鎂合金的冶煉和鑄造

1、鎂合金的冶煉鎂合金的冶煉目錄目錄 鎂合金應(yīng)用舉例 冶金基礎(chǔ)知識 鎂的冶煉 粗鎂精煉 鎂合金的鑄造鎂合金應(yīng)用舉例鎂合金應(yīng)用舉例 美國研制中的新式單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)(OICW) ,功能齊全,很多零件采用了鎂合金,重量僅8.172kg ,但軍方仍希望進(jìn)一步減重1. 8kg 以上。 美軍方計劃采購24萬枝新槍，單價為081萬美元。單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)(OICW)法國法國FA-MAS突擊步槍反坦克槍榴彈突擊步槍反坦克槍榴彈應(yīng)用了鎂合金應(yīng)用了鎂合金,全彈質(zhì)量僅全彈質(zhì)量僅800g美國空軍戰(zhàn)略轟炸機美國空軍戰(zhàn)略轟炸機B52 上個世紀(jì)50年代，鎂合金都一直用在飛機的主要結(jié)構(gòu)件上。龐然大物B52 則更是代表了當(dāng)時鎂

2、應(yīng)用的顛峰，B轟炸機的機身部分就使用了鎂合金板材635公斤，擠壓件90公斤，鑄件超過200公斤 .比使用鋁合金減重了約500公斤比使用鋼減重了2700公斤 日本利用鎂合金低質(zhì)量密度的特征，開發(fā)了旨在提高具有鎂合金機翼的超音速飛行器特性的結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計方法，并以鎂合金成功地制作出了重量僅為1kg 的超小型人造衛(wèi)星。日本利用鎂合金低質(zhì)量得到衛(wèi)星的高性能日本利用鎂合金低質(zhì)量得到衛(wèi)星的高性能M-60火箭滅火發(fā)射器火箭滅火發(fā)射器 重科院航研鎂與重慶盛鎂鎂業(yè)聯(lián)合研發(fā)的M-60,M-80火箭發(fā)射器通過了總裝多性能鑒定。比原發(fā)射器減重42%，穩(wěn)定性大幅提升，在戰(zhàn)斗狀態(tài)下士兵可多攜彈四枚。減震性能優(yōu)良鎂合金的阻

3、尼性比鋁合金大數(shù)十倍,減震效果很顯著,采用鎂合金取代鋁合金制作計算機硬盤的底座,可以大幅度減輕重量(約降低70%),大大增加硬盤的穩(wěn)定性,非常有利于計算機的硬盤向高速、大容量的方向發(fā)展。 電磁屏蔽計算機、手機等產(chǎn)品的外殼,以降低電磁波對人體輻射危害。 生物性能生物醫(yī)用材料具有很高的附加值，其每公斤達(dá)1200-150000美元，而建筑材料僅為0.1-1.2美元，宇航材料也僅100-1200美元。 冶金基礎(chǔ)知識冶金基礎(chǔ)知識冶金基礎(chǔ)知識冶金基礎(chǔ)知識 高爐冶煉特點高爐冶煉特點 高爐是連續(xù)的、大規(guī)高爐是連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程，模的高溫生產(chǎn)過程，機械化和自動化水平機械化和自動化水平較高。較高。 可以

4、數(shù)十年不停機?？梢詳?shù)十年不停機。為什么不用高爐冶煉鎂？ 鎂熔點650 C沸點1091 C 鐵熔點1538 C，沸點 2862 C鎂的沸點低，容易形成蒸汽，難于從爐底排出鎂熔體。能否通過降低爐內(nèi)溫度的方式，用高爐冶煉鎂？冶金基礎(chǔ)知識冶金基礎(chǔ)知識（高爐）Blast furnace為什么要吹氣？為什么要吹氣？1、加速炭的燃燒，提高爐內(nèi)溫度。2、產(chǎn)生CO氣體，促成（氣相+固相）還原反應(yīng)。3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO+ CO2 FeO+CO=Fe+CO2固態(tài)的C也可以直接對鐵礦石進(jìn)行還原，但是固相-固相之間的反應(yīng)，依靠原子擴(kuò)散來進(jìn)行，速度非常慢。如果要用高爐冶煉鎂

