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據(jù)了解，鎂合金是航空航天、汽車制造、電子通信等領(lǐng)域所需的重要材料。汽車使用鎂合金部件，能減輕自身重量，降低油耗；用鎂合金制造電腦外殼，能增強其抗震能力，更好地保護(hù)內(nèi)部零件。而高強耐熱鎂合金，是鎂合金中的高端新材料，它不僅質(zhì)量輕、強度高，還能在高溫環(huán)境下保持原有的性能，不發(fā)生顯著變化。目前國內(nèi)掌握這種高端鎂合金鑄造工藝的廠家不過兩三家。2017年，以型號產(chǎn)品需求為契機(jī)，首都航天機(jī)械有限公司開始探索高強耐熱鎂合金鑄造工藝。這項工作主要由其所屬的天津航天長征技術(shù)裝備有限公司承擔(dān)。據(jù)該公司副總經(jīng)理高鵬程介紹，對于合金來說，無論是成分配比還是熱處理工藝、成型工藝，都會影響到其最終性能，并且鎂易燃，要在熔化、成型過程中避免燃燒，就需要獨特的工藝方法。為此，項目組成員們查閱了大量資料，分析高端鎂合金特點，不斷改進(jìn)、優(yōu)化、試驗，最終研制出了滿足要求的鑄件。雖然與其他掌握鎂合金鑄造工藝的單位相比，首都航天機(jī)械有限公司進(jìn)入市場晚，但其僅用8個月就完全掌握了鑄造工藝，并一舉進(jìn)入高端市場，充分證明了其雄厚的技術(shù)實力。深圳市鼎正鑫科技有限公司專業(yè)提供鎂合金定量熔爐，運行安全！性能穩(wěn)定！cnbon.com.cn

鎂合金之所以獲得廣泛的應(yīng)用,是因為它具有下列優(yōu)點:-密度小,比鋁輕三分之一,其比強度(抗拉強度與密度之比值)較鋁合金高;-疲勞極限高;-能比鋁合金承受較大的沖擊載荷;-導(dǎo)熱性好;-鑄造性好;尺寸穩(wěn)定性好;-易于回收;-有良好的切削加工性;-有較好的減振性能;-在諸多方面比工程塑料優(yōu)越,可替代工程塑料;在煤油、汽油、礦物油和堿類中的耐耐蝕性較高等。鎂合金的缺點在于:它耐蝕性差,即使鑄造合金耐蝕性能也較鋁合金差,在熔化時需要加入特殊的防護(hù)溶劑;需要用特種的混合型砂來制作砂模。此外,盡管鎂合金的沖擊韌性和疲勞強度好,但是其對應(yīng)力集中卻很敏感;屈服點低和彈性系數(shù)小,也降低了鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料放入使用價值。深圳市鼎正鑫科技有限公司

由于鎂的性質(zhì)活躍，因此在熔煉鎂時需要覆蓋保護(hù)氣。這些保護(hù)氣會對環(huán)境或者鑄造者帶來各種各樣的影響。為了減輕鎂壓鑄給環(huán)境和工人帶來的負(fù)擔(dān)，在大眾汽車的鑄造間對新型保護(hù)氣Novec 612進(jìn)行試驗，這種氣體與現(xiàn)在使用的R134a相比，顯著減少了溫室氣體值。實驗成功顯示，Novec 612也能夠用較低濃度的運載氣流穩(wěn)當(dāng)?shù)馗采w鎂熔爐的熔液。保護(hù)機(jī)制被證實十分有效。然而基于費用考慮，新型保護(hù)氣Novec 612目前并不是一個經(jīng)濟(jì)的方案?？紤]到汽車及其排放物的環(huán)保性以及消費者環(huán)保意識的提升，環(huán)境保護(hù)方面法規(guī)的要求日益嚴(yán)苛，因此汽車生產(chǎn)商在重量及燃料節(jié)省上必須采取措施。同時，大眾消費者心聲即汽車的安全及舒適性不能被忽略，車身重量增加需再次重新考慮。這就要求汽車制造商給出合理的解決方案，在考慮消費者意愿的前提下允許汽車重量更輕，但同時要保證費用保持競爭力。