樂發(fā)技術文獻

4、鎂合金壓鑄周邊設備
 
   鎂合金壓鑄由于在一些方面不同于鋁合金壓鑄，除了壓鑄主機在一些方面有所特殊要求外，在周邊設備上也有一些不同，比如鎂合金的熔爐和普通的鋁合金熔爐不同，鎂合金壓鑄在大多數(shù)情況下要使用模溫機，等等。取件機械手、噴霧機械手的配套和使用，可以降低操作者的勞動強度，改善工作環(huán)境、提高工作效率。周邊設備的使用，也為壓鑄的自動化生產(chǎn)的實現(xiàn)提供了條件，可以提高壓鑄生產(chǎn)的自動化生產(chǎn)水平，降低人為因素對壓鑄工藝的影響。
 
4.1鎂合金熔煉爐
由于鎂合金的熔煉過程中不但要防止氧化，還要具備避免燃燒、爆炸等安全措施，鎂合金的熔煉必須在保護的氣氛下進行，因此，鎂合金壓鑄需要配備特殊的熔爐，熔煉也是鎂合金壓鑄中的關鍵環(huán)節(jié)。對于熱室機來說，除了要滿足比鋅合金溫度高的要求外，還要具備輸入保護氣體的通道以及熔爐的密封機構；冷室機要具備定量供料系統(tǒng)。
 
4.1.1氣體保護裝置：
如前所述,鎂合金的熔煉防燃技術有鹽類熔劑、抑制性元素、惰性氣體等，但現(xiàn)代壓鑄主要是以反應性氣氛為主，這也是鎂合金壓鑄的主流和發(fā)展方向。
4.1.2氣體保護機理：
鎂化學性質(zhì)極其活潑，在空氣中很容易被氧化，表面生成MgO，其致密度系數(shù)為0.79，這種疏松的氧化膜不能阻止反應繼續(xù)進行。當溫度超過熔點650℃時，氧化迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵⒎懦龃罅康臒?，所以鎂合金的保護要點就是隔離鎂與氧氣的接觸，純凈的N2及Ar、Ne等氣體雖然能對鎂熔體起到一定的阻燃燒作用，但均不能完成隔絕鎂液與周圍環(huán)境的接觸，所以起不到良好的保護效果。
N2與鎂發(fā)生如下反應：
3Mg+N2=Mg3N2
生成的Mg3N2系粉狀化合物，結構疏松，不能進行反應繼續(xù)進行。Ar、Ne等惰性氣體雖然不與鎂液反應，但不能阻止鎂的蒸發(fā)，形成一定蒸汽壓的鎂遇到冷壁會發(fā)生反應，所以也不是理想的保護氣體。
生產(chǎn)中，常用的是CO2、SO2、SF6三種氣體均能起到良好的保護效果，而尤以SF6與其他氣體按一定比例混合保護效果最佳。
CO2與鎂在高溫下發(fā)生如下反應：
Mg+1/2CO2=MgO+1/2C（無定型）
鎂液在干燥、純凈的CO2中，其氧化速度很低，這與表面膜中出現(xiàn)了無定型碳密切有關，這種無定型碳存在于氧化膜的空隙處，提高了鎂表面膜的致密度系數(shù)，使ɑ=1.03~1.15。帶正電荷的無定型碳，還能強烈地抑制鎂離子透過表面膜的擴散運動，故也能抑制鎂的氧化。
鎂與SO2的反應如下：
3Mg+SO2=2MgO+MgS
在鎂熔體表面生成很薄較致密的帶有金屬光澤的MgS、MgO復合表面膜，可抑制鎂的氧化。
鎂與含SF6的混合氣體發(fā)生如下反應：
2Mg(L)+O2=2MgO(S)
2Mg(L)+O2+SF6=2MgF2(S)+SO2F2(S)
2MgO(S)+SF6=2MgF2(S)+SO2F2
其中主要產(chǎn)物是MgO，也含有少量MgF2。MgF2的致密系數(shù)為1.6，由MgO+MgF2組成的混合膜變?yōu)檫B續(xù)、致密的膜，因而含SF6的氣氛有防止鎂合金熔體氧化燃燒的作用。
綜上所述，保護氣體的阻燃機理主要是氣體與鎂液反應，在熔體表面生成不同防護作用的表面膜，這些膜致密度大，能夠阻止反應繼續(xù)進行，也能夠阻止鎂液的蒸發(fā)。其次，這些氣體密度大于空氣，在一定程度上隔絕鎂與氧的反應

