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镁合金因其生产过程中的资源优势、使用过程中的轻量节能优势和废料的可再生特性而被誉为21世纪的“绿色工程材料”。本文以压铸镁合金中应用最广的AZ91D合金为对象,研究了一级废料的熔剂法再生工艺与熔体的净化机制。
研究并总结了再生镁合金中典型夹杂物的种类和形态特征,并应用界面张力理论和凝固原理分析了这些夹杂物的形成规律,为研究夹杂物去除确立了基础。根据金属的艾林罕姆图阐明了镁合金中夹杂物的行为与钢铁材料中夹杂物行为的不同之处。
研究了熔剂种类和工艺参数对再生镁合金质量的影响。对比了国内外两种典型熔剂RJ-2和Dow234应用于镁合金再生中的效果,发现RJ-2熔剂容易产生熔剂夹杂而影响了再生产品性能。研究了吹气精炼在夹杂物去除方面的作用。考察了精炼温度、静置时间等工艺参数对再生质量的影响。应用Stokes公式定量分析了镁合金熔体中夹杂物沉降的影响因素。
研究了镁合金再生过程中合金-熔剂-大气界面、合金熔体-夹杂物-熔剂界面、合金凝固过程中的固-液界面等几个相关界面的作用规律,论证了镁合金熔剂的作用机制,分析了再生镁合金组织的形成特征。XRD分析表明,MgCl2-KCl-BaCl2-CaF2系列熔剂在镁合金再生过程中的精炼机制以物理吸附为主。热分析实验表明,Dow234和RJ-2两熔剂熔点相同,但二者在混熔10wt%MgO后熔点的变化规律不同,前者具有较好的稳定性,此种特性使其在镁合金熔体中保持良好的精炼性能。
在工艺实验基础上,研制了一台适合于我国镁合金压铸企业进行废料厂内再生的设备。该设备通过动密封结构实现了镁合金精炼过程中的机械气体复合搅拌功能,并通过隔仓加料等方式提高再生质量、再生效率以及资源利用率。再生是镁合金产品生命周期的重要环节,根据全生命周期分析理论(LCA),研究了废料再生对镁合金材料开发和应用的重要影响。