镁合金熔剂与熔解剂净化技术的研究进展

  近年来， 由于能源危机的逐渐凸显与世界各地 环境污染的日益严重，使得减少污染、降低能耗、资 源循环利用显得尤为重要。因此，人们提出了材料轻 量化和回收再利用的要求。在金属材料中，镁合金作 为最轻的工程材料，具有密度小、比强度和比刚度高、 阻尼减振降噪能力强、液态成型性能优越、切削加工性 能良好、能屏蔽电磁辐射和易于回收利用等一系列优 点，在车辆、航空等领域将具有很大的发展潜力。

  颗粒状熔剂作用机理编辑

  1、颗粒状复合熔剂具有独特的成分缓释技术，其内部各组成呈现均匀分布状态，依靠独特的颗粒状特性和各成分作用时间的差异，使得熔融的熔剂能够在上浮过程中充分包裹铝液中各种大小的渣（杂）

  2、采用了表面活性吸附技术，可有效改变熔剂包裹的渣团表面活性，使渣团表层裹覆的熔剂与惰性气体具有较强结合倾向，与铝熔体具有极低亲和力，从而提升除渣效率，实现更好的铝渣分离。

  3、覆盖作用在保护熔体不进一步氧化的同时能够保持熔体表层热量，使得熔剂不需要添加放热组元升温就可以实现渣铝分离，从而有效避免了熔剂反应过程放热导致熔体氧化加剧和损耗。

  新熔剂应具备以下特点：吸湿性小，蒸汽压低；在铝液表面能自动铺开形成连续覆盖层；熔剂与铝液能自动分离，易于扒渣；熔剂排放有害气体含量少，不危害工人身体健康；生产工艺简单，价格便宜颗粒状铝合金熔剂正是在这样的背景下产生的，也必然越来越多的受到铝合金熔炼及铸造行业的重视，逐步替代现有的传统熔剂。

  镁合金之所以获得广泛的应用,是因为它具有下列优点:①密度小,比铝轻三分之一,其比强度(抗拉强度与密度之比值)较铝合金高;②疲劳极限高;③能比铝合金承受较大的冲击载荷;④导热性好;⑤铸造性好;尺寸稳定性好;⑦易于回收;⑧有良好的切削加工性;⑨有较好的减振性能;⑩在诸多方面比工程塑料优越,可替代工程塑料;在煤油、汽油、矿物油和碱类中的耐耐蚀性较高等。

  镁合金的缺点在于:它耐蚀性差,即使铸造合金耐蚀性能也较铝合金差,在熔化时需要加入特殊的防护溶剂;需要用特种的混合型砂来制作砂模。此外,尽管镁合金的冲击韧性和疲劳强度好,但是其对应力集中却很敏感;屈服点低和弹性系数小,也降低了镁合金作为结构材料放入使用价值。镁在熔化过程中极易与空气中的氧、氮、水气等 发生剧烈的化学反应，熔解剂产生大量夹杂物，并伴随着气 体、缩松和针孔等缺陷。夹杂物的存在严重影响了镁 合金的性能与品质， 在很大程度上限制了镁合金产 品在工程中的实际应用。因此，除杂是提高镁合金纯 净度，发展镁合金产业的关键。

  目前，镁合金净化方法主要有熔剂净化法与非 熔剂净化法两大类。熔剂净化法具有除杂成本低、效率高、操作方便、效果好等优点，所以被普遍采用。 然而，熔剂净化法在得到广泛应用的同时，也存在污 染环境、带入熔剂夹杂、金属损耗增加等问题。

  1、 镁合金中的夹杂物

   依据夹杂物在镁合金中组成和结构的不同，可 以将其分为非金属夹杂物和金属夹杂物。非金属夹杂物有： 镁的氮氧化物， 如MgO、 Mg3N2；氯化物，如NaCl、CaCl2、KCl 等；铝钙基碳化 物， 如Al4C3、CaC； 镁基硫化物、镁铝基氟化物，如 MgS、MgF2 等；Si 及Si 化物，如Mg2Si、SiO2 等。金属夹杂物有：α-Fe 粒子；锰-铁金属化合物，如 MnAl6、Fe2 (Si，B)、Fe3 (Al，Si)、(Fe，Mn)3Si、(Fe，Mn)5Si3 等；Ni、Cu 与镁的金属化合物等。

   2、 对净化熔剂性能的要求

    为了实现良好的净化效果， 通常净化熔剂要达 到以下使用要求：

   （1） 熔点：熔剂熔点要低于镁合金熔液的熔点，保证熔剂使用时可形成完整的密封层， 能够很好地 隔离夹杂物。

   （2） 密度：熔剂与金属液之间的密度差要较大， 避免熔剂夹杂到镁合金液中。

   （3） 粘度：根据熔剂具体用途，粘度大小要求不 同。以覆盖为主要目的，要求粘度要小，容易铺开； 以除杂为主要目的，则要求粘度较大，便于与金属液 分离。

   （4） 造渣性： 熔剂自身不应含有影响金属液质 量的杂质，同时要有较强的俘获气体和其它杂质、并 迅速沉降的能力。

   （5） 化学稳定性：熔剂的化学性质要稳定，不易 挥发、分解。在熔炼过程中要求不易与合金液、坩埚 壁等发生反应。

   （6） 无公害：熔剂生产、运输、使用过程要确保 操作人员的健康安全， 同时尽可能减少环境污染等 问题。

  目前镁合金除铁的方法主要是在净化熔剂中加 入含有Mn、Zr、Ti 与B 等元素的除铁剂。吴国华等[6-8] 分别用含B2O3、TiO2、Na2B4O7、MnCl2 等熔剂对AZ91 镁合金进行了除Fe 研究。研究表明，这些净化熔剂 与Fe 杂质相互作用， 在镁熔液中形成密度大、溶解 度小的金属间化合物。静置后，该化合物沉淀到底 部与镁熔液分离， 从而有效降低合金中的Fe 杂质 含量。

  通过对稀土镁合金的深入研究发现， 传统镁合 金熔剂中的主要组元MgCl2 会与稀土元素发生反 应：2[RE]+3MgCl2（l）→2RECl3（s）+3Mg（l），这导致 部分昂贵稀土损耗。因此，在实际生产应用中，对 于稀土镁合金通常使用不含或少含MgCl2 的熔剂， 以此来避免稀土损耗。另外，此类熔剂的净化效果不 理想，夹杂物含量仍然较多，合金质量较差。去除组分所含有毒物质。潘懿等在二号 熔剂的基础上， 从无环保问题与人身健康的要求为出发点，取消了熔剂中的钡元素，增加了MgCl2、KCl 的含量，同时加入了一定量的NaCl 与MgCO3。加入 的MgCO3，在高温下分解产生CO2，部分CO2 可以 清除液体中的H2。部分CO2 与Mg 反应，生成MgO2 与C，起变质与造渣作用。在满足环保要求的同时也 增强了熔剂的炼渣除气能力。 

  其他熔剂组分的改进研究。由于碱金属及 碱土金属具有较高的化学稳定性，所以是目前镁合金 净化熔剂的主要组分。在此基础上人们不断研究通过 加入新组分， 来提高熔剂的净化效果。美国的Faure 等以铝合金精炼常用熔剂组分Na3AlF6 为主，添加 MgF2，研究新熔剂对镁合金废料的精炼效果，该熔 剂密度大，熔点也较高（920℃）。在国内，镁合金净 化熔剂的研究中Na3AlF6 的添加也逐渐被重视，然 而其对镁合金的净化效果还有待研究。