Плавление, легирование и рафинирование магниевых сплавов, не содержащих циркония

22.01.2017

Промышленно чистый магниевый слиток можно отлить из ковшей, наполненных непосредственно из электролизеров, но обычно электролизный металл предварительно переливают в обогреваемый тигель, а затем разливают в чушки. С другой стороны, расплавленный металл может передаваться из обогреваемого тигля непосредственно в миксер. Магний-сырец в виде чушек содержит некоторое количество окиси и электролита и требует повторного плавления и рафинирования.
В магниевой промышленности термин «рафинирование» относится к удалению из расплавленного металла нерастворимых неметаллических включений: окислов и флюсов. Этот физический процесс, лучше характеризуемый словом «очистка», нельзя смешивать с химической очисткой.
При нагреве магния на воздухе разрушение первичной защитной окисной пленки происходит при температуре около 450° С; при более высоких температурах магний со значительной скоростью соединяется с кислородом, что приводит к постепенному образованию белой окиси магния MgO. Возможно также соединение магния с азотом и образование Mg3N2. Плавление начинается при температурах, зависящих от химического состава сплава, а заканчивается при температурах, не превышающих 650° С. Скорость окисления поверхности расплавленного металла с повышением температуры быстро растет, и выше примерно 850° С поверхность загорается. В отличие от алюминиевых сплавов наличие пленки окиси на расплавленном магнии не защищает металл от окисления, а, наоборот, может ускорить процесс. Кроме того, во время реакции выделяется большое количество тепла. Поэтому при работе с расплавленным магнием следует применять соответствующие флюсы или инертную атмосферу.
Положение магния в ряду напряжений и ero высокое химическое сродство к кислороду ограничивают выбор составляющих, которые могут быть использованы во флюсах, хлоридами и фторидами щелочных и щелочноземельных металлов, включая магний, и некоторыми инертными окислами. Применяемые флюсы можно разделить на два типа: жидкотекучие и густеющие — известные соответственно как защитные и рафинирующие.
Несмотря на то что в большинстве случаев магниевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, они (за исключением магния наивысшей чистоты) легко реагируют с растворами хлоридов. Поэтому очень важно, чтобы применяемые флюсы были способны удалять весь присутствующий хлоридный электролит, не попадая в свою очередь в сплав. Значение полного разделения металла и хлоридов возрастает вследствие гигроскопичности некоторых хлоридов, например MgCl2 в большой степени повышающей коррозионный эффект.
При наличии соответствующих флюсов плавление и рафинирование магния являются несложными операциями, осуществляемыми в стальных тиглях емкостью до 2 т. Затруднения возникают при наличии в сплавах циркония и некоторых других элементов. Типичный процесс плавления и рафинирования чистого магния и обычных магниевых сплавов, основными легирующими элементами в которых являются алюминий и марганец, происходит следующим образом.
Небольшое количество флюса наносят на стенки и дно тигля, затем загружают металлическую шихту. Для предотвращения горения перед самым началом плавления шихту присыпают флюсом, добавляя его затем по мере необходимости. Поверхность жидкой ванны металла после окончания плавления дополнительно покрывают флюсом и, начиная с этой стадии, применяют только густеющий флюс. Легирование производят при температурах около 750° С. Дегазация или измельчение зерна предшествуют рафинированию. Заключительной операцией плавления является рафинирование.
При рафинировании на поверхность металла наносят свежий густеющий флюс и тщательно его перемешивают круговым движением в течение 1—2 мин. После перемешивания поверхность металла покрывают новым слоем флюса, который быстро плавится, образуя через несколько минут вязкую корку. При поддержании металла в спокойном состоянии корка эффективно защищает его от кислорода и легко удаляется из тигля перед литьем.