5、，在降低爐溫的同時。需要找到合適的還原性氣體。氧化物能否被還原，取決與各組元與氧的親和能力。親和能力越強的組元，可以爭取到更多的氧原子。3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO+ CO2 FeO+CO=Fe+CO2上面的反應(yīng)式中，CO的與氧的親和能力最強，可以還原Fe的氧化物。氧勢圖氧勢圖把上式的把上式的D DrG與溫度與溫度T T的二項式關(guān)系繪制成圖。該圖又稱為的二項式關(guān)系繪制成圖。該圖又稱為氧氧勢圖勢圖，或稱為，或稱為埃林漢姆圖埃林漢姆圖，或稱為，或稱為氧化物標(biāo)準(zhǔn)生成自由能與氧化物標(biāo)準(zhǔn)生成自由能與溫度的關(guān)系圖溫度的關(guān)系圖。yx22OMy2OMyx2為了直觀地分析

6、和考慮各種元素與氧的親和能力，了解不同為了直觀地分析和考慮各種元素與氧的親和能力，了解不同元素之間的氧化和還原關(guān)系，比較各種氧化物的穩(wěn)定順序，元素之間的氧化和還原關(guān)系，比較各種氧化物的穩(wěn)定順序，埃林漢曾將埃林漢曾將氧化物的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能數(shù)值折合成元素氧化物的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能數(shù)值折合成元素與與1mol1mol氧氣反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化氧氣反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化即，將反應(yīng)：即，將反應(yīng)：氧勢圖氧勢圖（Ellingham）的形成原理的形成原理氧勢圖DDDSTHGrrr（1 1）斜率是反應(yīng)的熵變）斜率是反應(yīng)的熵變的負(fù)值的負(fù)值（2 2）轉(zhuǎn)折點一定是在該）轉(zhuǎn)折點一定是在該溫度有反應(yīng)物或產(chǎn)物

7、的相溫度有反應(yīng)物或產(chǎn)物的相變變氧勢圖直線的位置的重要性直線的位置的重要性（1 1）位置越低，表明負(fù)值越大，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所生成的）位置越低，表明負(fù)值越大，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所生成的氧化物越穩(wěn)定，越難被其他元素還原。氧化物越穩(wěn)定，越難被其他元素還原。 2x2OOxMMDDyrxrGG（1 1）位置高）位置高（2 2）位置低）位置低2y2OOyNNx22yNM OyN OxM（3 3）03DDDxryrrGGG氧勢圖直線的位置的重要性直線的位置的重要性（2 2）在同一溫度下，若幾種元素同時與氧相遇，則位置低）在同一溫度下，若幾種元素同時與氧相遇，則位置低的元素最先氧化。如的元素最先氧化。如1673K167

8、3K時，元素時，元素SiSi、MnMn、CaCa、AlAl、MgMg同時與氧相遇時，最先氧化的是金屬同時與氧相遇時，最先氧化的是金屬Ca, Ca, 然后依次為然后依次為MgMg、AlAl、SiSi、MnMn。（3 3）位置低的元素在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可以將位置高的氧化物還）位置低的元素在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可以將位置高的氧化物還原。如原。如16001600時，時，MgMg可以還原可以還原SiOSiO2 2得到液態(tài)硅。得到液態(tài)硅。此原理是金屬熱還原的理論基礎(chǔ)此原理是金屬熱還原的理論基礎(chǔ)注意：先氧化是指同樣條件，氧化所需的最低氧分壓低注意：先氧化是指同樣條件，氧化所需的最低氧分壓低氧勢圖COMg1800在在COCO

9、線以上的區(qū)域線以上的區(qū)域，如元素如元素FeFe、W W、P P、MoMo、SnSn、NiNi、CoCo、AsAs及及CuCu等的氧化物等的氧化物均可以在固態(tài)的時均可以在固態(tài)的時候被候被C C還原還原. . 鎂熔點650 C沸點1091 C氧勢圖氧勢圖應(yīng)用舉例氧勢圖應(yīng)用舉例 氧勢圖用于判斷氧的走向 除了氧勢圖，實際生產(chǎn)中還有碳、硫、氯、磷勢圖鎂的冶煉鎂的冶煉水氯鎂石水氯鎂石 MgClMgCl2 2H H2 2O O 水氯鎂石（水氯鎂石（Bischofite）是六水氯化鎂（）是六水氯化鎂（Magnesium Chloride Hexahydrate）的俗稱，工業(yè)上也叫鹵塊。其廣泛分布于海水、鹽）的

