游国强[1]2003年在《镁合金保护气体在线发生技术及设备的研究开发》文中指出镁合金作为现有的最轻的商用金属结构材料，具有比重轻、高比强度、高比刚度，减振吸噪能力强，以及良好的电磁屏蔽能力和铸造性能和易于再生利用等一系列独特的优点，被誉为“21世纪的绿色结构材料”，在国防军工、航空航天、交通工具、3C产品及手动工具等领域有着极为广阔的应用前景。但是在镁合金的规模生产和应用中存在着一些技术瓶颈，制约着镁合金事业的发展。其中，镁合金的易于高温氧化燃烧就是制约其生产应用的首要的瓶颈，由此，镁合金高温下的阻燃保护技术也就成为了关键技术之一。但是我国没有这方面的深入研究和应用的技术及装备，成熟技术被国外公司所垄断，对我国的镁合金事业发展极为不利。本文就是在这样的背景下，在现有技术基础上，研究和开发新型的"镁合金保护气体在线发生"技术及装备，旨在替代现有的以SF6为主的保护技术，并力求达到工业应用的标准。本文从镁及其氧化物的特征入手，较深入地研究了镁及其合金氧化燃烧机理和影响因素，为后面的研究打下理论基础；然后，本文详尽地阐述了“保护气体在线发生”的先进理念和技术细节，并在此基础上，对保护气体在线发生器的研制开发过程以及发生器的整体系统结构进行了介绍，其中包括环境参数对在线发生保护气体反应速率及稳定性的影响及调控机制，在线发生的保护气体成分调控及优化，混合气体在线发生器工作运行的可靠性研究叁个方面；最后用混合气体在线发生器进行混合气体与镁合金熔体的交互作用及保护效果研究。通过以上的研究，本文的结论是：镁合金保护气体“在线发生”的思想理念从理论和技术上是完全可行的，实验室检测和工业试用结果表明，在此基础上开发的镁合金保护气体在线发生技术和设备能够在高温下镁合金提供持续稳定的阻燃保护，可以替代现有的以SF6和SO2为主要成分的气体保护技术，与现有技术相比，在成本、烧损率、保护持久性等方面具有明显优势。
查吉利[2]2005年在《镁合金气体保护熔化浇注及安全技术研究》文中认为镁合金作为现在最轻的商用金属结构材料,具有比重轻、高比强度、高比刚度,减振吸噪能力强、良好的电磁屏蔽能力和铸造性能等一系列独特的优点。随着我国汽车、摩托车及信息通讯、航空航天、手动工具等产业的迅速发展,镁合金的生产应用越来越受到人们的重视。由于95%左右的镁合金是以压铸件的形式进入应用领域的,由高性能压铸机和镁合金连续熔化浇注炉组成的镁合金压铸单元也随着镁合金应用的日益增长而享有日益增长的市场需求。由于镁合金易于氧化燃烧的化学特性,镁合金气体保护熔化浇注技术是镁合金生产应用的关键技术之一,镁合金气体保护熔化浇注系统也成为镁合金压铸生产的关键装备。目前,我国没有很好掌握相关技术及具备熔炉的生产能力,压铸镁合金单元所需熔炉主要依赖进口。本文以形成拥有自主知识产权的镁合金熔化浇注技术为目标,系统研究气体保护压铸镁合金熔化浇注技术,为国产镁合金熔炉设计和生产奠定理论基础。本文在深入研究了镁合金氧化燃烧机理和炉子的热平衡理论的基础上,系统建立了包括熔体气体保护、熔化及熔体温度监控、熔体定位定量浇注、镁合金锭料预热、镁合金熔体质量控制和安全保障等单元技术理论,为新型气体保护压铸镁合金熔化浇注炉的研究和开发奠定了技术基础。根据以上的研究结果,重庆硕龙科技有限公司生产了HS 系列气体保护压铸镁合金连续熔化浇注炉,部分满足了我国镁合金压铸生产对镁合金熔化浇注炉的需求。用户使用结果表明:开发的镁合金熔化浇注装备能够为压铸生产连续提供冶金质量满足要求的镁合金熔体,与进口熔炉相比,在性能和可靠性相当的前提下,具有明显的性价比优势。