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，設(shè)計師可以利用不同的輕型結(jié)構(gòu)方案例如系統(tǒng)輕型結(jié)構(gòu)、模殼輕型結(jié)構(gòu)以及材料輕型結(jié)構(gòu)。談及材料輕型結(jié)構(gòu)，也就是要使用低密度金屬，例如鎂，鎂鑄件在重量方面有突出的優(yōu)勢。由于鎂的活潑性質(zhì)，與其它輕型結(jié)構(gòu)材料相比，鎂加工對鑄造間有極高的要求。熔液鎂的加工熔液鎂的加工工序因為鎂的氧化特性變得困難。鎂元素位于元素周期表第二主族。因為鎂在電化學(xué)電動序性質(zhì)中具有Uh=-2.372V的電勢，因此它是非貴金屬，而且與氧極易發(fā)生反應(yīng)。重要的是會在金屬表面形成鈍化的氧化層。是否會形成鈍化的氧化層，取決于形成的氧化物的摩爾體積（Vm）和摩爾金屬體積之比。這個比例也就是眾所周知的“PBV,”（英語:PBR）。描述的是氧化層的穩(wěn)定性。這個比值小于1時，氧化層會產(chǎn)生拉應(yīng)力并且持續(xù)被撕裂。接著看看鎂熔液（PBV=0,78），暴露在空氣中的鎂熔液（圖1），放熱氧化并沒有受到影響。除了熔液因為污染產(chǎn)生氧化物之外，也可能由于燃燒熔池表面的連鎖反應(yīng)產(chǎn)生。PBV-比值大于1時，根據(jù)不同條件會由于氧化層的壓應(yīng)力產(chǎn)生密封的鈍化層。例如鋁的PBV=1.28時的情況。因為鎂不具有這種性質(zhì)，所以在熔池表面反應(yīng)時要通過保護(hù)技術(shù)來防止氧化。對此存在特殊的處理方法，例如在熔池表面覆蓋液態(tài)鹽或者在惰性-和保護(hù)性氣體環(huán)境下熔合，這樣一來，抵抗了對鎂及鎂合金無益的氧化層的產(chǎn)生。鎂在保護(hù)氣環(huán)境下熔化，可以使用含氟或者含硫的保護(hù)氣。首先，由于這個反應(yīng)MgO+F2=MgF2+1/2O2(ΔG°1000K=-456766J/mol)有極高的生成焓ΔG°1000K，需要計算保護(hù)層里多少MgF2, 才能與MgO形成致密的鈍化層，以至于達(dá)到PBV>1。與此相反的是，相應(yīng)的反應(yīng)MgO+1/2S2=MgS+1/2O2的生成焓是正值（ΔG°1000K=178731J/mol）。Mg+1/2S2=MgS的生成焓（ΔG°1000K=-314899J/mol）同樣非常消極。然而被保護(hù)的MgF2與存在的氧發(fā)生反應(yīng)生成MgO。因此保護(hù)氣中SO2的含量必需明顯高于含氟化合物的含量。圖2圖解描述了在熔化時供給了含氟氣體的保護(hù)機(jī)制。較大的MgF2分子會嵌入在破裂的氧化層裂縫中，因此導(dǎo)致壓應(yīng)力，這對氧化行為極其有利。也就是說，氧化行為的發(fā)展被阻礙了。誠然，使用保護(hù)氣會對環(huán)境和人造成負(fù)擔(dān)，因此大眾集團(tuán)持續(xù)地尋找對環(huán)境及氣候無害的解決方案。在這些關(guān)系中有一個重要的參數(shù)叫做保護(hù)氣的全球變暖潛能值（GWP）。全球變暖潛力值定義，與參考?xì)怏wCO2相比，所調(diào)查的保護(hù)氣氣體數(shù)量使溫室效應(yīng)增強或減弱 ?；谇熬暗目紤]，位于卡塞爾的大眾鑄造間進(jìn)行了Novec612投入使用的研究。鎂熔鑄的保護(hù)方案已經(jīng)有另外的替代，目前的情況來看不需要繼續(xù)研發(fā)。關(guān)于替代的保護(hù)技術(shù)的概況已經(jīng)可以引用大眾公司的壓鑄車間大眾集團(tuán)位于卡塞爾的鑄造間有70臺壓鑄機(jī)，是歐洲最大的輕金屬鑄造車間。