表面會(huì)因夾雜物吸潮導(dǎo)致出現(xiàn)一些凸起或脫落后形成凹坑。
[0004] 因此，降低非金屬夾雜物的含量、進(jìn)一步提高鎂合金純凈度也就成為繼續(xù)擴(kuò)大鎂 合金應(yīng)用規(guī)模的一個(gè)關(guān)鍵所在。
[0005] 不同于鋼鐵或鋁合金等材料，鎂合金熔體的凈化有較大難度。因?yàn)殒V合金非金屬 夾雜物的密度僅比鎂或鎂合金熔體的密度略大，但相差不大，非金屬夾雜物往往懸浮于鎂 熔體中，需要很長(zhǎng)時(shí)間的靜置操作才能沉降分離其中的大部分。針對(duì)鎂合金中非金屬夾雜 物的特點(diǎn)，也產(chǎn)生了較多的鎂合金凈化方法，例如熔劑精煉凈化法、過(guò)濾凈化法、吹氣凈化 法、超聲波或電磁凈化法、復(fù)合凈化法等。
[0006] 熔劑精煉凈化法的原理是在精煉過(guò)程中對(duì)熔體進(jìn)行攪拌的同時(shí)撒入熔劑，使非金 屬夾雜物與液態(tài)的熔劑充分接觸并被熔劑潤(rùn)濕包裹，在隨后的保溫靜置過(guò)程中，因?yàn)槿蹌?包裹的非金屬夾雜物比重大會(huì)慢慢穿過(guò)熔體在熔體底部沉降聚集。經(jīng)過(guò)熔劑精練后，可使 非金屬夾雜物含量大幅降低。最常用的熔劑主要是由MgCl 2、KCl、CaFjP BaCl 2等鹵鹽按 比例混合組成。國(guó)內(nèi)外熔劑種類繁多（《鑄造技術(shù)》2010年31卷第1期，104~108)，如 美國(guó)Dow230、220,德國(guó)ElrasalB、ElrasalC和英國(guó)MZ、Z系列，國(guó)內(nèi)為含氯鹽或氟鹽的RJ 系列。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了自主開(kāi)發(fā)的精煉劑，比如上海交通大學(xué)研制的鎂合金精煉劑 (CN01142611、CN03128916、CN03129383、CN200510110204)等。熔劑精煉凈化由于成本低、 操作簡(jiǎn)便、效果好而被工業(yè)界廣泛使用。
[0007] 簡(jiǎn)易過(guò)濾凈化法有鋼絲棉（曲衛(wèi)濤主編，《鑄造工藝學(xué)》第237頁(yè)）、不銹鋼絲網(wǎng) (《特種鑄造及有色合金》2005年第25卷第6期，333~334)、多層編制鋼絲網(wǎng)（《鑄造設(shè)備 研宄》2008年第5期，53~56)、打孔鋼板（CN200710078417)等，這些方法的優(yōu)點(diǎn)是不容易 堵塞，易于實(shí)施。泡沫陶瓷過(guò)濾凈化法（CN02145312、CN03142627)的熔體凈化機(jī)理有機(jī)械 攔截、穩(wěn)流整流、濾餅再過(guò)濾、對(duì)夾雜物同性吸附等（《鑄造設(shè)備研宄》2007年第8期，42~ 46) 〇
[0008] 吹氣凈化法或稱旋轉(zhuǎn)噴吹法（《中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)》2008年第18卷第9期，1622~ 1627)的原理是利用吹頭的快速旋轉(zhuǎn)作用在熔體深處形成快速運(yùn)動(dòng)的氣液渦流，使通入熔 體的氣體被破碎成細(xì)小的氣泡群，氣泡在上浮過(guò)程中，不僅攜帶熔體中的氫氣，還能吸附部 分氧化夾雜，起到除氣及除雜的作用。
[0009] 超聲波凈化法（《東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》2011年第32卷第3期，396~ 399)的原理是向鎂合金熔體中通入20±2kHz的高頻聲波，夾雜物微粒在聲交互作用力和 旁力的作用下形成凝聚物，再通過(guò)靜置沉降分離達(dá)到除雜的目的。電磁凈化法（《輕合金加 工技術(shù)》2013年4卷第7期，14~17)的原理是利用鎂合金熔體和非金屬夾雜物的導(dǎo)電性 差異來(lái)進(jìn)行雜質(zhì)分離的；在磁場(chǎng)作用下，由于鎂合金熔體整體所受的電磁力可等效為非金 屬夾雜物受相反方向的電磁排斥力作用，從而使其運(yùn)動(dòng)到鎂合金熔體邊緣，起到凈化作用。