游国强[3]2007年在《新型镁熔体气体保护技术基础研究》文中研究表明目前,镁合金熔体的高温阻燃保护介质主要是由反应性气体SF6和载流气体N2混合而成的保护气体。本文在深入分析镁熔体氧化燃烧与阻燃机制的基础上,围绕现有气体保护成本高和SF6污染环境的问题展开低成本载流气体技术和SF6替代气体基础研究。从阻燃保护原理和保障熔体冶金质量的角度出发,本文在HFCs类气体中优选HFC-125作替代SF6的重点研究对象;针对外购瓶装N2作为载流气体导致的高成本问题,提出了将空气中的O2转化为CO2、从而获得N2+CO2廉价载流气体的“在线发生”技术线路。本文在上述两个方面,重点进行了以下理论和技术基础研究:1)用HFC-125+N2对镁熔体进行的阻燃保护实验以及与SF6+N2和HFC-152a+N2的熔体保护实验对比,发现:第一、在每个实验温度,对于不同的载流气体流量,总存在一个最低HFC-125浓度,当大于此浓度时镁熔体不会燃烧,这个最低浓度值随载流气体流量增大而降低,随温度升高而增大。第二、HFC-125+N2气氛可持续为镁熔体提供有效阻燃保护,并且熔体表面搅动不会对保护效果产生实质影响。第叁、以N2为载流气体时,HFC-125能为镁熔体提供有效阻燃保护所需的最低浓度和体积流量与SF6相近,但强于HFC-152a。因此,可以用HFC-125替代SF6。2)对HFC-125气氛下不同存在时间的表面膜形态观察、化学成分检测和膜厚度估测表明:第一、HFC-125与镁熔体反应生成由MgF2、无定型C和MgO组成、连续致密的复合表面膜,并阐明了保护气体与熔体的交互作用和成膜阻燃机理。第二、在HFC-125+N2气氛下,MgF2相在膜/气体界面上的生长是表面膜主要生长机制,MgF2相含量增加导致膜不断生长变厚,厚度与成膜时间呈近似对数关系: H= 0.3239Ln(t) + 1.2314 (1)式中:H―膜厚度[mm],t―时间[min]。第叁、发现了在HFC -125+N2保护气氛下,镁熔池表面膜在增厚的过程中会产生小尺度微裂纹,但随即在暴露镁熔体表面形成的保护膜有效抑制了镁熔体的燃烧的现象,维持了气氛的阻燃效果;并阐述了其机理。3)提出了载流气体“在线发生”的技术线路,并对载流气体“在线发生”涉及的微小、非高速“空气-炭粉”两相流燃烧系统进行了数值模拟和实验验证,取得以下成果:第一、确定了在线发生系统的“空气过剩系数”、“颗粒大小”、“反应器直径”、“反应区高度”等主要工艺参数对“炭粉-空气”两相流燃烧产物气体的CO2浓度有下述影响规律:对产物气体中CO2浓度的影响程度:空气过剩系数>颗粒大小>反应器直径>反应器高度,其中,空气过剩系数的影响规律可表示为:ξ=-18.25α+39.414 (2)式中:ξ―产物气体中CO2浓度[vol.%],α―空气过剩系数对炭粉燃烬程度的影响程度:反应器高度>反应器直径>空气过剩系数>颗粒大小,其中,反应器高度的影响规律可表示为:θ=10-6y2-0.0022y+1.1995 (3)式中:θ―为残留碳浓度[kg/m3],y―反应器高度[mm]第二、在线发生系统工艺参数最优化值:炭粒大小100～250um、反应器高度1000mm、反应器直径200mm、空气过剩系数1.05。4)用“在线发生”的载流气体+HFC-125与瓶装N2+HFC-125进行对比实验和检测结果表明:第一、“在线发生”载流气体+HFC-125的混合气体可为镁熔体提供有效的和持续的阻燃保护,其阻燃保护能力比瓶装N2+HFC-125气体稍强;证实了载流气体“在线发生”技术线路的可行性和优越性。第二、用在线发生载流气体能镁熔体提供更佳阻燃保护的机理是:在线发生载流气体中含有大量CO2和微量SO2,强化了HFC-125的阻燃效果.第叁、“在线发生”载流气体+HFC-125的气氛下,表面膜厚度与存在时间之间呈近对数关系(如下式),与N2+HFC-125气氛下的膜相似。H= 0.3375Ln(t) + 0.6831 (4)式中:H―膜厚度[mm],t―时间[min]上述研究工作的成果为环境友好、低成本的镁熔体气体保护技术开发奠定了理论基础和提供了技术原型。
