本發(fā)明屬于鎂合金熔煉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鎂合金熔煉方法及其裝置。

背景技術(shù)：

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，鎂合金的熔煉不同于鋼鐵、鋁等常用結(jié)構(gòu)材料，因為鎂化學(xué)活性高，在高溫下極易與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)，甚至燃燒、爆炸，使其熔煉過程比較困難，在熔煉過程中需要防止氧化、燃燒的保護工藝。多年來，人們一直在尋找降低鎂合金熔煉過程中氧化的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對上述存在的問題，提供一種鎂合金熔煉方法及其裝置，本發(fā)明的鎂合金熔煉方法能有效避免鎂合金熔煉過程中的氧化燒損和氧化物夾雜的產(chǎn)生，同時顯著減少保護氣體的使用量，具有環(huán)保價值和經(jīng)濟效益。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種鎂合金熔煉方法，包括如下步驟：

(1)將鎂合金爐料進行預(yù)熱干燥，然后稱取干燥好的鎂合金爐料放入置于熔煉爐內(nèi)的熔煉坩堝中，再蓋上坩堝蓋；

(2)開啟熔煉爐，將熔煉坩堝升溫至400-500℃，恒溫2-3min，通入混合氣體將空氣置換，所述混合氣體由活性氣體和載氣組成，所述活性氣體占混合氣體的體積含量為0.01-0.1％，載氣占混合氣體的總體積含量為99.9-99.99％；

(3)待將空氣置換出后，繼續(xù)通入混合氣體，將熔煉坩堝升溫至630-680℃，恒溫3-5min；

(4)然后將熔煉坩堝爐繼續(xù)升溫至680-730℃，恒溫1.5-3h，再進行澆注即可。

較佳地，在步驟(1)，所述鎂合金爐料包括鎂錠和熔煉保護劑，所述鎂錠和熔煉保護劑的重量比為100：0.01-0.1，所述熔煉保護劑為氯化鋁。

較佳地，在步驟(2)，在通入所述混合氣體前，還包括對混合氣體進行預(yù)熱，所述預(yù)熱溫度為350-400℃。

較佳地，在步驟(2)，所述活性氣體為經(jīng)氣化后的AlCl₃，所述載氣為N₂、CO₂、Ar和壓縮空氣中的一種或以上。

較佳地，所述升溫速率為5-15℃/min，所述混合氣體的流量為0.5-1.5L/min。

本發(fā)明還提供了一種鎂合金的熔煉坩堝，本熔煉坩堝能有效阻止空氣進入熔煉爐，降低鎂合金的表面氧化程度及氧化夾雜，提高鎂合金熔煉的品質(zhì)，同時可以減少保護氣的使用量和尾氣的排放量，降低熔煉成本和環(huán)境負荷。

本發(fā)明的熔煉坩堝包括坩堝體及坩堝蓋，所述坩堝蓋蓋裝在坩堝體的上方，所述坩堝蓋上開設(shè)有氣孔，該坩堝蓋的下端面設(shè)置有與坩堝體上沿口相配合的環(huán)形密封槽，所述坩堝蓋包括左蓋及右蓋，所述左蓋的右側(cè)端面呈┗型，所述右蓋的左側(cè)端面呈┓型，所述左蓋的右側(cè)端面與右蓋的左側(cè)端面無縫連接，構(gòu)成一完整的坩堝蓋。

較佳地，所述左蓋與右蓋的面積比為1-2：1，所述左蓋的上端面還對稱設(shè)置有2個坩堝蓋耳。

較佳地，所述氣孔包括第一氣孔、第二氣孔及第三氣孔，所述第一氣孔設(shè)置在左蓋，所述第二氣孔及第三氣孔設(shè)置在右蓋；所述第一氣孔上連接有排氣管，所述第二氣孔上連接有進氣管，所述第三氣孔上設(shè)置有熱電偶，所述熱電偶深入坩堝體的底部。

較佳地，所述坩堝體由里至外依次由不銹鋼板層、保溫棉層和普通鋼板層構(gòu)成。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明在鎂合金熔煉過程中，分階段升溫熔煉，在達到鎂合金熔點前，先通入混合氣體將空氣置換出后，再繼續(xù)升溫至鎂合金熔化，此時通入的混合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，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，也沒有發(fā)生鎂合金液燃燒現(xiàn)象；最后再繼續(xù)升溫，進行恒溫熔煉；分階段升溫熔煉方法，可保證在鎂合金達到熔點前，熔煉坩堝內(nèi)的空氣已全部置換出來，且保護膜的形成充分均勻，能有效避免鎂合金熔煉過程中的氧化燒損和氧化物夾雜的產(chǎn)生，使得鎂合金被氧化率低于≤0.01％，同時避免了能耗，具有環(huán)保價值和經(jīng)濟效益；

