專利名稱：鎂合金熔煉的氣體保護方法及氣體混合裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鎂合金熔煉、澆鑄和后續加工時的氣體保護方法及氣體混合裝置，尤其涉及采用SF6、CO2及干燥空氣組成的混合氣體為保護氣氛的鎂合金熔煉、澆鑄和后續加工的阻燃方法和裝置。
背景技術：
鎂合金不僅具有密度低，具有比強度及比剛度高的優點，還具有阻尼性能好、切削加工性好、導熱性好、尺寸穩定、成本低、無污染、易回收等優點。在汽車工業、通訊電子工業和航空航天工業等領域正得到日益廣泛的應用，預計鎂合金將成為21世紀重要的輕質高強度材料之一。但是一些阻礙鎂合金大規模應用的關鍵技術還沒有得到解決，如鎂合金在熔煉、加工、熱處理等過程中發生的氧化燃燒現象，與其它金屬相比，鎂的化學性質比較活潑，在液態下極易與氧氣反應，而其氧化產物MgO的致密度系數小于1，不能有效地阻止內部金屬的進一步氧化，在高溫下氧化燒損現象嚴重。
多年來人們一直致力于尋找阻止鎂合金在熔煉過程中氧化燃燒的方法，目前國內外常用的鎂合金阻燃方法有以下三種熔劑保護法、無熔劑氣體保護法和合金化阻燃法。熔劑保護法雖然能起到良好的阻燃作用，但容易產生熔劑夾渣，導致產品力學性能和抗腐蝕性能下降，而且熔劑與鎂合金反應生成的腐蝕性煙氣會破壞設備，惡化工作環境。合金化阻燃法是在鎂合金熔煉時添加低氧位合金元素，改變合金液表面的氧化膜結構，使其在熔煉過程中形成像Al2O3那樣致密的氧化膜，以阻止氧氣與鎂的結合，將鎂合金的燃燒點溫度提高到700℃以上。目前常用的合金化元素是鈣、鈹，能使鎂合金的燃燒點溫度提高250℃以上。但當鈣的加入量過大時，會導致鎂合金的機械性能嚴重惡化；鈹含量過高時，會引起晶粒粗化和增大熱裂傾向。因此，合金化雖然是阻止鎂燃燒的一種簡單易行的方法，但要兼顧阻燃性能和力學性能卻并非易事。保護氣體的阻燃機理主要是氣體與鎂合金液發生反應，在熔體表面生成不同防護作用的表面膜，這些膜致密度大，能夠阻止反應繼續進行，也能夠阻止鎂合金液的蒸發。其次，這些氣體密度大于空氣，在一定程度上隔絕鎂合金液與氧的反應。目前國內外常用的保護氣體有SF6、CO2、SO2等，但尤以SF6與其它氣體按一定比例混合保護效果最佳。SF6是一種無色、無嗅、無毒、化學惰性很強的氣體，連同空氣一起作用于合金液表面，會形成一種和合金液暴露于空氣中所形成的氧化鎂完全不一樣的改性氧化鎂薄膜，其間混入了少量的致密度大的MgF2。這一層薄膜是有金屬色澤、致密的、連續的。以此來阻止鎂合金液的進一步氧化而獲得了保護能力。但它只能維持幾分鐘，故混合氣體要不間斷地供應。當鎂合金熔液溫度較高，或攪動頻繁，或先前已受到覆蓋劑污染時，應在空氣、SF6混合氣體中，再混入干燥的CO2氣體，用以改善和加強SF6的保護效果。SF6于1934年Reimers所申請的美國專利中已有所報道，后來由于Hahawait等先軀者們作了進一步開拓工作，直到20世紀60～70年代方在工業應用中打下了基礎，之后由Battelle等人逐步作為無熔劑生產方法為壓鑄工作者所采用。以SF6作為鎂合金熔體防護性氣體強有力地推動了鎂壓鑄工業的發展，直到現今仍然認為是對工作條件有利、能夠達到環保要求兼而有之的一種方法。可是近年來經過一些研究者的實驗和論證，SF6本身也是一種很強的產生溫室效應的氣體且價格較貴，因此，如何尋找價格低廉、環境影響更小的最佳氣體保護方式是當前鎂合金阻燃技術的目標。

發明內容
