CN1070429A - 镁锰中间合金的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于镁锰中间合金的制造方法，该方法包 括对含结晶水氯化锰的脱水处理，将无水氯化锰研磨 成粉末状，镁锭加热熔化，将无水氯化锰粉末加入镁 融体中，最后铸造成锭，采用低压铸造方法可以得到 成分均匀，锰偏析少、锰实收率高及铸锭质量高的中 间合金锭。

Description

本发明属于中间合金的制造工艺，尤其与镁锰中间合金的制造工艺有关。

镁锰中间合金主要用于生产含锰的镁合金。目前，工厂中常用的生产镁锰中间合金的工艺方法主要有两种，一种是把两种金属直接熔化，即用电解锰直接加至800℃左右的高温镁隔体中。这种工艺方法能制得一定锰含量的镁锰中间合金，但由于锰在镁中的溶解度很小，即使在500℃时也只有0.8%。电解锰的熔点又很高，在800℃左右加入镁熔体中不会熔化，只是在与镁熔融液体的接触面积上扩散溶解，由于固-液接触面积有限，因此制成的中间合金中锰只有很少一部分与镁形成固溶体，大部分锰与镁成机械混合状态。用这种中间合金生产含锰的镁合金时，锰沉积成渣，锰的实收率很低，同时产生大量的锰偏析，将影响产品质量。另一种工艺是将块状氯化锰按一定比例加入800℃左右镁融体中，经搅拌铸成中间合金锭，这种方法一方面成本较高，镁实收低，，更主要的是中间合金锭中夹杂着熔剂和熔渣，这些将成为生产含锰的镁合金的污染源。

本发明的目的是要提出一种镁锰中间合金的制造方法，用这种方法制得的中间合金锭的实收率高，成份均匀，无夹杂。用这种中间合金锭生产含锰的镁合金时，合金的锰偏析明显减少。

本发明提出的镁锰中间合金的制作方法包括：对含结晶水的氯化锰脱水处理。无水氯化锰研磨成粉状，镁锭加热熔化，边搅拌边将粉状无水氯化锰加入熔化的镁融体中，铸造成锭。

含结晶水氯化锰（MnCl₂·4H₂O）常用在280-320℃温度下烘烤的方法脱水，使其变成无水氯化锰（MnCl₂）。烘烤后的氯化锰一般为块状。为了增大氯化锰与液气金属镁的接触面积以加速其化学反应，应将氯化锰研磨成一定粒度的粉末，但粒度过细，加入镁融体中时粉末会随烟气跑掉，造成无益损失并降低锰的实收率，如粒度过粗，则反应接触面积减少，反应不完全，既影响锰的实收率，也会使中间合金锭中留有部分夹渣。一般情况下，无水氯化锰粉末的粒度应在2-10毫米。粉末状的无水氯化锰应放置在干燥器中以备用。在坩埚中，将镁锭升温熔化，并使融体温度达到700-900℃之间，此时可将粉末状的无水氯化锰加入融体中，使之发生下列化学反应。

镁融体温度过低，反应不完全，造成锰损失，降低锰的实收率;如融体温度太高，则反应进行过分激烈，会造成火花四溅，既造成金属烧损，又恶化了工作条件，增加了不安全因素。在向镁融体加入氯化锰时，为使反应完全，应边加入边进行搅拌。待全部氯化锰加完后，停止搅拌，稍静止后即可铸造成锭。铸造可采用现有的各种铸造方式。

为了减少合金锭的氧化，减少铸锭夹渣，可采用低压铸造。低压铸造是采用低压的保护性气体例如二氧化硫、氩气、氮气及氮气和微量氟化硫（SF₆）混合气体等。将熔融合金熔液压出，在铸铁模内冷却成铸块，混合气体的压力一般在0.3大气压左右。

使用本发明提出的镁锰中间合金的制作方法所生产的镁锰中间合金，其中，锰与镁基本上都是呈固溶状态，锰的实收率高，一般可达87%左右，在合适条件下最高可达98%以上。铸锭成分均匀，无夹杂，用这种中间合金生产的含锰的镁合金时，合金的锰偏析可明显减少，镁的烧损量也明显减小。

下面以非限定性实施例将进一步描述本发明的实施方式及其效果。

〔1〕    使用电解锰及金属镁锭为原料制作中间合金。按2%Mn-Mg（重量百分数）的成分分别配料。先将金属镁锭加热熔化，并升温到800℃，然后，在搅拌的条件下将电解锰逐渐加入融体中，在800℃下保持约10分钟后，将熔融液体铸造成锭。铸锭宏观分析表明，中间合金中的锰大部分与镁为机械混合状态。用这种中间合金配制生产含锰的镁合金时，锰的实收率较低，仅为30%。同时镁合金锭中，有明显的锰偏析和夹渣现象，合金锭中间比边缘，上层较底层的锰含量分别低0.5-1%。这种明显的锰偏析势必影响合金的性能。

将镁锭加热熔化，升温到850℃的情况下得到的中间合金锭，其中镁锰的固溶部分有所增加，但仍有相当大量的机械混合物，所以在用其制造含锰的镁合金时，仍出现明显的锰偏析。

