镁熔体中夹杂的无熔剂净化行为研究

摘要

镁合金作为目前最轻的商用金属结构材料，在许多领域具有很好的应用前景。镁熔体的净化是镁合金熔铸生产及废料再生的关键工序之一，对保证制品品质及性能有重要影响。目前工业上普遍使用的镁熔体净化手段是熔剂法，存在产生有毒有害气体、二次污染镁液等问题。针对上述问题，本文以新型无熔剂净化技术为对象，对其中的技术基础问题展开实验研究，旨在为无熔剂净化技术的开发和应用提供理论支撑。
　　论文首先采用OM、SEM和EDS等手段对镁合金中固态夹杂进行了分析表征；然后采用水力学模型方法对新型无熔剂净化过程及行为进行了可视化-物理模拟；最后在工业环境下进行了实验验证。
　　主要研究工作及结果如下：
　　①对高夹杂镁合金试样的分析表征结果显示，镁合金中夹杂的形貌主要有：颗粒状、絮状、团簇状、杆状、块状及皮状，其中以颗粒状和絮状为主；从化学成分来看，镁的氧化物夹杂是最常见的，含量最高。
　　②用水力学模型对新型无熔剂净化过程及行为的可视化-物理模拟结果显示，在实验条件下，夹杂与水溶液的分离存在如下几种行为：首先，沉降分离，即部分重质夹杂在自身重力的作用下逐渐自然沉降至容器底部，不再随溶液流动，实现了分离；其次，惯性分离，即在液流经隔板流动、发生流动方向变化时，部分夹杂由于与液体的密度差和惯性差产生分离，逐渐沉降至容器底部；最后（也是最重要的），自净化过滤，即比过滤孔尺寸大的夹杂通过逆向过滤被有效阻挡并分离，而且这些被阻挡的夹杂会自然沉降，不会堵塞过滤孔，即过滤介质具有自净化效果；此外，过滤介质还能阻挡捕集液体中的气泡，即具有一定的除气效果。
　　③在工业环境下，用与水模拟实验相似（结构相同、尺寸放大）的净化熔炉，对高夹杂含量的废镁进行了无熔剂净化实验，在实验过程中，沿镁液的流动方向在熔炉的不同位置对镁液分别取样，然后对试样进行了分析检测：一方面，OM和SEM观察结果显示，高夹杂含量的废镁经自然沉降、惯性分离与逆向自净化过滤后，夹杂含量越来越少、夹杂尺寸也逐渐变小，这种趋势在两级过滤后尤为明显；另一方面，XRF分析结果显示：熔体中O、Si、Mn元素含量表现出较为明显的逐渐减少趋势，S、Ca、Fe元素的含量很低，但也有一定的逐渐减少趋势，表明经无熔剂复合净化后，熔体中氧化物、含硅相、硫化物、钙化物、硅锰化物等夹杂被有效去除。上述实验结果与水模拟实验所获得的结果及规律是一致的。同时也验证了无熔剂净化技术的有效性。
　　总之，上述研究工作及结果表明，以逆向过滤为核心的无熔剂净化技术能有效实现镁熔体净化，应用前景看好。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 镁及镁合金

1.3 镁合金夹杂介绍及其去除方法

1.4 课题目的、研究内容及技术路线

2 镁熔体夹杂物形貌表征及分析

2.1 实验材料及方法

2.2 实验材料制备过程

2.3 夹杂SEM及EDS成分分析

2.4 镁熔体夹杂形貌观察分析

2.5 本章小结

3 无熔剂净化行为之水模拟实验

3.1 无熔剂净化技术介绍

3.2 水模拟实验前期准备及实验装置

3.3 水模拟实验结果

3.4 水模拟实验分析

3.5 本章小结

4 无熔剂净化工业实验验证

4.1 实验过程及方法

4.2 OM结果及分析

4.3 SEM与EDS结果及分析

4.4 XRF结果及分析

4.5 讨论

4.6 本章小结

5 结 论

致谢

参考文献

附 录