Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Исследование состава плен, образующихся на поверхности магниевого сплава мл19 при плавке в защитных газовых атмосферах

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-56-66

Полный текст:

Аннотация

В настоящее время наиболее распространенным способом бесфлюсовой плавки магниевых сплавов является плавка в защитной газовой атмосфере, состоящей из инертного газа-носителя с небольшой добавкой активного газа. Литейный магниевый сплав МЛ19 в своем составе содержит итрий и неодим, которые достаточно активны. Взаимодействие подобных сплавов с защитными газовыми атмосферами мало изучено и представляет значительный практический интерес. SF6 имеет очень сильное влияние на глобальное потепление, поэтому применение этого газа ограниченно. В связи с этим в ряде стран осуществлен переход к использованию в качестве активного газа фреона HFC-R134a. В работе рассмотрено влияние защитных газовых смесей, состоящих из газа-носителя (аргона или азота) и активного газа (SF6 или фреона HFC-R134a), на состав защитных плен на поверхности расплава магниевого сплава МЛ19. Была разработана специальная лабораторная установка, которая обеспечивала контакт защитной газовой смеси с металлом в процессе нагрева, плавления и затвердевания образцов, что исключало влияние окружающей атмосферы. Угар легирующих элементов оказался незначительным, но в случае применения азота в качестве газа-носителя содержание Y и Nd в сплаве оказалось ниже, чем при использовании аргона. Содержание циркония было меньше в сплавах, где активным газом являлся SF6. Состав и толщина оксидных плен, образующихся при использовании защитных атмосфер SF6 и HFC-R134a, сходны. Плена представляет собой в основном фторид магния (MgF2) с примесями оксидов, фторидов и нитридов циркония, иттрия и магния. Основным отличием фазового состава защитной плены, когда в качестве активного газа применяется фреон HFC-R134a, является наличие значительного количества углерода, как в виде соединений, так и в свободном состоянии. Также было установлено, что требуется тщательное дозирование фреона HFC-R134a в защитных атмосферах, так как увеличение его доли в газовой смеси более 1 об.% ведет к сильной коррозии внутренней поверхности тигля в процессе плавки, чего не наблюдалось при использовании SF6.

Об авторах

В. Е. Баженов
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия

Канд. техн. наук, доцент кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов (ЛТиХОМ).

119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



А. В. Колтыгин
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия

Канд. техн. наук, доцент той же кафедры.

119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



А. Ю. Титов
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия

Канд. техн. наук, ассистент той же кафедры.

119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



А. А. Рижский
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия

Учебный мастер той же кафедры.

119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



В. Д. Белов
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия

Докт. техн. наук., зав. кафедрой ЛТиХОМ.

119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



Список литературы

1. Aarstad K. Protective films on molten magnesium: Ph.D thesis. Trondheim: Norwegian university of science and technology, 2004.

2. Mirak A., Davidson C.J., Taylor J.A. Characterisation of fresh surface oxidation films formed on pure molten magnesium in different atmospheres. Corros. Sci. 2010. Vol. 52. Iss. 6. P. 1992—2000.

3. Mirak A.R., Davidson C.J., Taylor J.A. Characterisation of fresh surface films formed on molten Mg—Nd alloy protected by different atmospheres. Appl. Surf. Sci. 2014. Vol. 301. P. 91—98.

4. Mirak A.R., Davidson C.J., Taylor J.A. Study on the early surface films formed on Mg—Y molten alloy in different atmospheres. J. Magnes. Alloy. 2015. Vol. 3. Iss. 3. P. 173—179.

5. Xiong S., Wang X. Protection behavior of fluorine-containing cover gases on molten magnesium alloys. Trans. Nonferr. Met. Soc. 2010. Vol. 20. Iss. 7. P. 1228—1234.

6. Wiese B., Mendis C.L., Ovri H., Reichel H.P., Lorenz U., Kainer K.U., Hort. N. Role of CaO and cover gases on protecting the cast surface of Mg. In: Proc. 10th Intern. conf. on magnesium alloys and their applications. Jeju: The Korean Institute of Metals and Materials, 2015. P. 11—16.