[0010] 上述鎂合金熔體的凈化方法中，都還存在一些缺點(diǎn)。例如：①熔劑精煉凈化法存在 凈化不徹底、凈化效率低的問(wèn)題；②簡(jiǎn)易過(guò)濾凈化法的缺點(diǎn)是過(guò)濾介質(zhì)表面不能吸附尺寸 細(xì)小的夾雜物，比較依賴熔體的潔凈度，一般配合熔劑凈化法使用；③泡沫陶瓷過(guò)濾凈化法 存在易堵塞、一般需要預(yù)熱、成本高等問(wèn)題，目前僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段；④吹氣凈化法單獨(dú) 使用時(shí)除氣效果較好，但是除雜效率較低；⑤超聲波凈化法和電磁凈化法雖在實(shí)驗(yàn)室取得 了一定的凈化效果，但由于凈化效果有限及外加場(chǎng)實(shí)施的局限性未能大規(guī)模推廣應(yīng)用。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011] 針對(duì)目前鎂合金熔體凈化存在的不足之處，本實(shí)用新型的目的在于提供一種凈化 鎂或鎂合金熔體的裝置法，采用本發(fā)明裝置可快速批量?jī)艋V或鎂合金熔體得到的鎂熔體 純凈度大幅提高，制備的產(chǎn)品內(nèi)部夾雜少，冶金質(zhì)量?jī)?yōu)。
[0012] 本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0013] 一種凈化鎂或鎂合金熔體的裝置，包括筒狀容器和隔板，其中：所述隔板置于容 器內(nèi)并將容器分隔為腔室I和腔室II，所述隔板的下部留有使腔室I和腔室II相連通的通 道；所述腔室I和腔室II的連通口處或其上方分別設(shè)置篩網(wǎng)I和篩網(wǎng)II，或者，根據(jù)工藝需 要僅在腔室II的連通口處或其上方設(shè)置篩網(wǎng)II (不設(shè)置篩網(wǎng)I );所述腔室II側(cè)壁上或頂 部設(shè)置熔體導(dǎo)出口。
[0014] 所述腔室I用于凈化前熔劑和熔體的導(dǎo)入腔體；所述腔室II用于將熔體強(qiáng)制彌散 分布凈化、分層富集及導(dǎo)出；所述篩網(wǎng)I和篩網(wǎng)II用于將熔體進(jìn)行強(qiáng)制彌散分布。
[0015] 所述篩網(wǎng)I和篩網(wǎng)II其結(jié)構(gòu)的孔眼尺寸為0· Imm~200mm，孔眼間距為0· 1~ 200mm ;篩網(wǎng)I和篩網(wǎng)II的結(jié)構(gòu)為平板沖孔或管材沖孔形式，平板篩網(wǎng)厚度或管材篩網(wǎng)的壁 厚為0· 1~200mm。
[0016] 所述篩網(wǎng)I和篩網(wǎng)II為單層結(jié)構(gòu)或多層疊加結(jié)構(gòu)，多層疊加時(shí)層間距為0. 1~ 200mm〇
[0017] 利用上述裝置凈化鎂或鎂合金熔體的方法，包括如下步驟：
[0018] (1)將凈化裝置放在加熱爐體內(nèi)，升溫到設(shè)定溫度（該溫度使所用熔劑、鎂或鎂合 金達(dá)到熔化狀態(tài)）；
[0019] (2)將密度大于鎂或鎂合金的液態(tài)熔劑導(dǎo)入凈化裝置的腔室I中，控制熔劑液位 要高于篩網(wǎng)II，保證篩網(wǎng)II浸沒(méi)在液態(tài)熔劑內(nèi)，但熔劑的液位要低于熔體導(dǎo)出口；所用液態(tài) 熔劑是由一種或若干種化學(xué)鹽類物質(zhì)組成；
[0020] (3)將鎂