(2)本發(fā)明的鎂合金熔煉方法，在鎂合金爐料熔煉前，添加了熔煉保護劑，可使氯化鋁升華，形成的AlCl₃氣體密度比空氣大，這樣，AlCl₃氣體沉積在鎂合金表面，起到隔開空氣的作用，同時采用混合氣體保護與熔煉保護劑雙重保護的方法，可顯著減少混合氣體的使用量，也解決了傳統(tǒng)熔劑保護工藝中存在的鎂合金氧化燒損嚴重和氧化物夾雜含量較高的問題，提高鎂合金的收得率、提升鎂合金產(chǎn)品的品質(zhì)；另外在通入混合氣體之前，先對混合氣體進行預(yù)熱，可有效防止混合氣體通入后，熔煉坩堝內(nèi)溫差過大，造成局部壓差，避免了安全隱患；

(3)本發(fā)明的熔煉裝置在坩堝體上方加蓋刻有環(huán)形密封槽的坩堝蓋，使坩堝蓋與坩堝緊密相連，本發(fā)明將坩堝蓋切為左蓋與右蓋兩部分，切線呈折線形，方便熔煉操作的同時增加密封性能，在兩蓋合上時，可有效防止空氣進入坩堝體內(nèi)；本發(fā)明的熔煉裝置結(jié)構(gòu)簡單，密封性好，操作容易。

(4)本發(fā)明的熔煉方法在熔煉過程中，能有效阻止空氣進入熔煉坩堝內(nèi)，能有效降低鎂合金的表面氧化程度，降低鎂合金的氧化夾雜，提高鎂合金熔煉的品質(zhì)，同時可以減少保護氣的使用量和尾氣的排放量，降低熔煉成本和環(huán)境負荷。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明坩堝蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中，1-坩堝體，2-坩堝蓋，201-左蓋，202-右蓋，3-環(huán)形密封槽，4-第一氣孔，5-第二氣孔，6-第三氣孔，7-坩堝蓋耳，8-不銹鋼板層，9-保溫棉層，10-普通鋼板層。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參考附圖并舉出優(yōu)選實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節(jié)僅僅是為了使讀者對本發(fā)明的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。

本發(fā)明使用的原料均可在市面上購買。

實施例1

一種鎂合金熔煉方法，包括如下步驟：

(1)將鎂合金AZ91D進行預(yù)熱干燥，然后稱取干燥好的鎂合金爐料放入置于熔煉爐內(nèi)的熔煉坩堝中，再蓋上坩堝蓋；

(2)開啟熔煉爐，將熔煉坩堝升溫至400℃，恒溫3min，通入混合氣體將空氣置換，所述混合氣體由活性氣體和載氣組成，所述活性氣體占混合氣體的體積含量為0.01％，載氣占混合氣體的總體積含量為99.99％；活性氣體為經(jīng)氣化升華后的AlCl₃，載氣為N₂；

(3)待將空氣置換出后，繼續(xù)通入混合氣體，將熔煉坩堝升溫至630℃，恒溫5min；此時混合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，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；

(4)然后將熔煉坩堝爐繼續(xù)升溫至700℃，恒溫3h，再進行澆注即可。

以上步驟中，升溫速率為5℃/min，所述混合氣體的流量為0.5L/min。

在整個熔煉和保溫過程中，含AlCl₃的混合氣體對鎂合金液的保護效果良好，鎂合金被氧化率低于≤0.01％，沒有發(fā)生鎂合金液燃燒現(xiàn)象。

實施例2

一種鎂合金熔煉方法，包括如下步驟：

(1)將鎂合金AM50進行預(yù)熱干燥，然后稱取干燥好的鎂合金爐料放入置于熔煉爐內(nèi)的熔煉坩堝中，再蓋上坩堝蓋；

(2)開啟熔煉爐，將熔煉坩堝升溫至400℃，恒溫2min，將混合氣體預(yù)熱至350℃后，通入經(jīng)預(yù)熱的混合氣體將空氣置換，所述混合氣體由活性氣體和載氣組成，所述活性氣體占混合氣體的體積含量為0.1％，載氣占混合氣體的總體積含量為99.9％；活性氣體為經(jīng)氣化升華后的AlCl₃，載氣為CO₂；

(3)待將空氣置換出后，繼續(xù)通入混合氣體，將熔煉坩堝升溫至680℃，恒溫3min；此時混合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，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；

