專利名稱：：防止鎂合金氧化燃燒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鎂合金冶金
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體涉及一種防止鎂合金熔煉時(shí)氧化燃燒的方法。
背景技術(shù)：
：鎂合金不僅密度小、比強(qiáng)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(wú)污染、易回收等優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)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(méi)有得到解決，如鎂合金在熔煉、加工和熱處理等過(guò)程中易發(fā)生氧化燃燒。多年來(lái)，人們一直在尋找阻止鎂合金熔煉過(guò)程中氧化燃燒的方法。目前，國(guó)內(nèi)外常用的阻止鎂合金燃燒的方法有三種熔劑保護(hù)法、合金元素法和氣體保護(hù)法。熔劑保護(hù)法簡(jiǎn)便易行，保護(hù)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(duì)環(huán)境和工作人員造成不良影響。鑒于以上原因，熔劑保護(hù)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(shí)調(diào)節(jié)合金成分，是阻止鎂合金燃燒的一種簡(jiǎn)便易行的方法。但是，這種方法也存在明顯的缺點(diǎn)，如難以同時(shí)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(hù)法是目前應(yīng)用最廣的鎂合金熔煉保護(hù)方法。工業(yè)上常用的保護(hù)氣體有SF6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(lái)，以SF6混合氣體為代表的氣體保護(hù)技術(shù)一直是鎂合金普遍采用的阻燃保護(hù)方法。然而，上世紀(jì)末，溫室效應(yīng)所引起的環(huán)境問(wèn)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CO2的23900倍，屬于1997年京都議定書(shū)中規(guī)定要逐步淘汰的氣體。歐美等發(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，國(guó)際鎂業(yè)協(xié)會(huì)(IMA)也確定鎂工業(yè)界于2015年前實(shí)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(hù)氣體和保護(hù)技術(shù)，以替代現(xiàn)有的SF6氣體保護(hù)技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供防止鎂合金熔煉時(shí)氧化燃燒的方法，該方法使用的HFC-245fa(1,1，1，3,3-五氟丙垸，分子式QjF5H3)氣體具有低溫室效應(yīng)(GWP為950)、在使用濃度下，毒性極低，幾乎對(duì)人體無(wú)影響，優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保，成本低，方法簡(jiǎn)單易行，解決當(dāng)前國(guó)際鎂工業(yè)界使用高溫室效應(yīng)的SFe和有毒的S02氣體進(jìn)行鎂合金熔煉保護(hù)時(shí)所帶來(lái)環(huán)境、設(shè)備和人體危害等問(wèn)題，具有顯著的環(huán)保價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，適合工業(yè)化大規(guī)模推廣。本發(fā)明的防止鎂合金氧化燃燒的方法為通過(guò)在鎂合金熔煉爐內(nèi)通入由HFC-245fa氣體3和稀釋氣體組成的混合氣體進(jìn)行鎂合金熔煉保護(hù)；所述氣體在鎂合金熔煉時(shí)，用常規(guī)的方法進(jìn)行氣體的干燥、混合和輸送至需要保護(hù)的鎂合金表面進(jìn)行保護(hù)。在上述的方法中，所述在混合氣體中，HFC-245fa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或壓縮空氣中的一種或多種。在上述的方法中，所述在混合氣體中所用的保護(hù)氣體HFC-245fa占混合氣體體積含量的0.012%，稀釋氣體占混合氣體總體積含量的9899.99%，通入的混合氣體流量為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的3%10%。本發(fā)明與現(xiàn)有的SF6或S02氣體保護(hù)技術(shù)相比，具有無(wú)毒、環(huán)保，可有效防止鎂合金氧化燃燒的特點(diǎn)。