游国强, 龙思远, 查吉利[4]2004年在《镁合金保护气体在线发生技术的研究》文中研究指明对镁的高温氧化机理和现有的镁合金阻燃保护方法进行了简述 ,介绍了镁合金保护气体在线技术的原理和技术。把S ,C连续定量地加入到保持在设定工作温度的反应器中与洁净压缩空气反应 ,生成SO2 保护气体和CO2 辅助保护气体 ,并可对SO2 和CO2 进行浓度控制和调节。试验表明 ,镁合金液在线保护其烧损率小于SO2 和FS6 保护 ,仅为 3 .89% ,其保护效果稳定可靠。S ,C固体价廉易得 ,因此在线保护经济上很有优势
龙思远, 潘月宏, 游国强[5]2006年在《我国镁合金熔铸装备的发展现状》文中认为在镁合金铸造工艺特性的基础上,介绍了我国镁合金熔铸技术与装备生产研发现状和最新进展。
王冲[6]2008年在《绿色材料镁合金的生命周期评价》文中指出本文遵循生命周期评价(LCA)的原则和框架,研究了绿色汽车材料镁合金的生命周期评价。以汽车零部件为代表进行了初步分析,将从矿石开采、生产、使用、废弃到再生过程中的制造技术和生命周期环境影响、能耗分析、经济成本结合起来进行评价,把资源综合利用和工业领域生态修复与生态重建纳入LCA理论框架体系,提出了相关的评价指标体系。形成绿色材料—绿色加工—绿色回收的良性循环,从而建立起节能、环保、高效的镁合金生产体系,实现经济效益和环境效益的良好结合。在现有基础上,今后将进一步开发镁合金生产、回收再生技术及相关装备,开发新型轻质高强镁合金材料,推动我国镁合金产业化进程。
徐广存[7]2008年在《镁合金熔炼保护用膜分离制氮系统的研究开发》文中研究指明镁合金作为最轻的商用金属结构材料,具有比重轻、高比强度、高比刚度、减震吸噪能力强、良好的电磁屏蔽能力和铸造成形性能等一系列独特的优点,在汽车、摩托车、信息通讯、航天航空和手动工具上获得愈来愈广泛的应用。但是,镁合金在熔炼生产过程中极易氧化燃烧,需要通入保护气体。SF6混合气体保护是目前国内外最常用的、保护效果最好的方法。但SF6必须要CO2、N2或干燥空气等作为载流气体稀释到一定浓度后才能使用。其中N2是最常用且廉价的载流气体,传统镁合金气体保护技术以外购瓶装气体为主,存在运输、存储、生产调度等诸多问题。因此,要达到降低生产成本,提高生产效率的目的,开发方便快捷的在线制氮设备势在必行。面对深冷法和变压吸附制氮法制氮的购置和成本较高的问题,本研究重点针对目前的膜分离制氮法没有充分考虑镁合金生产的特殊性的问题,开发适合镁合金压铸生产的制氮技术。作为重庆硕龙科技有限公司的“镁合金气体保护装置”委托开发任务的一部分,本文作者在已掌握的镁合金阻燃和膜分离技术的基础上,负责以平板电脑为主控单元和人机界面、以力控组态软件为开发平台的镁合金熔炼用膜分离制氮系统的设计与开发。丰富的监控画面,形象地显示出系统的各个参数和工作状态,极大地简化了操作的复杂程度,降低了设备的故障率,提高了产氮效率以及系统的准确性、灵活性。本文在完成系统硬件资源配置、软件设计和人机界面开发的同时,重点研究了温度、流量、压力等参数对氮气纯度的影响。通过大量的实验,最终得出了本系统最优的参数设置。
曹凤红, 龙思远, 徐广存[8]2007年在《在线膜分离制取氮气在镁合金保护气体中应用的可行性研究》文中进行了进一步梳理对镁合金熔炼熔铸特性和现有的镁合金气体保护机理及现有的镁合金气体保护载流气体的概况进行了简述。介绍了国内外制取氮气的几种方法和膜分离制取氮气的原理及技术。介绍了结合现代膜分离及自动控制技术,正在研制开发的在线膜分离制取氮气装置,阐述了这种装置在镁合金熔炼保护气体中应用的实际意义。
曹凤红, 龙思远, 徐广存, 杜长虹[9]2007年在《镁合金用载流气体制备技术及装备》文中提出介绍了镁合金的熔炼熔铸特性和现有镁合金熔炼的气体保护方法,较系统地综述了镁合金现有气体保护用载流气体的应用及技术概况,其中重点阐述了膜分离制取氮气的原理,并结合现代自动控制技术,研制开发了在镁合金熔炼气体保护用载流气体的设备,论述了在线膜分离制取氮气在镁合金熔炼中的应用,并指出在线膜分离制取的镁合金载流用氮气对改善环境及制备品质优良的镁合金材料的意义。
