镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂及制备方法

摘要

本发明属于金属材料及冶金类技术领域，特别涉及一种镁及镁合金无公害绿色环保熔剂及制备方法。熔剂包括有精炼剂和覆盖剂，它们的原料配方为，氯化镁：氯化钾：氯化钠：氯化钙：氟化镁：氟化钙的质量百分比为25-40%：25-55%：5-25%：1.0-10%：5-10%：1.0-10%；制备工艺将上述原料按上述原料配方配料，按顺序依次加入配料后的氯化镁、氯化钾、氯化钠原料，边加入边搅拌，直至升温到全部熔化后，再按顺序依次加入配料后的氟化镁、氟化钙、氯化钙，所有原料已全部熔化并搅拌均匀，再浇铸成块，球磨机碾磨成颗粒用筛子筛选后得产品。优点是有效去除镁及镁合金熔液中杂质，大大改善了镁及镁合金的机械和耐腐蚀性能，绿色环保。

说明书

一、技术领域： 本发明属于金属材料及冶金类技术领域，特别涉及一种镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂及制备方法。

二、背景技术：

镁及镁合金具有密度小，比强度和比刚度高、阻尼性能好以及电磁屏蔽等优点，近年来成为汽车和电子行业的重要轻质材料。随着金属镁在工业中的应用得到越来越多，对镁及镁合金的纯度也提出了更高的要求，对生产过程中的原辅料也提出了更高的要求，尤其是熔炼过程中对镁及镁合金起精炼净化作用的熔剂更为重要，目前镁及镁合金熔炼时，有两种助熔剂，一种覆盖剂、另一种是精炼剂，覆盖剂是熔化时覆盖灭火时使用，精炼剂是当温度达到720℃后适量添加以去除合金液中的氧化物杂质，起精炼净化效果，现镁及镁合金精炼剂成分中有一种BaCl₂成分，是起增加熔剂比重，加速熔渣沉降速度的作用，然而BaCl₂中Ba为重金属、有毒，产生的熔渣在冷却后坚硬，不利于回收，且BaCl₂价格较高，基于以上原因，非常有必要研究开发一种新型的具有覆盖剂、精炼剂作用的熔剂，本发明在研究中先从现有熔剂内不同材料的性能并根据性能分类着手，经多次反复研究试验添加新材料以达到理想的精炼净化和分离效果，又能达到较好的除渣性，本发明的的熔剂有效减少了有害气体的排放，使镁及镁及镁合金的生产实现了环保、高效、低价生产的模式。

三、发明内容：

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述不足，而研究设计一种镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂及制备方法，该镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂及制备方法的优点是: 具有有效去除镁及镁及镁合金熔液中杂质的效果，大大改善或提高了镁及镁及镁合金的机械性能和耐腐蚀性能；本发明的熔剂活性较强，对镁及镁及镁合金熔液内的夹杂物有极强的吸附性，并且可利用青海盐湖丰富廉价的光卤石为原料，价格低廉；本发明的熔剂与镁及镁及镁合金熔液有较大的比重差，粘度合适， 化学稳定性好，不易混入到镁及镁及镁合金熔液中，也不与镁及镁及镁合金熔液、炉衬和炉气发生化学反应，镁及镁合金制品不产生熔剂夹杂，能有效提高镁熔体的精炼效果，同时大大减少了有害气体的产生，使镁及镁及镁合金冶金的生产完全达到了工业卫生标准及废弃物的排放要求。

做为镁及镁合金精炼剂和覆盖剂所用的材料应满足如下条件：

在工业生产中不具化学毒性和强腐蚀性质；具有一定的精炼性，即能和镁及镁合金中杂质发生物理或化学反应并生成镁不溶性渣；应不比镁及镁合金有更低的熔点；在熔融状态下，熔盐比重比镁及镁合金液大，并有适当的比重差，熔盐和镁液很好的分层；在精炼和分离过程中熔剂熔盐应有较小的粘度，使镁及镁合金液在精炼过程中能彻底澄清；熔剂熔体在整个精炼过程中和镁及镁合金液有适当的界面张力，在熔炼阶段，较小的界面张力能较好地保护镁及镁合金液全部燃烧或氧化，在精炼静置阶段有较大的界面张力，能使镁及镁合金更好地熔合并和熔剂分离；熔剂中阳离子应不与熔融金属发生置换反应，以免二次污染。