HFC-245fa(1，1,1,3,3-五氟丙烷，分子式C3F5H3)通常情況下為無(wú)色無(wú)味氣體，沸點(diǎn)15.3'C，具有良好的環(huán)境性能(ODPK)，100年GWP值為950，僅相當(dāng)于SF6的4M)，在使用濃度下無(wú)毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，作為鎂合金熔煉保護(hù)氣體具有很好的保護(hù)效果，因此，其作為SFs和S02保護(hù)氣體的替代品具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。己在實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定運(yùn)行，證明安全可靠。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明通過(guò)在鎂合金熔煉爐內(nèi)通入HFC-245fa氣體和稀釋氣體(可用干燥的&、C02、Ar或壓縮空氣中的一種或多種)的混合氣體進(jìn)行鎂合金熔煉保護(hù)。鎂合金熔煉時(shí)，用常規(guī)的方法進(jìn)行氣體的干燥、混合和輸送至需要保護(hù)的鎂合金表面進(jìn)行保護(hù)作用。本發(fā)明的鎂合金熔煉氣體保護(hù)方法具體實(shí)施步驟為準(zhǔn)備用于鎂合金熔煉保護(hù)的HFC-245fa氣體和稀釋氣體，HFC-245fa氣體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或壓縮空氣中的一種或多種。混合氣體各組分的體積百分比為0.012%的HFC-245fa、9899.99%稀釋氣體。在鎂合金熔煉需要使用氣體保護(hù)時(shí)，用常規(guī)的方法將干燥、混合的氣體輸送至需要保護(hù)的鎂合金表面。根據(jù)熔煉爐的密封狀況，通入的混合氣體流量為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的310%。直到熔煉澆注結(jié)束。實(shí)施例1在電阻坩堝爐中熔煉鎂合金AZ91D，熔煉爐容積25升，熔煉溫度680'C，使用0.07%HFC-245fa和99.93°掘2的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘2L(約為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的8%)，進(jìn)行鎂合金熔煉氣體保護(hù)。將烘干過(guò)的爐料(3千克)放入電阻坩堝爐的坩堝中，蓋上坩堝蓋。開(kāi)啟熔煉爐，加坩堝，升溫速率1(TC/分鐘，20(TC時(shí)通入混合氣體，混合氣體組成為0.07%HFC-245fa和99.93°/美的混合氣體，混合氣體的通入量為2L/min加熱升溫至熔化后，保護(hù)氣體在鎂熔體表面迅速形成一層致密的、具有良好保護(hù)性的保護(hù)膜，熔化后繼續(xù)升溫到68(TC，保溫1小時(shí)，然后進(jìn)行澆注。在整個(gè)熔煉和保溫過(guò)程中，含HFC-245fa的混合氣體對(duì)鎂合金液的保護(hù)效果很好，即使采用攪拌桿破壞鎂合金液表面的保護(hù)膜，也會(huì)很快形成新的保護(hù)膜起保護(hù)作用，沒(méi)有發(fā)生鎂合金液燃燒現(xiàn)象。實(shí)施例2在電阻坩堝爐中熔煉鎂合金AM50，熔煉爐容積25升，熔煉溫度700°C,使用0.15%HFC-245fa和99.85M干燥壓縮空氣的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘2.0L(約為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的8%)，進(jìn)行鎂合金熔煉氣體保護(hù)。將烘干過(guò)的爐料(3千克)放入電阻坩堝爐的坩堝中，蓋上坩堝蓋。開(kāi)啟熔煉爐，加熱坩堝，升溫速率1(TC/分鐘，20(rC時(shí)通入混合氣體，混合氣體組成為0.15。/。HFC-245fa和99.85%干燥壓縮空氣，混合氣體的流量為1.0L/min，加熱升溫至熔化后，保護(hù)氣體在鎂熔體表面迅速形成一層致密的、具有良好保護(hù)性的保護(hù)膜，熔化后繼續(xù)升溫到70(TC，保溫1小時(shí)，然后進(jìn)行澆注。在整個(gè)熔煉和保溫過(guò)程中，含HFC-245fa的混合氣體對(duì)鎂合金液的保護(hù)效果良好，即使采用攪拌桿破壞鎂合金液表面的保護(hù)膜，也會(huì)很快形成新的保護(hù)膜起保護(hù)作用，沒(méi)有發(fā)生鎂合金液燃燒現(xiàn)象。實(shí)施例3在電阻坩堝爐中熔煉純鎂，熔煉爐容積25升，熔煉溫度730°C，使用0.3%HFC-245fa和99.7%干燥壓縮空氣的混合氣體，混合氣體的通入量為每分鐘2.OL(約為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的8%)，進(jìn)行鎂合金熔煉氣體保護(hù)。