本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提供一種鎂合金熔煉的氣體保護方法及氣體混合裝置，通過精確控制SF6的濃度與混合氣體的流量，有效利用SF6，減少其消耗和逸散，使SF6、CO2與干燥空氣具有合理的混合比，得到安全可靠的防護效果，對環境無污染，降低了工藝成本。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種鎂合金熔煉的氣體保護方法，主要包括以下步驟(1)高壓狀態的SF6、CO2和壓縮空氣，按比例混合后輸出，作為鎂合金熔煉過程的保護氣體；(2)將預熱處理的鎂合金鑄錠放入封閉熔煉爐中，加熱升溫；(3)當溫度達到500℃以后通入保護氣體，在鎂合金液表面形成一層保護膜；(4)繼續通入保護氣體，控制溫度在560～800℃進行精煉攪拌處理；(5)精煉攪拌完畢，靜置30分鐘，熔化后的鎂合金液，在保護氣體存在下進行澆鑄、后續加工或熱處理。
一種鎂合金熔煉的氣體混合裝置，包括供氣裝置、過濾裝置、混合氣體控制系統，所述的供氣裝置包括SF6氣瓶、CO2氣瓶、空氣儲氣罐、調壓閥及壓力表、通氣管；所述的過濾裝置包括冷干機及濾油器；所述的混合氣體控制系統包括空氣緩沖罐、CO2緩沖罐、SF6緩沖罐、空氣調壓閥、CO2調壓閥、SF6調壓閥、壓力表、空氣流量計、CO2流量計、SF6流量計、混合氣體流量計、混合氣體調壓閥、混合氣體緩沖罐。
本發明的目的還可以通過以下優選技術方案來進一步實現前述的鎂合金熔煉的氣體保護方法，其中，所述壓縮空氣在混合之前經過干燥處理；步驟(3)中通入的保護氣體的流量為2～12L/min，保護氣體的壓力為0.05MPa～2MPa；步驟(4)溫度控制在650～760℃范圍內。
前述的鎂合金熔煉的氣體混合裝置，其中，所述的混合氣體控制系統中的流量計帶有節流器；所述的混合氣體控制系統還設有壓力繼電器。
采用本發明技術方案可以起到如下技術效果1、采用混合氣體保護鎂合金熔液，產生的廢渣少，金屬收得率高，可以大大減少由于熔劑熔煉而帶來的夾渣缺陷，能夠有效降低鎂合金鑄件的腐蝕速率，提高耐蝕性能；不論與RJ系列熔劑、覆蓋劑及采用Ar、CO2等氣體保護熔煉相比，還是與其它氣體保護相比，是一種無毒無腐蝕的保護方法；2、由于SF6混合氣體的保護作用還受到組元氣體干燥程度的影響，水分的存在會極大地削弱混合氣體的保護作用。因此，本發明混合氣體控制系統中設有冷干機、濾油器對壓縮空氣進行除水除油處理；3、混合氣路中設有混合氣體調壓閥，可以同時控制SF6、空氣與CO2的流量，通過調節混合氣體調壓閥的壓力就可以使干燥空氣、CO2和SF6的壓力同時增加或減少，從而使各自的流量亦同時增加或減少，維持三種氣體原來設定的比例近似不變；4、混合氣路中設有帶有節流器的流量計，可以分別調整SF6的濃度和混合氣體的流量，使混合氣體具有合理的混合比；5、混合氣路中設有壓力繼電器用于壓縮空氣、SF6的失壓報警，當壓縮空氣、SF6壓力較低時，壓力繼電器動作，發出聲光報警信號；6、混合氣路中設有混合氣體緩沖罐，調整氣體進入量，輸出壓力相同的3路氣體，使混合氣體均勻、比例更加穩定；7、混合氣體采用分步減壓方法，能夠更精確的控制混氣比。


圖1是本發明混氣裝置示意圖。
圖中各附圖標記的含義見下表

<p>表III

從表II和表III中可以看出，聚合物多元醇和脂族多元醇交聯劑組合，可以在熱撕裂方面得到最佳的加工性能，并且使固化后泡沫材料的耐撕裂性達到最佳。該組合還可以得到與由不加入聚合物多元醇的交聯劑制得的泡沫材料相當的或改進的伸長率。
本發明的聚氨酯泡沫材料可以應用于許多用途，例如在環境問題受到18以0.05MPa進入SF6緩沖罐20，再經SF6調壓閥21進行減壓后進入帶有節流器的SF6流量計24，然后通過混合氣緩沖罐25進入混合氣體調壓閥26和混合流量計28進行穩定流量和壓力輸出；系統還設有壓力繼電器22，用于SF6的失壓報警，當SF6壓力較低時，壓力繼電器動作，發出聲光報警信號。
(4)壓縮空氣和SF6氣體，按99.9％空氣+0.1％SF6比例進入混合氣緩沖罐25，緩沖罐25調整氣體進入量，輸出壓力相同的3路氣體，使混合氣體均勻；混合氣體調壓閥26同時控制SF6、空氣與CO2的流量，通過調節混合氣體調壓閥26的壓力就可以使干燥空氣、CO2和SF6的壓力同時增加或減少，從而使各自的流量亦同時增加或減少，維持三種氣體原來設定的比例近似不變；混合氣路中設有帶有節流器的流量計，可以分別調整SF6的濃度和混合氣體的流量，使混合氣體具有合理的混合比。