除了廣泛的鋁壓鑄零件產(chǎn)品型譜之外，還有8臺鎂壓鑄機(jī)器用于鎂壓鑄零件生產(chǎn)。一道“鎂-冷箱-壓鑄”工序用于制定液態(tài)鎂最終輪廓的鑄型，然后加工成外殼以及結(jié)構(gòu)零件。視零件而定鑄件應(yīng)用的加工步驟次序以及緊接著的送至裝配環(huán)節(jié)。2008年有了替代SF6保護(hù)氣的方案，卡塞爾的大眾鑄造間必需追溯一下直到明令禁止時有多少鎂加工工廠使用SF6保護(hù)氣。通過嚴(yán)格的健康保護(hù)的規(guī)定，大眾集團(tuán)認(rèn)為，即使SO2的全球變暖潛力值為0，但是因為其對工人有害，也不考慮使用。出于這一理由，卡塞爾大眾鑄造間在禁止使用保護(hù)氣SF6（GWP＝23900）之后投入使用了更環(huán)保一些保護(hù)氣R134a，它的GWP＝1300。面對嚴(yán)格的環(huán)境規(guī)定以及特殊的準(zhǔn)則2006/40/EG(EG:歐洲共同體)，從2011年1月1日開始禁止在一些特定車型的空調(diào)里使用R134a，工業(yè)使用上也要求尋找替代R134a的方案。關(guān)于替代的保護(hù)機(jī)制的概況已經(jīng)可以引用。基于上述理由，大眾集團(tuán)在許多鑄造間開展了替代保護(hù)氣R134a和SO2方案的研究。一種替代方案，其商標(biāo)名稱為Novec612，位于德國希爾登的3M工廠可供應(yīng)。下面將對這個著名的保護(hù)氣進(jìn)行簡短地介紹。Novec 612(C3F7C(O)C2F5)屬于含硫保護(hù)氣，室溫下是液態(tài)。Novec 612的保護(hù)作用是以使用R134a時MgF2的形成含氟階段為基礎(chǔ)產(chǎn)生的。由于Novec 612的極高的活躍性質(zhì)，生產(chǎn)商聲明，通常只需要使用R134a濃度的10%即可。Novec 612沒有毒性也不會給鑄造工人帶來額外的負(fù)擔(dān)。遇到鎂高度活躍和GWP值為1這兩個特性使得Novec612極有潛力作為鎂熔煉的保護(hù)氣替代方案。在許多鎂加工工廠仍保持將保護(hù)氣二氧化硫（SO2）當(dāng)作是SF6的有效的“繼任者”。它的GWP值以及在地球大氣中的停留時間為0。技術(shù)文件中指出，濃度為0.5%－1.5%的SO2與干燥空氣一起作為運載氣體，在熔池表面形成穩(wěn)定的保護(hù)層已經(jīng)足夠。氧化鎂和硫化鎂產(chǎn)生的保護(hù)層阻止了液態(tài)鎂與氧的接觸。直到最高熔化溫度740度SO2都可以穩(wěn)當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)熔融過程。缺點就是它的有毒性，會給鑄造工人帶來健康負(fù)擔(dān)。SO2會引起咳嗽，呼吸道發(fā)炎及惡心。除此之外還會對機(jī)器和設(shè)備造成腐蝕。為了讓鑄造工人在健康得到保護(hù)，規(guī)定最高工作間濃度（MAK）不允許超過2ppm SO2。同時還有一種流行的保護(hù)氣是四氯乙烯，也叫做R134a。它被許多鑄造間使用，大眾集團(tuán)也不例外。R134a是一種含氟氣體，它的保護(hù)效果基于氟化鎂（MgF2）的形成。為了保護(hù)熔池表面，使用0.2％－0.5%的濃度已經(jīng)足夠。同時氮氣作為運載氣體。與SO2相比，R134a沒有毒性，對鑄造工人造成的負(fù)擔(dān)極小。它的MAK值是1000ppm。從環(huán)境保護(hù)的角度來看，R134a的GWP值是1300，它是保護(hù)氣SF6(GWP=23900)極好的替代方案。在圖表1中總結(jié)了保護(hù)氣最重要的特點。