4.1.3混氣裝置
在實際生產(chǎn)中，SF6常和其他氣體混合在一起通入到熔爐，常用的混合方式有：air/SF6、SF6/N2，air/CO2/SF6，混氣裝置的作用就是將這些氣體精確地按一定比例混合后送入熔爐。
SF6是一種無色、無味、無毒氣體，比空氣重4倍，具有化學惰性結構，在常溫下極穩(wěn)定，通常將SF6氣體加高壓后變成液態(tài)，貯存于專用的高壓鋼瓶中。
實驗表明，0.01%的SF6濃度即可有效保護鎂液，但實際采用的濃度要大，這主要是因為SF6會與鎂液反應和泄漏損失，隨著輸入濃度含量的增加，液面上方SF6濃度也增加，但與輸入濃度相比，消耗量呈增大趨勢。所以鎂合金熔爐裝置必須有效密封，這樣SF6控制到一定濃度才成為可能。一般SF6濃度不宜超過1%，這時不僅抗氧化效果下降，而且氣氛對設備具有嚴重腐蝕作用。所以保護氣體的供應優(yōu)化是系統(tǒng)設計和操作時的重要任務?；鞖庋b置應能精確配比和混合氣體成分，保護氣體的濃度和數(shù)量必須適應熔液表面條件，達到耗氣量少，同時做到環(huán)保、安全、經(jīng)濟。下圖為Rauch公司鎂合金熔爐保護氣混氣、供氣。
SF6和N2通過減壓閥和一個流量控制閥，即混合在一起，混合氣通過一個流量計分別獨立地供應泵室和熔室，泵室和熔室的氣體流量可以分別獨立調(diào)節(jié)，還可以通過PLC對泵室的流量在各個階段進行控制，比如在注料階段可加大氣體流量，從而更經(jīng)濟、安全地保證氣體供應。保護氣體在進入熔爐時采用多管道多出口分配，盡量接近液面且分配均勻?，F(xiàn)實生產(chǎn)中，這種供氣已較為成熟，且SF6耗量也較低，下面為Rauch的幾種熔爐的保護氣耗量：

4.1.4存在問題
SF6在鎂合金壓鑄生產(chǎn)中應用較為普遍，但也存在著一些問題，比如安全、環(huán)保等方面，如何解決這些問題，也是鎂合金產(chǎn)業(yè)面臨著的一個課題。
保護氣體可能與設備發(fā)生反應，如SF6與坩鍋反應形成孔狀FeF3和Fe2O3,SF6濃度過高會使坩堝起皮增加，起皮會進一步與鎂液發(fā)生劇烈反應。
3Mg+Fe2O3=3MgO+2Fe
3Mg+2FeF3=3MgF2+2Fe
此外，反應還可能生成SO2和SO2F2，它們會與水蒸氣發(fā)生反應，然后被起皮吸收，進一步腐蝕坩堝。溫度升高和SF6濃度增加會使腐蝕加劇，因而應避免純凈的SF6氣體通入坩堝。
SF6氣體雖然無毒，但密度大，如果在車間沉積過多，有可能引起缺氧，產(chǎn)生窒息，所以車間必須注意通風。
SF6具有很強的吸收長波能力，而且在空氣中的滯留時間長，其溫室效應較為顯著。SO2氣體的使用由于其特性（毒性氣體）而受到限制，國外在使用SF6已開發(fā)出一種回收設備，但由于成本昂貴，推廣受到一定了限制。因此，開發(fā)一種替代SF6的保護氣體也是鎂合金產(chǎn)業(yè)亟待解決的問題。
 
4.2熔化裝置
鎂合金的熔爐一般采用不含鎳（或鎳含量很低）的不銹鋼焊接或整體鑄出，因為鎳熔解于鎂合金液中，將導致鎂合金鑄件的抗腐蝕能力大幅降低，坩堝最好有雙室設計，把熔室和泵室分開，以免鎂液的溫度有大的波動，影響產(chǎn)品質(zhì)量。設計熔爐時，要使鎂液表面和與體積比最小，坩堝和蓋子之間要很好的配合與密封。
 
4.3定量澆注系統(tǒng)
由于鎂合金的熔煉是在密閉的條件進行，對于熱室機來說，料壺和打料系統(tǒng)也是浸在鎂液中，可以實現(xiàn)供料及打料的自動化，對于冷室機來說，則需要定量澆注系統(tǒng)從熔爐中向壓鑄機壓室澆注。目前，已經(jīng)開發(fā)應用的鎂合金定量澆注系統(tǒng)有葉輪式、氣壓式、活塞式等幾種。
4.3.1葉輪式
通過葉輪的轉(zhuǎn)動提升鎂液，通過輸料管定量澆注到壓鑄機壓室，可以改變?nèi)~輪的轉(zhuǎn)速及運轉(zhuǎn)時間來實現(xiàn)澆注量的改變。這種鎂液泵的定量精度可以達到±2%，生產(chǎn)中，還應控制鎂液面的穩(wěn)定，以免引起供料量的波動。這種泵結構簡潔實用，操作/保養(yǎng)也比較容易，故障率也較低，奧地利勞和公司的鎂合金熔爐即采用此種定量泵。

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