10、俗稱，工業(yè)上也叫鹵塊。其廣泛分布于海水、鹽湖鹵水及井礦鹽鹵水中。湖鹵水及井礦鹽鹵水中。 熔鹽熔鹽電解法電解法 熔鹽電解法熔鹽電解法 1830年英國科學(xué)家年英國科學(xué)家M.法拉第首先用熔鹽氯化法制得了純法拉第首先用熔鹽氯化法制得了純鎂；鎂；1852年年P(guān).本生在實驗室范圍內(nèi)對此法進(jìn)行了詳細(xì)的研本生在實驗室范圍內(nèi)對此法進(jìn)行了詳細(xì)的研究；到究；到1886年在德國開始了鎂德工業(yè)生產(chǎn)；年在德國開始了鎂德工業(yè)生產(chǎn)；1909年開始，年開始，電解氯化鎂成為了工業(yè)生產(chǎn)鎂的第一大方法。電解氯化鎂成為了工業(yè)生產(chǎn)鎂的第一大方法。 水是有害雜質(zhì)，它在電解過程中產(chǎn)生下列反應(yīng) Mg+H2O=MgO+H2 MgCl2+H2O=

11、Mg(OH)Cl+HCl Mg(OH)Cl=MgO+HCl MgCl2 +H2O+C=MgO+H2+Cl2熔鹽熔鹽電解法電解法 無水氯化鎂制備無水氯化鎂制備 氯化鎂水合物脫水過程及關(guān)鍵技術(shù)難點氯化鎂水合物脫水過程及關(guān)鍵技術(shù)難點 熔鹽熔鹽電解法電解法 無水氯化鎂制備無水氯化鎂制備 脫水過程中也會發(fā)生如下的副反應(yīng)：脫水過程中也會發(fā)生如下的副反應(yīng)：從上面反應(yīng)式可知，水合氯化鎂從六水合物到二水從上面反應(yīng)式可知，水合氯化鎂從六水合物到二水合物的脫水較容易，而它的低水合物合物的脫水較容易，而它的低水合物( (二水和一水合二水和一水合物物) )會產(chǎn)生副反應(yīng)，同時脫水所生成的氯化鎂還要發(fā)會產(chǎn)生副反應(yīng)，同時脫水

12、所生成的氯化鎂還要發(fā)生水解。生水解。怎樣脫水？怎樣脫水？熔鹽熔鹽電解法電解法 氯化鎂水合物的脫水方法簡介氯化鎂水合物的脫水方法簡介氯化氫保護(hù)氣氛下脫水氯化氫保護(hù)氣氛下脫水 氯化氫保護(hù)氣氛下脫水基于以下兩個反應(yīng)氯化氫保護(hù)氣氛下脫水基于以下兩個反應(yīng) :2 +2O = +及及2 +2O = +2在一定溫度下反應(yīng)體系內(nèi)維持適當(dāng)?shù)穆然瘹錆舛染湍鼙苊饴仍谝欢囟认路磻?yīng)體系內(nèi)維持適當(dāng)?shù)穆然瘹錆舛染湍鼙苊饴然V水解或使水解降至最低程度?；V水解或使水解降至最低程度。熔鹽熔鹽電解法電解法 熱還原熱還原法法 按按還原劑種類還原劑種類 金屬熱還原法金屬熱還原法 mMgO+nMe=mMg+MenOm 炭熱還原法炭熱還

13、原法 MgO+C=Mg+CO ；炭化物熱還原法炭化物熱還原法 MgO+CaC2=Mg+CaO+2C 金屬熱還原法金屬熱還原法是指用是指用硅、硅硅、硅-鐵、鋁、鋁鐵、鋁、鋁-硅硅-鐵、鈣、硅鐵、鈣、硅-鈣等作鈣等作為還原劑為還原劑 。 炭熱還原法是指用木炭、煤、焦碳、石墨粉等炭質(zhì)材料炭熱還原法是指用木炭、煤、焦碳、石墨粉等炭質(zhì)材料作為還作為還原劑原劑 。 炭化物熱還原法指的是用炭化鈣（炭化物熱還原法指的是用炭化鈣（CaC2）之類的炭化物作為還）之類的炭化物作為還原劑原劑 。 其特點是：其特點是：可直接采用天然礦物原料可直接采用天然礦物原料，如白云石、菱，如白云石、菱鎂礦、蛇紋石等；鎂礦、蛇紋石等