目前，除了有毒的SO2，所有可供應(yīng)的保護(hù)氣都可以將形成MgF2作為保護(hù)機(jī)制投入使用。氮氣和人工合成空氣用作運載氣體。試驗期間，運載氣體的流量、Novec濃度以及成分都會發(fā)生變化。Novec濃度會在1000ppm至80ppm區(qū)間變化。此外，還要對不同的氣體處理設(shè)備進(jìn)行測試，以達(dá)到熔爐空間里氣體分布優(yōu)化的目的。這種情況下要獲得盡可能細(xì)致、均勻的氣體分布，通過使用特別的噴嘴實現(xiàn)，這直接影響到Novec612保護(hù)效應(yīng)，也達(dá)到了最好的結(jié)果。試驗表明了Novec612在鎂熔鑄保護(hù)的適用性。此外，Novec612批量使用的初始參數(shù)要查明并弄清?？梢詧孕诺慕Y(jié)論有：Novec612適合用于熔池表面的保護(hù)，在精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)下與合適的氣體處理設(shè)備一起為熔池表面提供保護(hù)。批量采用對于Novec612批量投入使用還需要對方案略作修改加工，氣體要通過特殊的噴嘴精細(xì)且均勻分布，這在實驗室試驗中已經(jīng)被證明有效。氣體處理輔具的加工制造使用結(jié)構(gòu)鋼作為材料。同時，傳統(tǒng)的氣體分配的鎂熔爐必需要進(jìn)行改造。進(jìn)行試驗所用的系列設(shè)備，由一個熔爐（容積大約為2500kg）的生鐵預(yù)熱裝置及壓鑄機(jī)構(gòu)成。熔液通過泵提取。保護(hù)氣由施韋特的一家氣體技術(shù)公司ASKI利用運載氣體混合制成（參看圖4）。Novec612的使用時間為8個星期。在耐久試驗的起動階段，增加Novec－濃度進(jìn)行煙熏。熔池表面清潔帶來了令人滿意的成果，其中發(fā)生的變化有，例如Novec－濃度減少，總體積流量減小以及運載氣體成分改變。良好的保護(hù)只需要15g/h Novec612，對應(yīng)的是氣體濃度為200ppm的保護(hù)氣氣流。需要注意的是：被保護(hù)的熔池表面面積約為1.65m2以及熔爐是通過簡單的滑槽來進(jìn)行填料的。熔池表面的幾乎所有裝置環(huán)節(jié)都是在十分潔凈的狀態(tài)下完成的，在熔損之前，清潔頂蓋也會在防護(hù)條件下被短暫打開（圖5）。機(jī)器的整個持續(xù)過程是無干擾運行的。這個時間區(qū)里產(chǎn)出的成果雖然不突出但品質(zhì)很好。試驗期間，大眾集團(tuán)出于對員工的健康保護(hù)，就機(jī)房環(huán)境中產(chǎn)生的氟氫酸分量作為證據(jù)進(jìn)行測量和檢驗。隨后發(fā)現(xiàn)，就連直接在頂蓋上測量的值都小于0.01mg/m3。氟化氫不能被證實。無論如何，大眾集團(tuán)無疑遵循了0.83mg/m3的極限值。Novec612還在泥漿研制方面有著積極的影響，因此燃燒量顯著減少了氣體處理系統(tǒng)應(yīng)該作為特質(zhì)鋼管系統(tǒng)設(shè)計施工用于其它用途。對比R134a的使用，Novec612的投入必須要有更高的總體積流量（運載氣體）才能有利保護(hù)鎂熔液。因此Novec612的氣體處理費用超過R134a的氣體處理費用。造成Novec612氣體處理費用較高的原因并不是它售價高昂（44.75歐元/kg），而是使用了數(shù)量巨大的運載氣體，這是為了達(dá)到有效保護(hù)所必需的。因此，與R134a－氣體處理相比，Novec612的費用超過其兩倍不止。在圖7可以看到Novec612基于試驗中確定的參數(shù)所需要的氣體處理費用，并且與R134a進(jìn)行對比。