镁与熔剂的作用

为防止镁熔液的氧化燃烧，生产中一直采用在熔剂层保护下的熔炼。镁合金熔剂有两种作用：①覆盖作用，熔融的熔剂借助表面张力的作用，在镁熔液表面形成一连续、完整的覆盖层，隔绝空气，阻止Mg-O2、Mg-H2O反应，彻底防止了镁的氧化，也能扑灭镁的燃烧。②精炼作用，熔融的熔剂对非金属夹杂物具有良好的润湿，吸附能力，并利用熔剂与金属的密度差，把金属夹杂物随同熔剂自熔液中排除。

镁或镁合金熔剂的性质应当具有：①熔点低于纯镁或镁合金的熔点。②有足够高的液体流动性和表面张力，以便在熔融的金属上造成连续的覆盖膜。③有粘滞性，以便熔剂能够在合金的浇铸温度与金属分离，防止熔剂进入铸型中。④有润湿坩埚壁和炉底的能力。⑤有精练的能力，即从合金液中除掉非金属夹杂物的能力。⑥在约700~800℃时，密度要大于合金的密度，以保证熔剂的质点由合金液中沉淀下来。⑦不与镁及合金的其他组份起化学反应。⑧不与炉子材料起化学反应。表1.3是几种熔化镁的保护熔剂的成分配比。

镁合金熔剂主要由MgCl2、KCl、CaF2、BaCl2等氯盐，氟盐的混合物组成。熔剂中采用碱金属和碱土金属的卤化物是因为他们的化学稳定性高。几种盐按一定比例混合，使熔剂的熔点、密度、粘度及表面性能均能较好地满足使用要求。

表1-3 熔化镁的几种保护熔剂的成分比例

镁合金熔剂的主要成分是MgCl2，它对镁熔液具有良好的覆盖作用及一定的精炼能力。MgCl2的熔点为708℃，易与其他盐混合形成低盐类混合物。如无水光卤石（w（MgCl2）=44%~46%），其熔点仅为400~480℃。因此流动性较好，在镁熔液表面能够迅速地铺展成一层连续、严密的熔剂层。MgCl2也能很好地润湿熔液表面的氧化镁，并将其包覆后转移到熔剂中去，消除了由氧化镁所产生的绝热所用，使镁在氧化中产生的热量能较快地通过熔剂层散出，避免镁熔液表面温度急剧上升。MgCl2还能与空气中的氧及水气反应生成HCl、Cl2、H2等，其反应式见式（1-11）~式（1-15），反应生成的Cl2、HCl又能迅速和镁反应生成一层MgCl2，盖住无熔剂的镁熔液表面。这样，HCl、Cl2、H2等保护性气氛及MgCl2薄层覆盖均能有效地阻止镁与氧、水的作用，防止氧化，抑制燃烧。实验证明，在镁熔液表面撒上一层干的MgCl2粉，即使没有形成连续的覆盖层，同样也能扑灭燃烧，而其它熔剂只能起到机械隔绝的作用。MgCl2的良好精炼作用在于液态的MgCl2对MgO、Mg3N2的润湿性好，能有效的吸附悬浮与熔液中的这些夹杂。此外，MgCl2还具有化学造渣的作用，见式1-11，形成的产物MgCl2·5MgO能从熔液中沉淀出来。可见，MgCl2在精炼过程中起到主要作用。

2MgCl2+ O2=2Mg O Cl2                 (1-11)

MgCl2+ H2 O= Mg O+2HCl           (1-12)

2HCl+Mg= MgCl2+H2                     （1-13）

Mg+ Cl2= MgCl2                   （1-14）

MgCl2+5 Mg O= MgCl2·5MgO      （1-15）

    在MgCl2中加入KCl后，能够显著将低MgCl2的熔点，表面张力和粘度。KCl的另一作用是提高熔剂的稳定性、及减少高温时MgCl2的蒸发损失，使MgCl2的蒸气压下降。KCl和MgCl2质量分数各占50%的熔剂蒸汽压最小。KCl的存在还大大抑制MgCl2加热脱水的水解过程（部分转化为MgO和HCl），减少MgCl2在脱水操作时的损失。