14、；加熱時不一定用電加熱時不一定用電，熱源可由煤、，熱源可由煤、煤氣、天然氣、石油、液化氣、重油等提供；工藝煤氣、天然氣、石油、液化氣、重油等提供；工藝過過程簡單程簡單；基建；基建投資少投資少；建廠快建廠快；生產(chǎn)過程不產(chǎn)生有害；生產(chǎn)過程不產(chǎn)生有害氣體；還原殘渣可作水泥原料、肥料或鑄型硬化劑；氣體；還原殘渣可作水泥原料、肥料或鑄型硬化劑；間接加熱的橫罐真空還原爐所得鎂純度高等。間接加熱的橫罐真空還原爐所得鎂純度高等。缺點是：設(shè)備產(chǎn)能低；機械化程度差；半連續(xù)法所得缺點是：設(shè)備產(chǎn)能低；機械化程度差；半連續(xù)法所得鎂含硅量高；目前所用還原劑較貴。鎂含硅量高；目前所用還原劑較貴。 熱還原熱還原法法 熱還原熱

15、還原法法 硅熱還原法煉鎂的原理硅熱還原法煉鎂的原理 硅鐵合金硅鐵合金(含含75%Si）在高溫和減壓下還）在高溫和減壓下還原白云石中的原白云石中的MgO，得到純鎂和二鈣硅，得到純鎂和二鈣硅酸鹽渣的反應(yīng)是：酸鹽渣的反應(yīng)是： 2(CaOMgO)(固）固） + Si(Si Fe)(固）固） = 2Mg(氣）氣） + 2 CaOSiO2(固）固） 氧勢圖熱還原熱還原法法 2MgO + Si = 2Mg（蒸汽）蒸汽） + SiO2 2375, D DG0 = 0 這時候可能用這時候可能用Si還原還原MgO。 此反應(yīng)為動態(tài)平衡，抽真空或者對此反應(yīng)為動態(tài)平衡，抽真空或者對SiO2進(jìn)行造渣，可加速反應(yīng)過程。進(jìn)行

16、造渣，可加速反應(yīng)過程。熱還原熱還原法法 當(dāng)還原后的當(dāng)還原后的SiO2與與MgO造渣生成造渣生成2 MgO SiO2渣時，還原溫度降至渣時，還原溫度降至2060 ，如果爐料中有如果爐料中有CaO存在，能造成存在，能造成2 CaO SiO2渣，還原溫度降至渣，還原溫度降至1750 。熱還原熱還原法法 用硅還原氧化鎂（白云石）的平均溫度用硅還原氧化鎂（白云石）的平均溫度隨壓力的減小而降低。隨壓力的減小而降低。 剩余壓力剩余壓力/Pa 平衡溫度平衡溫度/ 101308 2375 1333 1700 133.3 1430 13.3 1235 鎂的熱法實際上是真空還原法鎂的熱法實際上是真空還原法, 采取溫

17、度采取溫度1100 1250和真空度和真空度13.3133.3Pa，可順利還原出鎂。可順利還原出鎂。 熱還原熱還原法法 皮江法（皮江法（1940年）年） 1941年加拿大科學(xué)家皮江(L. M. Pidgeon)教授發(fā)明了一種硅熱還原煉鎂工藝，稱為Pidgeon工藝。該工藝將煅燒后的白云石和硅鐵按一定配比磨成細(xì)粉，壓成團(tuán)塊，裝在由耐熱合金制成的蒸餾器內(nèi)，在14231473K及13Pa條件下還原得到鎂蒸氣，冷凝結(jié)晶成固態(tài)鎂，再熔成鎂錠。 該工藝投資少，產(chǎn)品質(zhì)量高，但不能連續(xù)生產(chǎn)。熱還原熱還原法法 皮江法（皮江法（1940年）年） 蒸餾罐用無縫鋼管制成蒸餾罐用無縫鋼管制成, 臥式臥式.操作溫度操作溫