(4)然后將熔煉坩堝爐繼續(xù)升溫至730℃，恒溫1.5h，再進行澆注即可。

以上步驟中，升溫速率為5℃/min，所述混合氣體的流量為1.5L/min。

在整個熔煉和保溫過程中，含AlCl₃的混合氣體對鎂合金液的保護效果良好，鎂合金被氧化率低于≤0.01％，沒有發(fā)生鎂合金液燃燒現(xiàn)象。

實施例3

一種鎂合金熔煉方法，包括如下步驟：

(1)將鎂合金AZ91D和熔煉保護劑按重量比為100：0.01混合均勻后，，進行預(yù)熱干燥，然后稱取干燥好的鎂合金爐料放入置于熔煉爐內(nèi)的熔煉坩堝中，再蓋上坩堝蓋；熔煉保護劑由AlCl₃組成；

(2)開啟熔煉爐，將熔煉坩堝升溫至450℃，恒溫2min，將混合氣體預(yù)熱至400℃后，通入經(jīng)預(yù)熱的混合氣體將空氣置換，所述混合氣體由活性氣體和載氣組成，所述活性氣體占混合氣體的體積含量為0.01％，載氣占混合氣體的總體積含量為99.99％；活性氣體為AlCl₃，載氣由Ar和壓縮空氣混合而成；

(3)待將空氣置換出后，繼續(xù)通入混合氣體，將熔煉坩堝升溫至650℃，恒溫4min；此時混合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，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；

(4)然后將熔煉坩堝爐繼續(xù)升溫至720℃，恒溫2h，再進行澆注即可。

以上步驟中，升溫速率為10℃/min，所述混合氣體的流量為1L/min。

在整個熔煉和保溫過程中，含AlCl₃的混合氣體對鎂合金液的保護效果良好，鎂合金被氧化率低于≤0.01％，沒有發(fā)生鎂合金液燃燒現(xiàn)象。

實施例4

本實施例3其他工藝參數(shù)與實施例3相同，不同之處在于：熔煉保護劑由AlCl₃組成，鎂合金AZ91D和熔煉保護劑按重量比為100：0.1。

實施例5

本發(fā)明還提供了一種鎂合金的熔煉坩堝，如圖1和圖2所示，包括坩堝體1及坩堝蓋2，所述坩堝蓋2蓋裝在坩堝體1的上方，所述坩堝蓋2上開設(shè)有氣孔，該坩堝蓋2的下端面設(shè)置有與坩堝體1上沿口相配合的環(huán)形密封槽3，所述坩堝蓋2包括左蓋201及右蓋202，所述左蓋201的右側(cè)端面呈┗型，所述右蓋202的左側(cè)端面呈┓型，所述左蓋201的右側(cè)端面與右蓋202的左側(cè)端面無縫連接，構(gòu)成一完整的坩堝蓋2。所述氣孔包括第一氣孔4、第二氣孔5及第三氣孔6，所述第一氣孔4設(shè)置在左蓋201，所述第二氣孔5及第三氣孔6設(shè)置在右蓋202；所述第一氣孔4上連接有排氣管，所述第二氣孔5上連接有進氣管，所述第三氣孔6上設(shè)置有熱電偶，所述熱電偶深入坩堝體的底部。所述左蓋201的上端面還對稱設(shè)置有2個坩堝蓋耳7。坩堝蓋耳7的設(shè)置便于用鐵鉤將左蓋201搬離，進行熔煉操作。

較佳地，所述坩堝體1由里至外依次由不銹鋼板層8、保溫棉層9和普通鋼板層10構(gòu)成。坩堝體1的外表面對稱焊接有2個把手。把手便于提取坩堝體1。

較佳地，所述左蓋201與右蓋202的面積比為1-2：1。左蓋201可以移動，打開，便于熔煉操作；左蓋201與右蓋202之間的結(jié)合部位于坩堝蓋2厚度的中間位置，當(dāng)坩堝蓋2左、右兩部分合上時，能保持很好的密封性能，防止空氣進入坩堝體。

本發(fā)明的熔煉坩堝直徑為10cm，熔煉坩堝表面積為78.5cm²，本發(fā)明熔煉坩堝的環(huán)形密封槽3使坩堝蓋2能卡在坩堝體1上，減小了坩堝蓋2與坩堝體1之間的空隙，使空氣不能沿著空隙進入坩堝體。本發(fā)明在熔煉過程中，能有效阻止空氣進入熔煉爐，降低鎂合金的表面氧化程度，降低鎂合金的氧化夾雜，提高鎂合金熔煉的品質(zhì)，同時可以減少保護氣的使用量和尾氣的排放量，降低熔煉成本和環(huán)境負荷。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。