〔2〕    使用含结晶水氯化锰，镁锭为原料制作中间合金。

先将含结晶水氯化锰在约300℃温度下烘烤脱水成无水氯化锰。将无水氯化锰研磨成粒度为5毫米的粉末，置于干燥箱内备用。按照2%Mn-Mg（重量百分比）的比例，称量出镁锭及无水氯化锰粉末。将镁锭分别装在三个坩埚中加热熔化，并分别加热到700;800;900℃，到温后边搅拌边将氯化锰粉末加入到各种温度的镁融体中，搅拌速度以融体能旋转为合适，一般为300转/分，此时可看到900℃的镁融体有火花四溅现象。粉末完全加入后，在此温度下保持静止10分钟，然后用常规方法铸造成锭。对三种铸锭进行宏观和化学分析。宏观分析表明，700℃镁融体的中间合金锭中，镁和锰有少量的机械混合物，各铸锭中都有少量夹渣。其化学分析结果见表1。

〔3〕采用例3基本相同的工艺，不同之处是无水氯化锰的粉末粒度为10毫米，镁融体的温度为800℃。所得铸锭的宏观分析表明，有少量夹渣，其化学分析结果为上面的中、左、右位置的锰含量分别为1.65，1.63，160，下面的中、左、右位置的锰含量分别为1.68、1.61、1.62（重量百分数）。锰实收率较例2的低。

〔4〕采用例4基本相同的工艺，不同之处是无水氯化锰的粉末粒度为2毫米的细粉。在加入过程中，由于粉末太细，因此工作条件恶化有相当的粉末随烟气跑掉。铸锭的化学分析为，上面的中、左、右的锰含量分别为1.53、1.50、1.48，而下面的中、左、右分别为1.57、1.53、1.53（重量百分数）。由此可看出锰的实收率明显受影响。

〔5〕采用例2基本相同的工艺，不同之处是中间合金的成分取2.4Mn重量%的锰含量。对不同镁融体温度制得的中间合金锭进行宏观分析结果，基本上与例3相似。其化学分析结果见表2。

〔6〕分别采用例2-5基本相同的工艺，不同之处是铸造方法均分别采用低压保护气氛将熔融合金熔液压出到铸铁模内。保护气体为氮气，压力为0.3大气压。试验表明，采用氮气能保护融体免除氧化，但必须小心操作，否则熔体易燃烧造成事故。

〔7〕采用例6的工艺，不同之处是保护气体为二氧化硫和氩气。使用二氧化硫会恶化环境，而氩气的唯一缺点是价格昂贵。

〔8〕采用例7的工艺，不同之处是保护气体为氮气和氟化硫的混合气体，N₂∶SF₆＝99.5∶0.5。所得的铸锭经宏观分析表明，铸锭中基本上无夹杂。由于保护气体无毒无臭所以可以改善劳动条件。

〔9〕用上述例1，2和3各例中所制得的中间合金，分别生产含锰的镁合金MB₈，对所得合金进行化学分析后，对锰的实收率、镁的实收率进行统计，见表3，并进行了铸锭的宏观分析。由表3可见，由于采用本发明制得的中间合金本身锰偏析小，基本上为镁-锰固溶体，中间合金锭中无夹杂，无熔剂和熔渣。因此，制得的镁合金其锰的实收率较高，镁的燃烧量较小。铸锭宏观分析表明，由例2中间合金制得的镁合金锭中夹杂和其它缺陷较多。用例1的中间合金在生产镁合金时，呈机械混合状态的大量锰沉积成渣，严重影响锰的实收率。由于这些原因，用这两种工艺制得的中间合金生产MB6合金时，成品率仅有30-40%左右。而用本发明工艺的中间合金生产MB6合金时，板材综合成品率可达60%以上。

表1

镁融体温度℃	取样部位	锰含量（％重量）
			900℃	上面      中左右	1.831.801.79
下面      中左右	1.851.851.84

800℃	上面    中左右	1.981.951.95
			下面    中左右	1.991.941.97
	700℃	上面    中左右			1.751.601.68
下面    中左右			1.781.751.76

表2

镁融体温度℃	取样部位	锰含量（％重量）
			900℃	上面    中左右	2.202.122.11

	下面    中左右	2.232.172.18
			800℃	上面    中左右	2.342.342.33
下面    中左右	2.362.402.37
		700℃		上面    中左右	1.931.931.91
下面    中左右	2.032.022.03

表3

使用的中间合金	锰的实收率％	镁的烧损量％
			由例1制得	30-40	7.41～9.83
由例2制得	90以上	3.05～5.47

Claims (4)

1、镁锰中间合金的制造方法，其特征是，该方法包括：1)结晶的氯化锰(MnCl₂·4H₂O)脱水处理，

2)将无水氯化锰研磨成粉末，

3)镁锭加热熔化，并升温在700-900℃，

4)边搅拌边将粉状无水氯化锰加入熔化的镁融体中，

5)铸造成锭。

2、按权利要求1所说的制造方法，其特征是，所说的无水氯化锰粉末粒度为2-10毫米。

3、按权利要求1或2所说的方法，其特征是，所说的铸造采用低压铸造，用低压保护气体将合金熔液压出，在铸铁模内冷却成锭。

4、按权利要求3的方法，其特征是，所说的保护气体为氮气和氟化硫（SF₆）的混合气体，两者的比例为N₂∶SF₆＝99.5∶0.5。