满足以上条件的熔体才能作为镁及镁及镁合金的精炼熔剂和覆盖熔剂。由于七个条件的限制，熔剂的选择范围就窄了，主体熔剂只能是部分碱金属或碱土金属卤化物。

技术方案是：镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂是由以下制备方法制备而成的：其制备方法的特征是:（一）.原料配方为，氯化镁：氯化钾：氯化钠：氯化钙：氟化镁：氟化钙的质量百分比为25-40%：25-55%：5-25%：1.0-10%：5-10%：1.0-10%；（二）.制备工艺为：将上述原料按上述原料配方进行配料，然后把熔炼坩埚升温到400-500℃后，按顺序依次加入配料后的氯化镁、氯化钾、氯化钠原料，边加入边搅拌，直至升温到全部熔化后，再按顺序依次加入配料后的氟化镁、氟化钙、氯化钙，边加入边搅拌，直至升温到750-800℃时，所有原料已全部熔化并搅拌均匀，再把熔液浇铸成块，待冷却后装入球磨机碾磨成颗粒状，用20-80目号筛子筛选后，最后将产品装入带内衬防潮的编织袋中备用。镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂的覆盖剂是由以下制备方法制备而成的：其制备方法的特征是:（一）.原料配方为，氯化镁：氯化钾：氯化钠：氯化钙：氟化镁：氟化钙的质量百分比为25-35%：40-55%：15-25%：1.0-3%：5-10%：1.0-3%；（二）.制备工艺为：将上述原料按上述原料配方进行配料，然后把熔炼坩埚升温到400-500℃后，按顺序依次加入配料后的氯化镁、氯化钾、氯化钠原料，边加入边搅拌，直至升温到全部熔化后，再按顺序依次加入配料后的氟化镁、氟化钙、氯化钙，边加入边搅拌，直至升温到750-800℃时，所有原料已全部熔化并搅拌均匀，再把熔液浇铸成块，待冷却后装入球磨机碾磨成颗粒状，用20-80目号筛子筛选后，最后将产品装入带内衬防潮的编织袋中备用。镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂的精炼剂是由以下制备方法制备而成的：其制备方法的特征是:（一）.原料配方为，氯化镁：氯化钾：氯化钠：氯化钙：氟化镁：氟化钙的质量百分比为30-40%：25-35%： 5-15%：5-10%：5-10%：5-10%；（二）.制备工艺为：将上述原料按上述原料配方进行配料，然后把熔炼坩埚升温到400-500℃后，按顺序依次加入配料后的氯化镁、氯化钾、氯化钠原料，边加入边搅拌，直至升温到全部熔化后，再按顺序依次加入配料后的氟化镁、氟化钙、氯化钙，边加入边搅拌，直至升温到750-800℃时，所有原料已全部熔化并搅拌均匀，再把熔液浇铸成块，待冷却后装入球磨机碾磨成颗粒状，用20-80目号筛子筛选后，最后将产品装入带内衬防潮的编织袋中备用。

经研究摩尔体积随KCl含量升高而升高，在40-60%区域变化平稳， 700℃时熔体的粘度随KCl含量的增加而降低，当KCl摩尔值在83%左右时最低，从粘度角度看，高KCl含量是较好的，表面张力随KCl含量升高而降低，但在40-60%区也比较平稳。综合以上分析，等摩尔的MgCl₂与KCl具有较好的物理化学性质，是镁及镁合金精炼熔剂的最好组合，青海当地盐湖的光卤石MgCl₂和KCl含量正在这个区间，是加工熔剂的理想原料。

   为增强熔剂的精炼效果，可加入BaCl₂、CaCl₂或NaCl。BaCl₂可认为是最好的加重剂，但具有毒性，CaCl₂也有一定的加重作用，无毒却有强烈的吸水性，不易保存，所以添加量不可超过8%，最佳在5%左右，但5%的CaCl₂无有效增强熔剂的精炼效果，故需寻找新材料来弥补CaCl₂无法达到的效果。

氟化物作为表面活性物质添加到熔剂中，用以改善镁及镁合金液的融和和增加熔体面的张力，常添加CaF₂、MgF₂，但添加比例很重要，如添加量大，导致熔剂比重、粘度、张力过大，熔体流动性较差，无法起到熔剂的充分利用，所以添加量很重要，通过大量的实验数据得知，1.CaF₂、MgF₂在氯化物的熔体800℃温度下，大部分以悬浮状态存在，溶解度很小。2.添加CaF₂、MgF₂能较大地使熔体和合金液间的表面张力，2-4%的CaF₂、MgF₂能使熔体表面张力提高5-8%。3.添加CaF₂、MgF₂能使熔体的密度和粘度增大2-5%，密度和粘度的变化值按添加量呈线性增加。4.添加CaF₂、MgF₂能增强熔体对氧化物杂质的吸附湿润性，改善合金液的流动性。由此可见氟盐对熔融合金液有聚合作用，在精炼剂中含有一定量的氟盐，对熔剂的精炼效果有明显的提高，综上所述：从精炼熔剂用定量的CaCl₂和CaF₂、MgF₂能代替BaCl₂，不但达到绿色环保，也提高了熔剂的性能，经过多次试验最终确定精炼剂和覆盖剂的成分配比

