钙在铝镁合金熔炼中的阻燃效果.pdf

第5 7 卷第4 期 2 0 05 年11 月 有色金属 N o n f e t l O t L sM e t a l s V 0 1 ．5 7 ．N o ．4 N o v e m b e r2 0 05 钙在铝镁合金熔炼中的阻燃效果 杨波，张伟强 辽宁工程技术大学，辽宁阜新12 3 0 0 0 摘 要探讨在不同温度及时间条件下钙对铝镁合盒熔炼过程中的阻燃效果。结果表明，不加钙的台金随温度的升高其烧 损率是先升高后降低．相应的镁回收率是先降低后升高。添加丁钙的台金随温度的增加烧损率持续升高，镁的回收率持续降低。 随时间的延长。加钙台金的烧损率及镁回收率比不加钙的变化缓慢。 关键词金属材车丰；铝镁合金；阻燃；钙 中国分类号T G l 4 6 ．2 1 ；T G l 4 6 ．2 7 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 5 0 4 0 0 2 2 0 3 铝镁合金是应用广泛的有色金属合金，但在熔 炼过程中镁很容易同周围介质发生氧化还原反应， 而且生成的M g O 非常疏松，不能阻止镁与外界介 质的进一步反应，造成合金中镁的持续氧化、烧 损【1J ，极大地影响了它的商业应用和工业应用。镁 熔化工艺的关键就是阻燃，这是由镁熔化时的特性 决定的【2J 。铝镁合金熔炼过程中的防燃最早使用 的是熔剂保护L 3J ，但由于其密度大，随时间的延长 会不断沉降，因此覆盖作用不持久，而且部分熔剂作 为熔渣残留在台金液中形成夹杂物，降低台金的力 学性能【4J 。气体保护是国外当前普遍采用的防燃 方法，常用的气体为S F 6 ，但S F 6 是一种很强的产生 温室效应的气体【5J ，在人类对环境质量重新审视和 全球正为减少温室效应而不懈努力的今天，s R 保 护熔炼技术受到了巨大的挑战。解决镁燃烧的另一 个途径是向铝镁合金中添加合金元素。通过合金化 的方法达到阻燃目的将是铝镁合金熔炼阻燃的发展 方向[ “。 钙是铝镁合金熔炼中重要的合金化元素之一。 日本九州工业研究院的秋山茂等人研究发现，纯镁 的着火点大约在5 0 0 ℃。加入钙时，随着钙含量的 增加，着火点升高。当钙量达到1 ％时，着火点接近 纯镁的熔点 6 5 0 ℃ 。当钙含量为2 ％～5 ％时，镁 的着火点接近7 5 0 ℃，在通常的熔化温度范围内不 发生燃烧_ 7J 。温度和时间条件对钙在铝镁合金熔 炼过程中阻燃效果的影响研究得很少，值得探讨。 收稿日期2 0 0 4 0 5 1 1 基金项目国家自然科学基金重点项目 0 1 1 4 6 作者简介扬波 1 9 7 9 ，男，吉林市 ．讲师，硕士，主要从事铝 镬台金熔炼过程肪止镁的氧化、烧损等研究。 1实验方法 试验所采用的是工业纯铝、镁及阻燃合金钙。 先配置A l 一1 0 ％M g - 2 ％C a 合金，然后选取不同的熔 炼温度及保温时间进行熔炼，取出后，除去表层氧化 物，称其质量，计算烧损率。再定量准确称取合金粉 末，采用二乙氨硫代甲酸钠分离一E D T A 法进行滴 定哺J ，测定台金中镁的回收率，并将这两个指标与 不加钙的合金的熔炼结果进行比较。 2 试验结果与分析 2 ．1 温度的影响 选取不同的熔炼温度，在保温4 0 m l n 条件下，考 察加钙与不加钙对合金的烧损率及镁回收率的影 响，结果如图1 和图2 所示。 温度，℃ 图1 台金的烧损率随温度的变化 F i g1C h a n g eo fa l t o yo v e r b u r n i n gr a t ew i t ht e m p e r a t u r e 从图i 和图2 可以看出，不加钙的合金随温度 的增加烧损率是先升高后降低，相应的镁回收率是 先降低后升高。出现这种现象的原因是开始由于在 合金表面生成的M g O 疏松，不能阻止氧气和镁蒸 气的扩散，随着温度的升高，镁蒸气向表面扩散的速 度不断加剧，导致了镁的持续氧化，合金的烧损率升 抖篮舯似垮H惶i 兽、斛晕理右州啦 万方数据 第4 期杨波等钙在铝镁合金熔炼中的阻燃效果 温厦，℃ 囝2 合金中镁回收率随温度的变化 F i g ．2 C h a n g eo fm a g m e s i u mr e c o v e r yi na l l o y w i t ht e m p e r a t u r e 高，镁回收率降低，但达到一定温度时，由于高温使 表层M g O 的结构发生变化，出现了粘附聚集现象， 从而堵塞了原来M g O 疏松的孔隙，对氧气与镁蒸 气的扩散起到了一定的阻碍作用，相应的合金的烧 损率降低，镁的回收率提高。可是有一点要注意，此 时表层的M g O 结合紧密，这就给进一步的清理工 作造成了很大的困难。另一方面，添加了2 ％C a 的 台金随温度的增加烧损率持续升高，镁回收率持续 降低。