將烘干過(guò)的爐料(3千克)放入電阻坩堝爐的坩堝中，蓋上坩堝蓋。開(kāi)啟熔煉爐，加熱坩堝，升溫速率10tV分鐘，20(TC時(shí)通入混合氣體，混合氣體組成為0.3y。HFC-245fa和99.7%干燥壓縮空氣，混合氣體的流量為2.OL/min，加熱升溫至熔化后，保護(hù)氣體在鎂熔體表面迅速形成一層致密的、具有良好保護(hù)性的保護(hù)膜，熔化后繼續(xù)升溫到73(TC，保溫1小時(shí)，然后進(jìn)行澆注。在整個(gè)熔煉和保溫過(guò)程中，含HFC-245fa的混合氣體對(duì)鎂合金液的保護(hù)效果良好，即使采用攪拌桿破壞鎂合金液表面的保護(hù)膜，也會(huì)很快形成新的保護(hù)膜起保護(hù)作用，沒(méi)有發(fā)生鎂合金液燃燒現(xiàn)象。表1為AZ91D在采用N2為稀釋氣氛下，不同熔煉溫度下所需的HFC-245fa濃度，氣體流量為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的8%。表1HFC-245fa/N2混合氣體熔煉保護(hù)的工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2為AZ91D在采用干燥空氣為稀釋氣氛下，不同熔煉溫度下所需的HFC-245fa濃度，氣體流量為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的8%。表2HFC-245fa/air混合氣體熔煉保護(hù)的工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>以上實(shí)施例說(shuō)明，采用含HFC-245fa的混合氣體進(jìn)行鎂合金熔煉保護(hù)，具有很好的保護(hù)效果，與六氟化硫的保護(hù)效果相當(dāng)，但比六氟化硫更具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，而且熔煉保護(hù)工藝簡(jiǎn)單，因此具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。權(quán)利要求1.一種防止鎂合金氧化燃燒的方法，其特征在于在鎂合金熔煉爐內(nèi)通入由HFC-245fa(1，1，1，3，3-五氟丙烷，分子式C3F5H3)氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進(jìn)行鎂合金熔煉保護(hù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止鎂合金氧化燃燒的方法，其特征在于所述氣體在進(jìn)入鎂合金熔煉爐內(nèi)時(shí)，用常規(guī)的方法進(jìn)行氣體的干燥、混合和輸送至需要保護(hù)的鎂合金表面進(jìn)行保護(hù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止鎂合金氧化燃燒的方法，其特征在于所述的混合氣體中，HFC-245fa和稀釋氣體的純度為工業(yè)用純度，所述稀釋氣體為干燥的N2、C02、Ar或壓縮空氣中的一種或多種。4.根據(jù)權(quán)利要求l、2或3所述的方防止鎂合金氧化燃燒的方法，其特征在于所述的混合氣體中，所述HFC-245fa占混合氣體體積含量的0.012%，稀釋氣體占混合氣體總體積含量的9899.99%，通入的混合氣體流量為鎂熔體表面以上封閉氣體體積的3%10%。全文摘要本發(fā)明提供防止鎂合金熔煉時(shí)氧化燃燒的方法通過(guò)在鎂合金熔煉爐內(nèi)通入由HFC-245fa氣體和稀釋氣體組成的混合氣體進(jìn)行鎂合金熔煉保護(hù)；所述氣體在鎂合金熔煉時(shí)，用常規(guī)的方法進(jìn)行氣體的干燥、混合和輸送至需要保護(hù)的鎂合金表面進(jìn)行保護(hù)。本發(fā)明使用的HFC-245fa(1，1，1，3，3-五氟丙烷，分子式C₃F₅H₃)氣體具有低溫室效應(yīng)、在使用濃度下，毒性極低，幾乎對(duì)人體無(wú)影響，優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保，成本低，方法簡(jiǎn)單易行，解決當(dāng)前國(guó)際鎂工業(yè)界使用高溫室效應(yīng)的SF₆和有毒的SO₂氣體進(jìn)行鎂合金熔煉保護(hù)時(shí)所帶來(lái)環(huán)境、設(shè)備和人體危害等問(wèn)題，具有顯著的環(huán)保價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，適合工業(yè)化大規(guī)模推廣。文檔編號(hào)C22C1/02GK101481758SQ20091011092公開(kāi)日2009年7月15日申請(qǐng)日期2009年1月20日優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日發(fā)明者朱立生,林銀山,曉陳申請(qǐng)人:福州大學(xué)