成效的討論以及前景使用環(huán)保保護(hù)氣Novec612的實際研究指出，它的保護(hù)機(jī)制與R134a是同類的。這兩種氣體的保護(hù)機(jī)制都是基于產(chǎn)生MgF2-階段。金屬碎屑層的研究，帶有0.35%氟的Novec612和0.15%氟的R134a。注意，使用Novec612進(jìn)行氣體處理，金屬碎屑層里的氟成分較高。Novec612作為一種有效的保護(hù)氣，歸因于它較高的含氟量和不耐熱性。由于這兩個性質(zhì)，Novec612在575度開始在副產(chǎn)品的解析下分離，例如CF4,C2F4,C3F6。當(dāng)然，氣體的不耐熱性在混合人工合成空氣和運載氣體時也有優(yōu)點。人工合成空氣里的氧作為氧化劑可以破壞強力的C-F鍵。然后氟分子就會被釋放，它們會與鎂及氧化鎂發(fā)生反應(yīng)，然后就會跟氧化鎂一起生成保護(hù)層。發(fā)生的反應(yīng)如下述：2CF4+O2→2 COF2+2F2要注意，混合氣必須要明確接觸到表面。在實施的試驗里，這一注意事項是通過細(xì)且均勻的氣體分布達(dá)到目的的。之后還有另外一個試驗使用了Novec612，氣體是通過位于熔爐里的傳統(tǒng)氣體處理裝置（七條輸入管路）分配的。與細(xì)致分布相比這種方法需要更高濃度的Novec。消極影響是很強的腐蝕疲勞。結(jié)論：不建議通過傳統(tǒng)的氣體處理設(shè)備在限制條件下分配氣體。熔液中Novec分子的高度活潑性使得人們十分關(guān)心機(jī)器故障時工作環(huán)境的安全問題。通過使用Novec612，廢氣流中含有的結(jié)合保護(hù)氣的氟原子大大減少了54%。這一認(rèn)知導(dǎo)致，鎂熔鑄工序中全球化的危險潛能能夠明顯減少?；瘜W(xué)性質(zhì)高度活潑的優(yōu)勢體現(xiàn)在泥漿形成這方面。圖1的示意圖可以當(dāng)作一種說明。正如圖中所示，表面形成的氧化物微粒下沉至坩鍋底部，隨之會淤積。這個原理由鎂和氧化鎂的密度之比支撐著。當(dāng)表面形成的氧化鎂顆粒超過了極限質(zhì)量，浮力不足以讓微粒保持在表面。使用Novec612進(jìn)行氣體處理的熔池表面明顯效果更好，出現(xiàn)的結(jié)果是，更少量的氧化物從熔池表面沉降到坩鍋底部（參見圖1）。實驗結(jié)果指出，鎂熔鑄使用Novec612進(jìn)行氣體處理將會在氧化之前被有效地保護(hù)著。保護(hù)機(jī)制與R134a相同，然而Novec612效率更高，歸因于它的不耐熱性。另外，保護(hù)效果通過添加氧氣得以促進(jìn)，人工合成空氣中已產(chǎn)生的C-F鍵經(jīng)過裂解變得松動。釋放的氟會與熔液反應(yīng)生成MgF2，單純從氣體處理費用評估是可取的，然而從經(jīng)濟(jì)的角度來看并不值得。還有另外一個改善氣體處理的方案，即考慮二次作用比如形成泥漿用于Novec612，從企業(yè)經(jīng)濟(jì)的觀點來看這也是第二種替代方案。無論如何，采用Novec612可以使鎂制品的CO2-平衡得到顯著的改善。Novec612除了擁有氣候保護(hù)相關(guān)的重要優(yōu)勢之外，氟濃度隨時間變化也在減少。使用Novec612要求，在每單位時間內(nèi)，熔池表面必需吸收的氟原子數(shù)目，要減少54%。因此在故障的情況下進(jìn)程中的潛在危險也明顯減少了。大眾集團(tuán)在之后的工作計劃中也遵循上述方法。在平行項目中，大眾發(fā)展了一個“熔爐計劃”用于鎂壓鑄，即使用減少面積的熔池也就是“按需熔鑄”技術(shù)。隨著這一舉措的進(jìn)行，鎂鑄造會持續(xù)改善進(jìn)程中的環(huán)境平衡。