这是因为随着温度的增加，合金表面的 M g O C a O 复合层的应力明显增大，当增大到一定程 度时，复合氧化膜就会发生破裂，导致其保护性能变 差，因此合金的烧损率升高，镁回收率降低，所以铝 镁合金熔炼中在采用钙作为阻燃合金时要选用合适 的熔炼温度。 2 ．2 时间的影响 在7 4 0 ℃条件下，选取不同的保温时间，考察加 钙与不加钙对台金中镁的烧损率及回收率的影响， 结果如图3 和图4 所示。 图3 和图4 表明，随时间延长，不加钙合金的烧 损率增大、镁回收率降低，但是添加了2 ％C a 的合金 的效果比较好，并且其曲线的斜率变化也比较缓慢。 究其原因还要从合金表面的氧化膜结构人手。不加 钙时，合金表面的氧化膜只是由致密度小、保护性能 极差的M g O 构成，它不能有效的阻止氧气和镁蒸 气的扩散，因此随时间的延长，其烧损率急剧增加、 参考文献 [ 1 ] 胨萍 [ 2 ] 杨建荣， [ 3 ] 黄晓锋， 【4 ] 张诗昌， 【5 ] 王益志 [ 6 ] 曾小勤， [ 7 ] 刘生发， [ 8 ] 张锦柱 镁回收率急剧降低。而添加了钙之后，改善了台金 表面的氧化膜性能，使其由原来单一的M g O 变成 了M g O C a O 复合氧化膜，增大了表面氧化膜的致 密度系数，有效的阻止了氧气与镁蒸气通过其扩散 而导致的持续氧化、烧损，因此添加了钙的合金烧损 率及镁回收率随时间的变化要比不加钙的效果好。 图3 台金烧损率随时间的变化 F i g ．3C h a n g eo fa l l o yr a t eo v e r h u r n i n gw i t ht i m e 一无阻燃合金 图4 合金中镁回收率随时间的变化 F i g ．4C h a n g eo fm a g r a ∞i u mr e c o v e r yi na o o yw i t ht i m e 3 结论 不加钙的合金随温度的升高其烧损率是先升高 后降低，相应的镁回收率是先降低后升高。添加了 钙的合金随温度的增加烧损率持续升高，镁的回收 率持续降低。随时间的延长，加钙合金的烧损率及 镁回收率比不加钙的变化缓慢。 镁合金燃点的测试研究[ D ] ．福州福州大学，2 0 0 1 8 一1 8 ． 喻德．镁台金熔炼工艺研究[ J ] ．汽车工艺与材料，2 0 0 2 ， 8 ／9 3 8 4 0 ． 周宏．何镇明．镁台金的防燃研究及其进展[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 0 ，1 0 s u p p l 2 7 1 2 7 4 ． 段汉桥，蔡启舟，等．镁合金的熔炼工艺现状及发展趋势[ J ] ．特种铸造及有色合金，2 0 0 0 ， 6 5 1 5 4 ． 镁合金熔炼中采用S F 6 对环境的影响[ J ] ．铸造．2 0 0 2 ，5 1 4 2 3 9 2 4 1 ． 王渠东，丁文江．镁合金熔炼阻燃方法及进展[ J ] ．轻合金加工技术，1 9 9 9 ，2 7 9 5 8 ． 范跷明，王仲范．钙在铸造镁合金中的作用[ J ] ．铸造，2 0 0 3 ，5 2 4 2 4 6 2 4 8 ． 工业分析[ M ] ．重庆重庆大学出舨社，1 9 9 7 1 1 6 1 1 7 ． 下转第2 6 页，C o n t i n u e dO l lP ．2 6 2、爵棼掣雹嚣州舡 万方数据 有色金属第5 7 卷 [ 3 ] 杜军，刘耀辉，于思荣．铸造混杂增强金属基复合材料研究进展[ J 1 ．特种铸造及有色合金，2 0 0 2 ， 6 1 9 2 2 ． [ 4 ] 方浩，张国定，陈菜等．S i C p ／A 1 2 0 3 ；混杂增强2 0 2 4 A 1 复合材料摩擦磨损性能的研究[ J ] ．上海变通大学学报，1 9 9 8 ，3 2 2 1 0 1 4 ． [ 5 ] J i a n gJQ ，T a nRS ，M AAB ，na 1 ．C o m p r e s s i v ea n dt r i b o l o g i e a lp r o p e r t i e so fA t 2 0 3f i b r ea n dh e x a g o n a lB Np a r t i c l eh y b r i dr e i n f o r c e d A I S ia l l o y s [ j ] ．JM a t e rs c i ，1 9 9 6 ，3 1 5 2 3 9 5 2 4 5 ． [ 6 ] S o n gJI ，H a r tKS ．E f f e c to fv o l u m ef r a c t i o no fc a r b o nf i b e r s0 nW e 日t l “ b e h a v i o ro fA l ／A k 0 3 ／Ch y b r i dm e t a lm a t r i xc o m p o s i t e s [ J ] ．