杨振[10]2013年在《真空条件下AZ91D镁合金氧化燃烧、蒸发及其保护研究》文中研究表明复杂薄壁化镁合金铸件的精密成形一直是国内外研究的热点，真空差压铸造作为一种先进的反重力精密成形技术，在铸造复杂薄壁镁合金铸件上具有一定的优势。抽真空是真空差压精密成形工艺的一个关键环节，由于镁合金的化学性质活泼、蒸汽压高，真空条件下会对镁合金的氧化燃烧、蒸发等方面产生一定的影响。因此，研究真空条件下镁合金的氧化燃烧、蒸发及其保护问题具有重要的理论及现实意义。本文以AZ91D镁合金为对象，在自主设计及建立镁合金气体保护装置的基础上，采用SF_6+CO_2+干燥空气混合气体保护方案，对保护气体成分进行优化及验证处理。结果表明，AZ91D液态镁合金在闭合条件下基本不受保护气体成分变化的影响；而敞开状态下，镁液的氧化燃烧程度受保护气体成分影响较大。保护气体中SF_6气体浓度决定了AZ91D液态镁合金的保护效果。当SF_6气体浓度＜4.6‰（真实值为9.8‰）时，镁液阻燃效果及保护膜组织结构较差；当SF_6气体浓度≥4.6‰时，镁液表面宏观形貌及保护膜组织结构良好。获得了最佳保护气体成分配比为：Dryair:CO_2:SF_6=73.75:27.43:1。AZ91D液态镁合金在最佳保护气体成分作用下经2h熔炼及搅拌处理，表面宏观形貌均良好，无氧化燃烧现象，保护膜破坏后再生性强。在最佳保护气体成分获得的基础上，研究不同真空度对AZ91D液态镁合金氧化燃烧及蒸发行为的影响。研究结果表明：当真空度≥50Kpa时，熔体表面均会出现不同程度的氧化燃烧现象；真空度越高，保护膜损坏程度越大，镁元素极易通过表面膜中的氧化燃烧区域向外界蒸发，镁元素质量分数也随之降低。真空度＜50Kpa，保护膜的完整致密性维持较好，限制了镁的氧化燃烧趋势和镁元素的蒸发倾向。真空条件下保护膜的完整致密性决定了镁合金熔体氧化燃烧及蒸发的程度。适合于AZ91D镁合金真空差压铸造的最佳真空度为50Kpa。同时，建立了AZ91D液态镁合金中镁元素质量分数与真空度之间的数学模型，该模型对AZ91D镁合金真空差压铸造技术具有指导意义。通过对真空条件下AZ91D镁合金的氧化燃烧、蒸发及其保护的研究，获得了适合于AZ91D镁合金真空差压铸造技术的阻燃方案，为AZ91D镁合金真空差压实验的进一步开展奠定了良好的基础。
参考文献：
[1]. 镁合金保护气体在线发生技术及设备的研究开发[D]. 游国强. 重庆大学. 2003
[2]. 镁合金气体保护熔化浇注及安全技术研究[D]. 查吉利. 重庆大学. 2005
[3]. 新型镁熔体气体保护技术基础研究[D]. 游国强. 重庆大学. 2007
[4]. 镁合金保护气体在线发生技术的研究[J]. 游国强, 龙思远, 查吉利. 特种铸造及有色合金. 2004
[5]. 我国镁合金熔铸装备的发展现状[J]. 龙思远, 潘月宏, 游国强. 金属世界. 2006
[6]. 绿色材料镁合金的生命周期评价[D]. 王冲. 吉林大学. 2008
[7]. 镁合金熔炼保护用膜分离制氮系统的研究开发[D]. 徐广存. 重庆大学. 2008
[8]. 在线膜分离制取氮气在镁合金保护气体中应用的可行性研究[J]. 曹凤红, 龙思远, 徐广存. 特种铸造及有色合金. 2007
[9]. 镁合金用载流气体制备技术及装备[J]. 曹凤红, 龙思远, 徐广存, 杜长虹. 铸造技术. 2007
[10]. 真空条件下AZ91D镁合金氧化燃烧、蒸发及其保护研究[D]. 杨振. 南昌航空大学. 2013
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