18、度1200 , 外部加熱外部加熱. 罐長罐長3米米, 內(nèi)徑內(nèi)徑28厘米厘米,裝料裝料160kg。 熱還原熱還原法法 皮江法（皮江法（1940年）年） 真空度真空度13.3133.3Pa， 溫度溫度1200 ， 時間時間9h。 電解法和皮江法對比電解法和皮江法對比 1、電解法與皮江法在一次能源消耗和礦石資源消耗上基本相當(dāng)2、由于有副產(chǎn)品氯氣的銷售收入,電解法的生產(chǎn)成本低于皮江法3、在鎂電解生產(chǎn)中, 噸鎂將產(chǎn)生副產(chǎn)品氯氣2.8 2.9 噸 , 而氯氣屬有毒的高危產(chǎn)品, 不宜大量貯存和運輸, 因此, 必須在電解鎂裝置附近配套建設(shè)能消耗這些氯氣的一系列化工裝置, 配套這些化工裝置的投資一般是鎂冶煉部分

19、的8 10 倍, 整個項目是一個龐大的產(chǎn)業(yè)集群, 投資巨大。電解法和皮江法對比電解法和皮江法對比 4、皮江法工藝簡單, 所需資源分布廣, 只要在煤炭資源豐富的地方均可建設(shè), 在生產(chǎn)中皮江法煉鎂所提供的就業(yè)崗位相對較多, 有較好的社會效益。皮江法煉鎂與焦化產(chǎn)業(yè)組合形成產(chǎn)業(yè)鏈, 利用煉焦產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣作為皮江法煉鎂的燃料, 可充分利用能量資源, 降低生產(chǎn)成本, 使皮江法更具競爭力。皮江法中的細(xì)節(jié)問題皮江法中的細(xì)節(jié)問題皮江法中的細(xì)節(jié)問題皮江法中的細(xì)節(jié)問題-煅燒白云石煅燒白云石煅燒不完全，會殘留CaCO3。殘留的碳酸鈣在鎂冶金過程中產(chǎn)生CO2，CO2與鎂蒸汽發(fā)生反應(yīng)，影響鎂的產(chǎn)量。煅燒過度，MgO和C

20、aO的結(jié)晶變得粗大，影響固相-固相反應(yīng)的進(jìn)行。 2(CaOMgO)(固）固） + Si(Si Fe)(固）固） = 2Mg(氣）氣） + 2 CaOSiO2(固）固） 皮江法中的細(xì)節(jié)問題皮江法中的細(xì)節(jié)問題-物料粒度及制團(tuán)物料粒度及制團(tuán)皮江法中的細(xì)節(jié)問題皮江法中的細(xì)節(jié)問題-溫度和壓力控制溫度和壓力控制結(jié)晶器內(nèi)溫度過高：鎂蒸汽冷凝效果不好溫度過低：鎂蒸汽來不及擴(kuò)散到結(jié)晶器內(nèi)壁，而在空間就冷凝下來，形成鎂粉。鎂粉在出爐和后續(xù)精煉過程中，極易被氧化。粗鎂精煉粗鎂中的雜質(zhì)粗鎂中的雜質(zhì)粗鎂中雜質(zhì)粗鎂中雜質(zhì)金屬雜質(zhì)和非金屬雜質(zhì)金屬雜質(zhì)和非金屬雜質(zhì) 非金屬雜質(zhì)：非金屬雜質(zhì)：Mg0Mg0、Ca0Ca0、Fe20

21、3Fe203、A1203A1203、Si02Si02、CaF2CaF2，來源：原料。有的是初期抽真空帶入，也有的是后期破真來源：原料。有的是初期抽真空帶入，也有的是后期破真空的結(jié)晶鎂表面氧化燒損后的氧化物?？盏慕Y(jié)晶鎂表面氧化燒損后的氧化物。 非金屬雜質(zhì)：非金屬雜質(zhì)： NaNa、K K、FeFe、ZnZn、MnMn、SiSi、NiNi等，這等，這些金屬蒸氣是部分氧化物被些金屬蒸氣是部分氧化物被SiSi還原所產(chǎn)生的。還原所產(chǎn)生的。 粗鎂精煉粗鎂精煉結(jié)晶鎂精煉的操作結(jié)晶鎂精煉的操作(1)在坩堝中加入粗鎂重量的在坩堝中加入粗鎂重量的15 熔煉熔劑熔煉熔劑(熔劑總量為熔劑總量為) ;(2) 裝入結(jié)晶鎂，