使用时，当镁及镁合金熔化过程中，根据熔化进度定期适量在熔炉内撒入覆盖剂，防止在熔化中氧化燃烧，此覆盖剂有较好的表面张力和流动性能，对镁及镁及镁合金液有非常好的灭火效果和覆盖效果，当镁及镁及镁合金液达到720℃，在搅动中镁及镁及镁合金液体加入精炼剂，精炼剂和覆盖剂通常情况下以1:2比例使用效果最佳。

本发明的优点是: 可有效去除镁及镁及镁合金熔液中杂质，大大改善了镁及镁及镁合金的机械性能和耐腐蚀性能；本发明的熔剂活性较强，对镁及镁及镁合金熔液内的夹杂物有极强的吸附性，并且可利用青海盐湖丰富廉价的光卤石为原料，价格低廉；本发明的熔剂与镁及镁及镁合金熔液有较大的比重差，粘度合适， 化学稳定性好，不易混入到镁及镁及镁合金熔液中，也不与镁及镁及镁合金熔液、炉衬和炉气发生化学反应，不产生熔剂夹杂，能有效提高镁熔体的精炼效果，同时大大减少了有害气体的产生，使镁及镁及镁合金冶金的生产完全达到了工业卫生标准及废弃物的排放要求。

  四、具体实施方式：

实施例1：镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂，它是由以下制备方法制备而成的：（一）.原料配方为，氯化镁：氯化钾：氯化钠：氯化钙：氟化镁：氟化钙的质量百分比为40%：25%：5%： 10%： 10%： 10%；（二）.制备工艺为：将上述原料按上述原料配方进行配料，然后把熔炼坩埚升温到400℃后，按顺序依次加入配料后的氯化镁、氯化钾、氯化钠原料，边加入边搅拌，直至升温到全部熔化后，再按顺序依次加入配料后的氟化镁、氟化钙、氯化钙，边加入边搅拌，直至升温到750℃时，所有原料已全部熔化并搅拌均匀，再把熔液浇铸成块，待冷却后装入球磨机碾磨成颗粒状，用20目号筛子筛选后，最后将产品装入带内衬防潮的编织袋中备用。

实施例2：镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂是由以下制备方法制备而成的：其制备方法的特征是:原料配方为，氯化镁：氯化钾：氯化钠：氯化钙：氟化镁：氟化钙的质量百分比为25%： 55%：5%： 5%：5%：5%；其制备工艺为：将上述原料按上述原料配方进行配料，然后把熔炼坩埚升温到500℃后，按顺序依次加入配料后的氯化镁、氯化钾、氯化钠原料，边加入边搅拌，直至升温到全部熔化后，再按顺序依次加入配料后的氟化镁、氟化钙、氯化钙，边加入边搅拌，直至升温到800℃时，所有原料已全部熔化并搅拌均匀，再把熔液浇铸成块，待冷却后装入球磨机碾磨成颗粒状，用80目号筛子筛选后，最后将产品装入带内衬防潮的编织袋中备用。

实施例3：镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂的覆盖剂是由以下制备方法制备而成的：原料配方为，氯化镁：氯化钾：氯化钠：氯化钙：氟化镁：氟化钙的质量百分比为35%：40%：15%：1.0%： 8%：1.0%；其制备工艺为：将上述原料按上述原料配方进行配料，然后把熔炼坩埚升温到450℃后，按顺序依次加入配料后的氯化镁、氯化钾、氯化钠原料，边加入边搅拌，直至升温到全部熔化后，再按顺序依次加入配料后的氟化镁、氟化钙、氯化钙，边加入边搅拌，直至升温到780℃时，所有原料已全部熔化并搅拌均匀，再把熔液浇铸成块，待冷却后装入球磨机碾磨成颗粒状，用50目号筛子筛选后，最后将产品装入带内衬防潮的编织袋中备用。

实施例4：镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂的覆盖剂是由以下制备方法制备而成的：原料配方为，氯化镁：氯化钾：氯化钠：氯化钙：氟化镁：氟化钙的质量百分比为25%：35%：25%：2.5%：10%：2.5%；其制备工艺与实施例3相同。

实施例5：镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂的精炼剂是由以下制备方法制备而成的：原料配方为，氯化镁：氯化钾：氯化钠：氯化钙：氟化镁：氟化钙的质量百分比为35%：25%：15%：10%： 5%：10%；其制备工艺与实施例1相同。

实施例6：镁及镁及镁合金无公害绿色环保熔剂的精炼剂是由以下制备方法制备而成的：（一）.原料配方为，氯化镁：氯化钾：氯化钠：氯化钙：氟化镁：氟化钙的质量百分比为30%：35%：15%：5%：10%：5%；其制备工艺与实施例2相同。