7. Wang X.-F., Xiong S.-M. Characterization of surface films formed on molten magnesium in atmospheres containing SO2. Mater. Chem. Phys. 2012. Vol. 135. Iss. 2—3. P. 541—548.

8. Wang X.-F., Xiong S.-M. Oxidation behavior of molten magnesium in atmospheres containing SO2. Corros. Sci. 2011. Vol. 53. Iss. 12. P. 4050—4057.

9. Wang X.-F., Xiong S.-M. Oxidation behavior of molten magnesium in atmospheres containing SO2 and air in a sealed furnace. Corros. Sci. 2013. Vol. 66. P. 300—307.

10. Wang X., Xiong S. Protection behavior of SO2-containing cover gases to molten magnesium alloy. Trans. Nonferr. Met. Soc. 2011. Vol. 21. Iss. 4. P. 807—813.

11. Wang X., Xiong S. Characterization of the protective surface films formed on molten AZ91D magnesium alloy in SO2/air atmospheres in a sealed furnace. J. Mater. Sci. Technol. 2014. Vol. 30. Iss. 4. P. 353—358.

12. Wang X.-F., Xiong S.-M. Characterization of the surface film formed on molten AZ91D magnesium alloy in atmospheres containing SO2. Metall. Mater. Trans. A. 2012. Vol. 43. Iss. 11. P. 4406—4413.

13. Holtzer M., Bobrowski A. Magnesium melt protection by covering gas. Arch. Foundr. Eng. 2008. Vol. 8. P. 131—136.

14. Xiong S.-M., Liu X.-L. Microstructure, composition, and depth analysis of surface films formed on molten AZ91D alloy under protection of SF6 mixtures. Metall. Mater. Trans. A. 2007. Vol. 38. Iss. 2. P. 428—434.

15. Lyon P., Rogers P.D., King J.F., Cashion S.P., Ricketts N.J. Magnesium melt protection at magnesium elektron using HFC-R134a. In: 2003 TMS Annual meeting on magnesium technology. San Diego: TMS, 2003. P. 11—14.

16. Emami S., Sohn H.Y. Formation and evaluation of protective layer over magnesium melt under CO2/air mixtures. Metall. Mater. Trans. B. 2015. Vol. 46. No. 1. P. 226—234.

17. Yang S.-C., Lin Y.-C. Magnesium alloy melt protection by high-efficiency phase transition of carbon dioxide. J. Clean. Prod. 2013. Vol. 41. P. 74—81.

18. Balart M., Patel J., Fan Z. Melt protection of Mg—Al based alloys. Metals. 2016. Vol. 6. Iss. 6. P. 131.

19. Pettersen G., Шvrelid E., Tranell G., Fenstad J., Gjestland H. Characterisation of the surface films formed on molten magnesium in different protective atmospheres. Mater. Sci. Eng. 2002. Vol. A332. P. 285—294.

20. Emami S., Sohn H.Y., Kim H.G. Formation and evaluation of protective layer over magnesium melt under SF6/air atmospheres. Metall. Mater. Trans. B. 2014. Vol. 45. Iss. 4. P. 1370—1379.

21. Shih T.-S., Liu J.-B., Wei P.-S. Oxide films on magnesium and magnesium alloys. Mater. Chem. Phys. 2007. Vol. 104. Iss. 2—3. P. 497—504.

22. Chen H., Liu J., Huang W. Oxidation behavior of molten magnesium in air/HFC-R134a atmospheres. J. Mater. Sci. 2006. Vol. 41. Iss. 23. P. 8017—8024.

23. Chen H. Effect of melt temperature on the oxidation behavior of AZ91D magnesium alloy in 1,1,1,2-tetrafluoroethane/ air atmospheres. Mater. Charact. 2010. Vol. 61. Iss. 9. P. 894—898.

