一种用于镁合金的复合阻燃变质工艺 1.技术领域
本发明属于金属材料领域，特别涉及到一种用于镁合金的复合阻燃变质工艺。
2.背景技术
在镁合金熔炼过程中，由于镁的极易氧化燃烧，熔炼中和浇注前须对镁合金液采取保护措施，目前主要采用的方法有保护熔剂覆盖法和气体保护法。熔剂保护法是采用一定成分的低熔点化合物熔剂，在较低的温度下该熔剂熔化成液态，铺开在镁合金液面，阻止了镁液与空气的接触从而起到保护作用。熔剂保护法容易造成镁合金液的污染，使铸件中夹杂物增多，侵蚀生产设备，污染环境。气体保护法是在镁合金液的表面覆盖一层惰性气体或者能与镁反应生成致密氧化膜的气体，从而使熔液隔绝空气中的氧，采用的主要保护气体有SF6、SO2、CO2、Ar、N等。SF6气体保护效果较好，但是存在以下问题：(1)污染环境，SF6气体的使用会产生SO2、SF4等有毒气体，SF6对全球变暖的作用是CO2的24900倍；(2)设备复杂。需有复杂的混气装置和密封装置，从熔炼炉到浇注炉需要复杂的输运设备；(3)腐蚀设备，显著降低坩埚的使用寿命。因此，研究新的镁合金液保护技术是一项现实而有意义的工作。前人研究认为，金属铍对镁合金液有保护作用，但单独加入金属铍保护镁合金液时，加入阻燃需要的铍量容易使铸件产生热裂，粗化合金组织而恶化材料性能。
镁合金熔炼变质地目的是改变镁合金的组织形态，该工艺对减小合金的晶粒、改善材料的力学性能有较大的影响，并对镁液中的氧化夹杂亦有一定影响。研究表明，对于不含Al的镁合金，采用锆进行变质处理具有很好的晶粒细化效果。对Mg-Al类合金可采用碳质孕育法，其作用原理是镁液中的碳化物在高温下分解并与合金液化学反应生成AlC4，该化合物可以起到外来晶核的作用而使镁合金的晶粒细化，加入C2Cl6是工艺措施之一，采用氩气混合加入高纯碳粉的工艺方法也获得了较明显的变质效果。但是，由于碳在镁中的难溶性，在镁合金液中加入碳非常困难，使生产工艺复杂，作用效果不稳定。
3.发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种适用于
防止镁合金熔炼时的氧化燃烧、又对含铝的镁合金具有组织变质细化作用的无污染、效果好、价格便宜的复合阻燃变质工艺。
本发明是通过以下方式实现的：一种用于镁合金的复合阻燃变质工艺，包括以下步骤：
(1)将镁—铝系合金在2号熔剂覆盖保护下熔化成液体；
(2)加入复合阻燃变质剂，搅拌，使阻燃变质剂在合金液中熔化后，扒去2号熔剂；
(3)用脱水的惰性气体作3-10分钟的吹炼搅拌；
(4)在710-770℃温度范围内进行5-15分钟的镇静孕育，可获得净化、不燃烧、变质的镁合金熔液。
上述步骤(2)中加入的复合阻燃变质剂由钡、锶、铍和铝元素组成，各元素的重量百分比分别为：钡3-10％、锶3-10％、铍0.5-3％、铝77-93％；复合阻燃变质剂的加入量为所处理镁合金重量的0.1-3％；步骤(3)所述的惰性气体为脱水的氩气或氮气。
阻燃变质剂中，铍和钡具有表面活性作用，它们富聚于镁合金液的表面，生成的氧化膜同合金液表面的氧化镁形成致密的复合氧化膜，阻止了氧原子进一步侵入合金液中，防止了镁液非常容易产生的氧化燃烧，从而达到阻燃的目的。采用钡、铍、锶以及铝组成复合阻燃变质剂，既可以在镁合金熔液表面形成致密的复合氧化膜，实现镁合金液在大气中800℃温度以下不产生燃烧的效果，同时变质剂中的锶和钡具有改变镁合金晶体生长特性，从而实现了对镁-铝相组织的变质效果，细化了晶粒，改善了镁合金熔液的冶金质量和制件性能。阻燃变质剂中钡的使用减少了有毒且价格较贵的铍的用量，克服了过量的铍对材料造成的不良影响。也强化了铍的阻燃效果。本阻燃剂中的钡采用热还原法直接由钡盐制取，同采用直接加入金属钡的方法比较，铝—钡阻燃剂的成本低廉。复合阻燃变质剂在使用中不会对环境造成污染，经阻燃变质剂处理的的镁合金实现了绿色洁净化的生产过程。该阻燃变质剂的变质有效时间不少于7小时，多次重熔合金液仍具有阻燃效果，具有长效性。
本发明采用了无环境污染的钡和铍作为阻燃元素剂，以锶和钡作变质元素，以无水惰性气体吹炼搅拌强化变质剂的作用效果和净化合金液，以静置孕育稳定其变质效果。本发明可防止通常生产条件状态镁液的燃烧，变质效果明显而稳定，重熔性好，生产成本低。
4.具体实施方式
实施例1
将国家牌号的AZ91铸造镁合金(9％Al、1％Zn、0.15％Mn、余为Mg)在2号熔剂(38-46％氯化镁、34-40％氯化钾、5-8％氯化钡、3-5％氟化钙)覆盖的保护下熔化为液体，合金熔炼在电阻炉内进行。加入0.2％的由8％钡、1％铍、10％锶和91％铝组成的复合阻燃变质剂，搅拌合金液，扒去熔渣和2号熔剂，然后再用脱水的氩气做5分钟的吹炼搅拌，之后，在730℃温度附近进行7分钟静置孕育，最后，将合金液扒渣浇注金属型。使用结果表明，经阻燃变质处理后，ZA91镁合金在770℃的温度下不燃烧。同传统的熔剂覆盖熔炼工艺比较，由于减少了氧化和熔剂夹渣使铸件质量明显提高，材料的利用率也有所提高，减轻了熔剂对环境和设备的污染。经变质处理后，ZA91镁合金材料的强度、延伸率和韧性比未处理时得到提高，可达到：拉伸强度180MPa、延伸率5.2％，冲击韧性28J/cm2，布氏硬度58。
实施例2
将国家牌号的AZ63铸造镁合金(6％Al、3％Zn、0.35％Mn、余为Mg)在2号熔剂覆盖的保护下熔化成液体，熔炼在电阻炉内进行。加入0.5％的由6％钡、1％铍、6％锶和87％铝组成的复合阻燃变质剂，搅拌合金液，扒去熔渣和2号熔剂，然后再用脱水的氮气做5分钟的吹炼搅拌，之后，在750℃温度附近进行5分钟的静置孕育，最后，将合金液扒渣浇注金属型。熔炼结果显示，经阻燃变质处理后，ZA63镁合金液的燃烧点温度可提高到790℃。同传统的熔剂覆盖熔炼工艺比较，由于新工艺减少了氧化和熔剂夹渣使铸件质量明显提高，也减轻了熔剂对环境的污染。变质处理比未处理AZ63镁合金材料的强度、延伸率和韧性得到提高，可达到：拉伸强度160MPa，延伸率6％，冲击韧性23J/cm2，布氏硬度64。
对经阻燃变质处理的AZ63合金液保温6小时或进行三次重熔处理后，780℃的合金液仍然未出现燃烧现象，合金材料基本保持了原有的变质效果。表明阻燃变质效果具有长效性。