BaCl2的密度大，964℃液态时的密度为3.06g/cm3，20℃固态时的密度为3.87 g/cm3。可作为熔剂的加重剂，以增大熔剂与镁熔液之间的密度差，使熔剂与镁熔液更容易分离。BaCl2的熔点为960℃，粘度较大，加到熔剂中也能加大熔剂的粘度。

CaF2比无水光卤石密度大，20℃固态时的密度为3.18 g/cm3，964℃时液态密度为2.53 g/cm3，而光卤石的密度仅1.58 g/cm3，故也可加大熔剂的密度。CaF2加到KCl、NaCl、CaCl2等盐中，如加入量超过共晶点，则使熔剂的粘度剧增，故可作稠化剂使用。在含有足够量MgCl2的熔剂中，加入CaF2可提高熔剂的稳定性和精炼能力，因两者之间可发生反应，见式（1-16）。

CaF2+MgCl2=MgF2+CaCl2             （1-16）

MgF2在氯化盐中溶解度很小，它的存在改变了CaF2的溶解度随温度变化而显著改变的特点。所以加入少量CaF2即可使熔剂稠化也不会因为温度波动而使熔剂性能不稳定。MgF2的存在，还可提高熔剂的精炼能力，其原因是MgF2对氧化镁有化合造渣的能力。也由人认为加入氟化盐后，提高了MgO在熔剂中的溶解度，少量的氯离子可适当提高熔剂与镁熔液间的表面张力，改善精炼效果。因此，熔剂中一般均加CaF2。

熔剂对镁熔液的铺展、覆盖、精炼能力的好坏和熔剂的成分配比有着密切关系。配置好的合格熔剂如保存不当，吸湿后（熔剂吸湿性强，特别是MgCl2）使含水量超过标准，加到镁熔液中就会产生大量氧化夹杂，熔剂中的MgCl2与水作用生成MgO，在液面上结成小团，不能很好的铺展、覆盖，失去了精炼作用。水量较多时，熔剂与镁熔液接触时会产生火花，甚至会引起镁熔液的飞溅性爆炸。

镁合金熔炼过程中使用的材料还有硫磺、硼酸（HBO3）、氟附加物、烷基磺酸钠等，用以防止镁熔液在浇注及充填铸型时发生氧化、燃烧。

硫与镁接触时，一方面受热蒸发（硫沸点为444.6℃）形成SO2防护性气体；另一方面与镁熔液反应，其表面形成严密的MgS膜（致密度系数α=0.95），减缓镁熔液的氧化。

HBO3受热后及脱水生成硼酐（B2O3）,它与镁反应还原出硼，与镁形成致密的Mg3B2保护膜，B2O3还可与熔液表面的MgO反应，生成MgO·B2O3，它是致密的釉质保护膜，能防止镁熔液的燃烧。

氟附加物与镁熔液接触后即分解出HF、NH4等防护性气体，并在镁熔液表面形成致密的MgF2及Mg3N2保护膜，具有良好的防护作用。但由于产生大量的氟化物气体，这些气体严重损害人的身体健康，腐蚀厂房设备，污染环境，近年来已基本倍RSONa所取代。

型砂中加入质量分数2%~4%的RSONa和1.5%~2.5%的HBO3，可防止镁在充填铸型过程中的燃烧，因为RSONa受热后既能分解出SO2、CO2等防护性气体，又能与镁熔液反应生成MgS等致密膜。

镁合金熔液一般不用石墨坩埚或耐火材料炉衬（坩埚），因为SiO2与镁生成不熔于镁熔液的Mg2Si，这是镁合金中最有害的杂质，能降低合金的塑性和抗腐蚀性。故炉料中的沙粒必须清理干净，以防止硅进入镁熔液中。生产上一般使用铸钢或钢板焊接坩埚，因为铁在镁熔液中的溶解度极小。

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