24. Liu J.-R., Chen H.-K., Zhao L., Huang W.-D. Oxidation behaviour of molten magnesium and AZ91D magnesium alloy in 1,1,1,2-tetrafluoroethane/air atmospheres. Corros. Sci. 2009. Vol. 51. Iss. 1. P. 129—134.

25. Zhao L., Liu J.-R., Chen H.-K., Huang W.-D. The characterization of surface films formed on molten magnesium and AZ91D alloy in air/1,1,1,2-tetrafluoroethane atmospheres. J. Alloy. Compd. 2009. Vol. 480. No. 2. P. 711—716.

26. Chen H., Gong Z. Oxidation behaviour of molten ZK60 and ME20 magnesium alloys with magnesium in 1,1,1,2-tetrafluoroethane/air atmospheres. Trans. Nonferr. Metal. Soc. 2012. Vol. 22. Iss. 12. P. 2898—2905.

27. Cashion S.P., Ricketts N.J., Hayes P.C. Characterisation of protective surface films formed on molten magnesium protected by air/SF6 atmospheres. J. Light Met. 2002. Vol. 2. Iss. 1. P. 37—42.

28. Ha W., Kim Y.-J. Effects of cover gases on melt protection of Mg alloys. J. Alloy. Compd. 2006. Vol. 422. Iss. 1—2. P. 208—213.

29. Chen H., Liu J., Huang W. Characterization of the protective surface films formed on molten magnesium in air/ HFC-R134a atmospheres. Mater. Charact. 2007. Vol. 58. Iss. 1. P. 51—58.

30. Huang Y.-B., Chung I.-S., You B.-S., Park W.-W., Choi B.-H. Effect of be addition on the oxidation behavior of Mg— Ca alloys at elevated temperature. Met. Mater. Int. 2004. Vol. 10. Iss. 1. P. 7—11.

31. Hort N., Wiese B., Dieringa H., Kainer K.U. Protecting molten magnesium and its alloys. La Metall. Ital. 2016. Vol. 11. Iss. 6. P. 105—108.

32. Prasad A., Shi Z., Atrens A. Influence of Al and Y on the ignition and flammability of Mg alloys. Corros. Sci. 2012. Vol. 55. P. 153—163.

33. Tan Q., Atrens A., Mo N., Zhang M.-X. Oxidation of magnesium alloys at elevated temperatures in air: A review. Corros. Sci. 2016. Vol. 112. P. 734—759.

34. Czerwinski F. The reactive element effect on high-temperature oxidation of magnesium. Int. Mater. Rev. 2015. Vol. 60. Iss. 5. P. 264—296.

35. Regulation (EU) No. 517/2014 of the European Parliament and of the Council of 16 April 2014 on fluorinated greenhouse gases and repealing Regulation (EC) No. 842/2006 Text with EEA relevance. P. 36.

36. Fan J., Yang C., Xu B. Effect of Ca and Y additions on oxidation behavior of magnesium alloys at high temperatures. J. Rare Earth. 2012. Vol. 30. Iss. 5. P. 497—502.

37. Fan J., Chen Z., Yang W., Fang S., Xu B. Effect of yttrium, calcium and zirconium on ignition-proof principle and mechanical properties of magnesium alloys. J. Rare Earth. 2012. Vol. 30. Iss. 1. P. 74—78.


Для цитирования:


Баженов В.Е., Колтыгин А.В., Титов А.Ю., Рижский А.А., Белов В.Д. Исследование состава плен, образующихся на поверхности магниевого сплава мл19 при плавке в защитных газовых атмосферах. Известия вузов. Цветная металлургия. 2019;(5):56-66. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-56-66

For citation:


Bazhenov V.E., Koltygin A.V., Titov A.Y., Rizhskiy A.A., Belov V.D. Examination of the surface layer composition formed on ML19 magnesium alloy during melting at protective gas atmospheres. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Universities' Proceedings Non-Ferrous Metallurgy). 2019;(5):56-66. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-56-66

Просмотров: 114


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)