(5)將經過預加熱處理后的鎂合金鑄錠，放入封閉熔煉爐中，加熱升溫。當溫度達到500℃時，通入流量為2L/min、壓力為0.05MPa比例均勻的混合保護氣體；在保護氣體存在下，控制溫度在560℃，鎂合金熔化后進行精煉攪拌處理后，靜置30分鐘。有覆蓋劑污染時，熔液表面很快地形成一層具有金屬色澤、致密的、連續的保護薄膜，有效地阻止了鎂液的氧化燃燒。熔化后的鎂合金液，在保護氣體存在下，再進行澆鑄、后續加工或熱處理。
實施例2(1)打開壓縮空氣調壓閥2及帶有節流器的空氣流量計9、混合氣出口調壓閥26和帶有節流器的混合氣流量計28。壓縮空氣1經過冷干機3、濾油器4除水除油后，以1MPa進入空氣緩沖罐5，再經空氣調壓閥6進行減壓后進入帶有節流器的空氣流量計9，然后通過混合氣緩沖罐25進入混合氣體調壓閥26和混合流量計28進行穩定流量和壓力輸出；系統還設有壓力繼電器7，用于壓縮空氣的失壓報警，當壓縮空氣壓力較低時，壓力繼電器動作，發出聲光報警信號。
(2)打開CO2調壓閥11及帶有節流器的CO2流量計16、混合氣出口調壓閥26和帶有節流器的混合氣流量計28。CO2氣體經過CO2調壓閥11以1MPa進入CO2緩沖罐13，再經CO2調壓閥14進行減壓后進入帶有節流器的CO2流量計16，然后通過混合氣緩沖罐25進入混合氣體調壓閥26和混合流量計28進行穩定流量和壓力輸出。
(3)打開SF6調壓閥18及帶有節流器的SF6流量計24、混合氣出口調壓閥26和帶有節流器的混合氣流量計28。SF6氣體經過SF6調壓閥18以1MPa進入SF6緩沖罐20，再經SF6調壓閥21進行減壓后進入帶有節流器的SF6流量計24，然后通過混合氣緩沖罐25進入混合氣體調壓閥26和混合流量計28進行穩定流量和壓力輸出；系統還設有壓力繼電器22，用于SF6的失壓報警，當SF6壓力較低時，壓力繼電器動作，發出聲光報警信號。
(4)壓縮空氣、CO2、SF6按75％空氣+24.8％CO2+0.2％SF6的比例進入混合氣緩沖罐25，緩沖罐25調整氣體進入量，輸出壓力相同的3路氣體，使混合氣體均勻；混合氣體調壓閥26同時控制SF6、空氣與CO2的流量，通過調節混合氣體調壓閥26的壓力就可以使干燥空氣、CO2和SF6的壓力同時增加或減少，從而使各自的流量亦同時增加或減少，維持三種氣體原來設定的比例近似不變；混合氣路中設有帶有節流器的流量計，可以分別調整SF6的濃度和混合氣體的流量，使混合氣體具有合理的混合比。
(5)將經過預加熱處理后的鎂合金鑄錠，放入封閉熔煉爐中，加熱升溫。當溫度達到500℃時，通入流量為7L/min、壓力為1.025MPa比例均勻的混合保護氣體；在保護氣體存在下，控制溫度在700℃，鎂合金熔化后進行精煉攪拌處理后，靜置30分鐘。有覆蓋劑污染時，熔液表面很快的形成一層具有金屬色澤、致密的、有褶皺且比較厚的保護薄膜，有效地阻止了鎂液的氧化燃燒。熔化后的鎂合金液，在保護氣體存在下，再進行澆鑄、后續加工或熱處理。
實施例3
(1)打開壓縮空氣調壓閥2及帶有節流器的空氣流量計9、混合氣出口調壓閥26和帶有節流器的混合氣流量計28。壓縮空氣經過冷干機3、濾油器4除水除油后，以2MPa進入空氣緩沖罐5，再經空氣調壓閥6進行減壓后進入帶有節流器的空氣流量計9，然后通過混合氣緩沖罐25進入混合氣體調壓閥26和混合流量計28進行穩定流量和壓力輸出，系統還設有壓力繼電器7，用于壓縮空氣的失壓報警，當壓縮空氣壓力較低時，壓力繼電器動作，發出聲光報警信號。
(2)打開CO2調壓閥11及帶有節流器的CO2流量計16、混合氣出口調壓閥26和帶有節流器的混合氣流量計28。CO2氣體經過CO2調壓閥11以2MPa進入CO2緩沖罐13，再經CO2調壓閥14進行減壓后進入帶有節流器的CO2流量計16，然后通過混合氣緩沖罐25進入混合氣體調壓閥26和混合流量計28進行穩定流量和壓力輸出。
