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镁合金熔液的处理
镁合金熔液的处理
1.2.1 变质处理
铸锭及铸件易产生局部晶粒大小悬殊现象，所以要对镁合金进行变质处理，以细化晶粒。变质处理能显著提高镁合金的力学性能，改善铸造性能，减少热裂、疏松等铸造缺陷。
1. Mg-Al系合金的变质处理
Mg-Al系合金常用的变质方法有两种，一种是早期使用的“过热变质法”，即把镁合金过热到850~900℃，立即提出坩埚，令其快冷到浇铸温度进行浇注，可获得良好的细化效果。如将熔液过热至800℃进行变质处理同时加以搅拌，将显著增加细化效果。在740~780℃加强搅拌并静置，也能使晶粒细化。
目前常用的晶粒细化方法是用“碳”变质处理，即在熔液中加入一定量的MgCO3、CaCO3、C2Cl6等含碳的化合物，在高温下碳化物分解还原出碳，碳又与铝生成大量弥散分布的Al4C3与镁同属密排六方晶格，晶格常数与δ- Mg仅差4%，故可作为外来晶核，使基体晶粒细化。C2Cl6比MgCO3变质处理效果要好，前者比后者变质处理的镁合金力学性能会提高10~20%，并且在变质后2h进行浇注，合金仍保持良好的细化效果。
影响“碳”变质效果的因素有：①变质处理后，随着熔液静置时间的增加，晶粒将逐渐粗化(工艺上规定变质处理后45min之内必须浇注完毕)。②“碳”变质、剧烈搅拌与短期升温至800℃随后快冷至浇注温度相结合，将会进一步增强细化晶粒的作用。③合金中含有一定量的的锰有利于细化晶粒，且Al-Mn中间合金中锰的质点越细小，分布越均匀，对合金细化效果越好。
铍加入量过大，或锆混入熔液中，均能引起晶粒粗化;钛、稀土等元素有可能导致变质失效。
2. Mg-Zn、Mg-Re系合金的变质处理
“碳”变质只适用于Mg-Al系合金，对于Mg-Zn、Mg-Re系合金只有加锆才能显著细化晶粒。
当锆的质量分数大于0.6%时，Mg-Zn合金晶粒明显细化。从Mg-Zr包晶状态图可知，在包晶温度下，镁仅能溶解0.597%锆。当锆的质量分数大于0.6%时，镁熔液中出现大量难熔的α-Zr质点，它与δ-Mg同属密排六方晶格，两者的晶格常数如下：
δ-Mg： a=0.320nm c=0.512 nm
α-Zr : a=0.323nm c=0.514 nm
可见，两者具有良好的共格关系，故α-Zr质点起外来晶核的作用，是Mg-Zn合金晶粒细化。锆还与镁合金中氢形成ZrH4固态化合物，从而大大减低镁熔液中的氢含量，对减轻疏松有利。锆的熔点高(1855℃)、密度大(6.45g/cm3)，在镁熔液中难以溶解，无法以纯锆的形式加入;锆在镁合金中的溶解度很低，难以用锆制成含锆量高、成分均匀的Mg-Zr中间合金。锆的化学活性很强，与炉气中的氧、氮、氢、CO、CO2及合金中的铁、铝、硅、锰、钴、镍、锑、磷等均能生成不溶于镁的化合物，沉积于坩埚的淤渣中，从而使合金中的含锆量下降。生产中锆的实际添加量一般为合金成分需用量3~5倍，并多以Mg-Zr中间合金形式加入。
1.2.2 精炼处理
镁的化学性很强，空气中的氧、氮、水汽等均能与镁反应生成难熔的氧化镁等非金属夹杂。非金属夹杂的存在不仅严重恶化合金的力学性能，还伴生缩孔、气孔等缺陷。镁合金精炼的目的就是要消除上述夹杂、净化熔液。目前生产中主要使用精炼熔剂进行精炼。
熔剂精炼法是用熔剂洗涤镁熔液，利用熔剂与熔液充分接触来润湿夹杂物，并将其聚合于熔剂中，随同熔剂沉析与坩埚底部，为达到次目的，熔剂应当具有良好的润湿、吸附夹杂的能力。精炼工艺还应当设计正确以防止产生新的夹杂。精炼温度一般控制在710~730℃，精炼后静置10~60min，使熔渣充分沉析。
生产中也使用C2Cl6作为精炼剂进行精炼的。用C2Cl6处理镁熔液兼有变质和精炼双重作用。特备在无熔剂精炼(以防护性气氛熔炼)镁铝合金时，更显示了它的优越性。其机理是C2Cl6在镁熔液中迅速分解出氯、碳等，氯与镁能产生出MgCl2其精炼作用，碳则起到如前所述的晶粒细化的作用。此外，C2Cl6分解所产生的气体还兼有除氢的作用。C2Cl6精炼的主要问题是在坩埚下部较大范围内产生絮状的悬浮性熔渣，经X谁西安衍射和电子探针分析，其主要成分为MgCl2及MgO。解决办法是通氩气在行吹洗，是熔渣上浮下沉，或者在用熔剂精炼1min。
1.2.3 除气处理
溶入镁熔液中的气体主要是氢气。镁合金中的氢气来源于熔剂中的水分、金属表面吸附的潮气以及金属腐蚀带入的水分。氢在镁熔液中的溶解度比在铝溶液中大2个数量级，凝固时的析出倾向也不如铝那么严重(镁熔液中氢的溶解度为固态的1.5倍)，用快冷的方法可以使氢过饱和固溶于镁中，因而除气问题往往不大引起重视。但镁合金中的含气量与铸件中的缩松程度密切相关。这是由于镁合金结晶间隔大，尤其在平衡状态下，结晶间隔更大，因此在凝固过程中如果没有建立顺序凝固的温度梯度，熔液几乎同时凝固，形成分散细小的孔洞，不易得到外部金属的补充，引起局部真空。在真空的抽吸作用下，气体很容易在该处析出，而析出的气体又进一步阻碍熔液对孔洞的补缩，最终缩松更加严重。试验表明，在生产条件下，当100g镁含氢超过14.5cm3时，镁合金就会出现缩松。
传统除气工艺方法类似于铝容量所采用的通氯气方法。氯经石墨管引入镁熔液中，处理温度为725~750℃，时间5~15min。温度高于750℃生成液态MgCl2，有利于氯化物及其他悬浮夹杂的清除。如温度过高，形成的MgCl2过多，产生熔剂夹杂的可能性增加。氯气除气会消除镁-铝合金加“碳”的变质效果，因此用氯气除气应安排在“碳”变质工艺之前进行。生产中常常采用C2Cl6和六氯代苯等有机氯化物对镁熔液进行除气，这些氯化物以片状压入熔液中，与氯其除气相比具有使用方便，不需专用同气装置等有点，但C2Cl6的除气效果不如氯气好。
现在生产中多采用边加精炼剂边通入氮气或氩气的方法精炼，既可有效的出去除熔液中的非金属夹杂物，同时又除气。不但精炼效果好，而且可以缩短作业时间。
注：本文来源于中国压铸网个人会员金学春分享课件《镁合金熔炼原理与工艺》部份内容
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