C o m p o s i t eS t r u c t u r e ，1 9 9 7 ，3 9 3 ／4 3 0 9 3 1 8 ． [ 7 ] J o s h u aP e l l e g ，A s h k e n a z iD ，G a n o rM ，T h ei n f l u e n c eo fat h i r dd e m e n to nt h ei n t e r f a c er e a c t i o n si nm e t a lm a t r i xc o m p o s i t e s M M C s ；A I g r a p h i t es y s t e m 【J ] ．M a s t e rS e i E n g ，2 0 0 0 ，A 2 8 1 2 3 9 2 4 7 ． [ 8 ] F i s h k i sM ．I n t e r f a c e sa n df r a c t u r es u r f a c e si ns a f f i l ／A I M g C um e t a lm a t r i xc o m p o s i t e s [ J ] ．M a s t e rS e i ，1 9 9 1 ，2 6 2 6 5 1 2 6 6 1 ． P r o c e s s i n go fA 1 2 0 3 f C y ／Z L l 0 9C o m p o s i t eM a t e r i a lP r e f a bT u b e W A N GX u e - z h e n 9 1 ，Z H A OM i n 9 2 ，X U EW e i - f i n 9 1 1 ．C o l l e g eo f R a d i o l o g y ，T a l s h a n M e d i c a lC o l l e g e ，T a i a n2 7 1 0 1 6 ，S h a n d o n g ，C h i n a ； 2 ．脚L a bo f “社耐S t r u c t u r ea n d l - k r e d i t y o f M a t e r i a l s ，I 协n i s t r y 0 ，丘妇洳，S h a n d o n g U n i v e r s i t y ，J i n a n2 5 0 0 6 1 ，C h i n a A b s t r a e t T h ep r e p a r a t i o no ft h eh y b r i df i b e rp r e f a b r i c a t e dt u b ep a r tc o n s i s t e do fZ L l 0 9a l l o yb a s ea n dA 1 2 0 3f i b e ra n d s h o r tc a r b o nf i b e rb ye x t r u s i o nc a s t i n ga n dv a c u u mn e g a t i v ep r e s s u r er e s h a p i n gm e t h o di si n v e s t i g a t e d ．I ti si n d i c a t e db yt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t st h a tt h e 驰q r C ，／Z L l 0 9h y b r i df i b e rc o m p o s i t em a t e r i a lw i t hh i g hd e n s i t y t e x t u r e sa n du n i f o r md i s t r i b u t i o nf i b e r sc a nb eo b t a i n e db ye x t r u s i o nc a s t i n gt e c h n o l o g y ．T h ei n t e r f a c eb e t w e e n t h eb a s ea l l o ya n dr e i n f o r c i n gf i b e r si sw e l lj o i n t e da n dw i t h o u ti m p u r i t ym i x e d ．T h er e i n f o r c i n gf i b e r si sw e l l d i s t r i b u t e di nt h eb a s e ，a n dm a i n l yi n2 - 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