(3)打開SF6調壓閥18及帶有節流器的SF6流量計24、混合氣出口調壓閥26和帶有節流器的混合氣流量計28。SF63經過SF6調壓閥18以2MPa進入SF6緩沖罐20，再經SF6調壓閥21進行減壓后進入帶有節流器的SF6流量計24，然后通過混合氣緩沖罐25進入混合氣體調壓閥26和混合流量計28進行穩定流量和壓力輸出，系統還設有壓力繼電器22，用于SF6的失壓報警，當SF6壓力較低時，壓力繼電器動作，發出聲光報警信號。
(4)壓縮空氣、CO2、SF6按50％空氣+49.7％CO2+0.3％SF6的比例進入混合氣緩沖罐25，緩沖罐25調整氣體進入量，輸出壓力相同的3路氣體，使混合氣體均勻；混合氣體調壓閥26同時控制SF6、空氣與CO2的流量，通過調節混合氣體調壓閥的壓力就可以使干燥空氣、CO2和SF6的壓力同時增加或減少，從而使各自的流量亦同時增加或減少，維持三種氣體原來設定的比例近似不變；混合氣路中設有帶有節流器的流量計，可以分別調整SF6的濃度和混合氣體的流量，使混合氣體具有合理的混合比。
(5)將經過預加熱處理后的鎂合金鑄錠，放入封閉熔煉爐中，加熱升溫。當溫度達到500℃時，通入流量為12L/min、壓力為2MPa的比例均勻混合保護氣體；在保護氣體存在下，控制溫度在800℃，鎂合金熔化后進行精煉攪拌處理后，靜置30分鐘。有覆蓋劑污染時，熔液表面很快的形成一層顏色發灰、致密的、有褶皺、很厚的保護膜，有效地阻止了鎂液的氧化燃燒。熔化后的鎂合金液，在保護氣體存在下，再進行澆鑄、后續加工或熱處理。
以上通過具體實施例對本發明技術方案作了進一步說明，這些例子僅是一些應用范例，不能理解為對本發明權利要求保護范圍的一種限制。
權利要求
1.鎂合金熔煉的氣體保護方法，其特征在于包括以下步驟(1)高壓狀態的SF6、CO2和壓縮空氣，按比例混合后輸出，作為鎂合金熔煉過程的保護氣體；(2)將預熱處理的鎂合金鑄錠放入封閉熔煉爐中，加熱升溫；(3)當溫度達到500℃以后通入保護氣體，在鎂合金液表面形成一層保護膜；(4)繼續通入保護氣體，控制溫度在560～800℃進行精煉攪拌處理；(5)精煉攪拌完畢，靜置30分鐘，熔化后的鎂合金液，在保護氣體存在下進行澆鑄、后續加工或熱處理。
2.根據權利要求1所述的鎂合金熔煉的氣體保護方法，其特征在于所述壓縮空氣在混合之前經過干燥處理。
3.根據權利要求1所述的鎂合金熔煉的氣體保護方法，其特征在于步驟(3)中通入的保護氣體的流量為2～12L/min，保護氣體的壓力為0.05MPa～2MPa。
4.根據權利要求1所述的鎂合金熔煉的氣體保護方法，其特征在于步驟(4)溫度控制在650～760℃范圍內。
5.一種鎂合金熔煉的氣體混合裝置，其特征在于包括供氣裝置、過濾裝置、混合氣體控制系統，所述的供氣裝置包括SF6氣瓶、CO2氣瓶、空氣儲氣罐、調壓閥及壓力表、通氣管；所述的過濾裝置包括冷干機及濾油器；所述的混合氣體控制系統包括空氣緩沖罐、CO2緩沖罐、SF6緩沖罐、空氣調壓閥、CO2調壓閥、SF6調壓閥、壓力表、空氣流量計、CO2流量計、SF6流量計、混合氣體流量計、混合氣體調壓閥、混合氣體緩沖罐。
6.根據權利要求5所述的一種鎂合金熔煉的氣體混合裝置，其特征在于所述的混合氣體控制系統中的流量計帶有節流器。
7.根據權利要求5所述的一種鎂合金熔煉的氣體混合裝置，其特征在于所述的混合氣體控制系統設有壓力繼電器。
全文摘要
本發明涉及一種鎂合金熔煉、澆鑄和后續加工時的氣體保護方法及氣體混合裝置。主要是鎂合金在熔煉、保溫、精練及后續加工過程中，采用壓縮空氣、SF
文檔編號B22D23/00GK1858279SQ20061004052
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月22日 優先權日2006年5月22日
發明者張慧, 鐘皓, 閆蘊琪, 翁文憑, 陳琦 申請人:蘇州有色金屬加工研究院