22、在裝入結(jié)晶鎂，在750溫度下加熱熔化，慢慢加入結(jié)晶溫度下加熱熔化，慢慢加入結(jié)晶鎂及熔煉熔劑鎂及熔煉熔劑;(3)使鎂液溫度保持在使鎂液溫度保持在710 ,邊攪拌邊加入精煉熔劑；邊攪拌邊加入精煉熔劑；(4)升至升至740 (或或720)，并靜置，并靜置510分鐘分鐘;(5)降溫至降溫至710 ，開始鑄造。，開始鑄造。粗鎂精煉結(jié)晶鎂精煉對熔劑的要求結(jié)晶鎂精煉對熔劑的要求 (1)(1)無劇毒、無強腐蝕性無劇毒、無強腐蝕性(2)(2) 能和鎂中雜質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)并生成鎂不能和鎂中雜質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)并生成鎂不溶性渣。溶性渣。(3)(3)應(yīng)比鎂具有更低的熔點。應(yīng)比鎂具有更低的熔點。(4)(4)在熔融

23、狀態(tài)下，熔鹽密度應(yīng)比鎂大，并有適當(dāng)在熔融狀態(tài)下，熔鹽密度應(yīng)比鎂大，并有適當(dāng)?shù)拿芏炔?，熔鹽和鎂液能很好地分層。的密度差，熔鹽和鎂液能很好地分層。粗鎂精煉(5)(5) 熔劑熔體在整個精煉過程中和鎂液有適當(dāng)?shù)娜蹌┤垠w在整個精煉過程中和鎂液有適當(dāng)?shù)臐櫇裥浴Ｔ谌蹮掚A段，需要充分潤濕，較好地保潤濕性。在熔煉階段，需要充分潤濕，較好地保護(hù)鎂不被燃燒或氧化；在精煉靜置階段，不潤濕，護(hù)鎂不被燃燒或氧化；在精煉靜置階段，不潤濕，使鎂更好地熔合并和熔劑分離。使鎂更好地熔合并和熔劑分離。(6)(6)熔劑中陽離子應(yīng)不與熔融金屬鎂發(fā)生置換反熔劑中陽離子應(yīng)不與熔融金屬鎂發(fā)生置換反應(yīng)，以免被二次污染。（應(yīng)，以免被二次污染。（

24、堿金屬或堿土金屬鹵化堿金屬或堿土金屬鹵化物物。常用的氯化物和氟化物有。常用的氯化物和氟化物有MgCl2 ，KCl, BaCl2、CaCl2、NaCl、NaF、KF、MgF2和和CaF2等等）粗鎂精煉能同時滿足以上6條要求的溶劑極少。實際生產(chǎn)中的溶劑，通常為多種物質(zhì)的混合物。粗鎂精煉粗鎂除雜的機理粗鎂除雜的機理非金屬雜質(zhì)的除去非金屬雜質(zhì)的除去 (1) 部分氧化物部分氧化物(MgO和和CaO)能和能和MgCl2形成穩(wěn)定或不穩(wěn)形成穩(wěn)定或不穩(wěn)定的配合物。定的配合物。 MgO(CaO)十十MgCl2 4MgO(CaO)MgCl2 5MgO十十MgCl2 5MgOMgCl2 (2)部分氧化物能融入熔劑，都

25、能使熔鹽的密度增大而下部分氧化物能融入熔劑，都能使熔鹽的密度增大而下沉。沉。 粗鎂精煉粗鎂除雜的機理粗鎂除雜的機理金屬雜質(zhì)的除去金屬雜質(zhì)的除去 金屬雜質(zhì)金屬雜質(zhì)K、Na一般都能在熔體中發(fā)生下列的置換反應(yīng)一般都能在熔體中發(fā)生下列的置換反應(yīng)而被去除。而被去除。2K(Na)十十MgCl2 2KCl(NaCl)十十Mg 其他金屬一般都不和熔鹽發(fā)生反應(yīng)，其他金屬一般都不和熔鹽發(fā)生反應(yīng)，Zn、A1、Cu、Fe、Ni、Mn原則上通過熔劑精煉是不能除去的。微量原則上通過熔劑精煉是不能除去的。微量Mn對鎂對鎂的各種用途性質(zhì)的不良影響很小，因而精煉時可不考慮除的各種用途性質(zhì)的不良影響很小，因而精煉時可不考慮除錳。

26、雜質(zhì)錳。雜質(zhì)Fe是最有害的元素，在精煉時必須向熔劑中摻入是最有害的元素，在精煉時必須向熔劑中摻入添加劑除鐵。添加劑的種類有海綿鈦，四氯化鈦等。添加劑除鐵。添加劑的種類有海綿鈦，四氯化鈦等。海綿鈦除鐵的機理及過程海綿鈦除鐵的機理及過程 海綿鈦除鐵的反應(yīng)為：海綿鈦除鐵的反應(yīng)為：Ti十十(Mg十十x)Mg十十(Ti十十x) 式中式中x代表雜質(zhì)金屬鐵與其他金屬雜質(zhì)。代表雜質(zhì)金屬鐵與其他金屬雜質(zhì)。 用四氯化鈦用四氯化鈦(TiCl4)精煉除鐵機理基本與用海綿鈦除精煉除鐵機理基本與用海綿鈦除Fe相同，不過首先是發(fā)生如下反應(yīng)：相同，不過首先是發(fā)生如下反應(yīng)： 2Mg十十TiCl4 2MgCl2十十Ti 所生成的

27、所生成的Ti再吸附粗鎂中的雜質(zhì)。再吸附粗鎂中的雜質(zhì)。 用用TiCl4除鐵，其所用的設(shè)備比海綿鈦除鐵復(fù)雜。除鐵，其所用的設(shè)備比海綿鈦除鐵復(fù)雜。鎂合金的鑄造1、超聲波作用下的鑄造2、鑄造過程中的遺傳性3、添加合金元素的問題晶核形成晶核形成(nucleus formation )結(jié)晶晶核長大晶核長大(nucleus growth)鎂合金的鑄造鎂合金的鑄造液體金屬結(jié)構(gòu)液體金屬結(jié)構(gòu)原子局域團(tuán)聚，形成小的團(tuán)簇原子局域團(tuán)聚，形成小的團(tuán)簇cluster鎂合金的鑄造 結(jié)構(gòu)起伏結(jié)構(gòu)起伏（Structural undulation）：液態(tài)金屬中存在著：液態(tài)金屬中存在著原原子排列規(guī)則（有序）的小區(qū)域（原子集團(tuán)）子排列

28、規(guī)則（有序）的小區(qū)域（原子集團(tuán)），但是不穩(wěn)定，但是不穩(wěn)定，存在原子重新聚集存在原子重新聚集clusteringclustering，此起彼伏。，此起彼伏。 能量起伏能量起伏（Energy undulation）：造成結(jié)構(gòu)起伏的原因是：造成結(jié)構(gòu)起伏的原因是液態(tài)金屬中液態(tài)金屬中存在著能量起伏存在著能量起伏，能量低的地方形成，能量低的地方形成clustercluster，遇，遇到到能量高峰能量高峰又散開成無序狀態(tài)。又散開成無序狀態(tài)。 結(jié)構(gòu)起伏結(jié)構(gòu)起伏與與能量起伏能量起伏是對應(yīng)的是對應(yīng)的。鎂合金的鑄造晶核的形成方式均勻形核 (自發(fā)形核)非均勻形核(非自發(fā)形核)均勻形核 是指新相晶核在母相中均勻地生成，

29、即晶核由液相中的一些cluster直接形成，不受雜質(zhì)粒子或外表面的影響。非均勻形核是指新相優(yōu)先在母相中存在的異質(zhì)處形核，即依附于液相中的雜質(zhì)或外來表面形核，也稱異質(zhì)形核。鎂合金的鑄造T0T1T液體和晶體自由能隨溫度變化液體和晶體自由能隨溫度變化自由能自由能G： G=H-TSH是焓，是焓，S為熵，為熵，T為絕對溫度為絕對溫度SLSS液相自由能曲線斜率大液相自由能曲線斜率大熔化后熔化后 GLGS鎂合金的鑄造晶胚與液相之間增加的新界面會造成晶胚與液相之間增加的新界面會造成自由能（表面能）自由能（表面能）增大增大相變的阻力相變的阻力。轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的晶胚體積能引起轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的晶胚體積能引起自由能下降，自由能下降，相變的驅(qū)動力相變的驅(qū)動力；鎂合金的鑄造自由能變化與晶胚（核）半徑的自由能變化與晶胚（核）半徑的關(guān)系關(guān)系r*晶胚晶胚晶核晶核1、超聲波作用下的鑄造A、原理、原理氣泡原子振動膨脹區(qū)原子間距增加如果振動突破閥值，產(chǎn)生氣泡氣泡長大，相當(dāng)于對外做功局部區(qū)域溫度降低產(chǎn)生過冷，成為形核點同時，超聲波促使液體