镁合金熔炼保护技术解决方案下篇-其他气体保护熔炼

由于SF6具有易用、无毒及无腐蚀的优越性能，使其在镁工业中得到广泛的应用。但镁工业正面临着要求减少SF6使用的越来越大的压力 ，这主要出于两方面的原因：一是SF6正变得越来越昂贵，更主要的是SF6具有极高的温室效应。根据联合国政府间气候变化协调组织(IRCC)的计算结果,SF6气体在100年之内的温室效应是C02的 23900倍,也就是说，1 kg 的温室效应大约相当于24t C02。而且，SF6在大气中的生存周期达到3200年,很难自然衰退。
鉴于以上原因，SF6已经受到环境保护人员严重的关注。在一份报告中，美国世界资源研究所敦促美国政府在温室气体目录中包含更多的氟化物；京都协议已经要求减少SF6气体的工业化使用。尽管镁工业消耗的SF6只占年产量的10 ‰左右，但是随着镁应用的迅速增长，SF6消耗也会大大增加。可以肯定的说，在不远的将来，SF6的大规模工业化应用将会被禁止，这就给整个镁工业提出了严峻的挑战。目前用于替代SF6的气体主要有S02、HFC 134a及 BF3等。

01、S02保护熔炼

S02是最早工业化使用的保护气体，但由于S02具有毒性，并且在有水分存在的条件会严重腐蚀钢制设备，自从20世纪70年代Fruehling提出低浓度的SF6具有很好的保护效果以来，S02气体在很多工厂被禁止使用。但在人类对环境质量重新审视和全球正为减少温室效应而不懈努力的今天，SF6保护熔炼技术又受到了新的挑战的情况下，S02气体由于没有温室效应而又再次受到人们的重视。一些工厂及研究机构对S02的保护作用做了深人的探索，应用结果表明，通过改进混气设备、增加安全装置并严格操作工艺，S02可以用于镁熔体保护。HPDC工业应用结果表明，在井式工程设备中如果合理控制气体的混合和流速，S02的浓度在低于1％时也有好的效果，且符合环境和行业的要求。在经济上也是可行的，1 kg的S02的价格仅仅是SF6的10％-15％。大多数初级和再生厂商愿意用S02或其他替代物代替SF6。
一般认为S02的保护机理是由于混合气体与镁熔体反应生成的多层复合保护膜而具有保护性。可能的反应式如下：

02、HFC 134a

澳大利亚的铸造合作研究中心 (CAST) 采用含氟材料作为SF6的替代物，并建议用HFC 134a（1，1，1，2一四氟乙烷）来代替SF6，认为采用HFC 134a 具有以下优点:

①它对一些镁合金和纯镁都有保护作用；

②它的GWP值是 1300，而SF6为23900；

③几乎没有臭氧破坏效应；

④室温下安全、无毒、不燃；

⑤在室温无腐蚀性，但在金属熔融温度下由于形成HF具有一定的腐蚀性；

 ⑥它的价格是SF6的三分之一，且有充足的供应。
CAST制造的最佳气体混合与分配系统已与澳大利亚镁业有限公司(AMC)的3M Novec、结合使用。Elektron镁协(UK)大规模的评估显示，C02/ HFC 134a比C02/SF6、C02更经济，更环保。在产品测试中用流速、浓度来衡量3种替代物的价值比较，其结果如表2，8所示。可见，用HFC 134a代替SF6可使C02的等值排放降低98 ‰。与C02/S02的低价相比，HFC 134a的无毒更具优势。

03、BF3

Freuling的研究发现BF3具有与SF6同样的保护效果。但由于高的成本、反应活性及毒性而没有得到推广应用。在2000年5月,Hatch协会提出了一个新的利用BF3的系统 ，该系统利用KBF4在干燥空气流中分解而在线生成BF3气体。KBF4在加热的分解室中裂解为BF3和KF。

KBF4在高于350 ℃发生分解，副产物KF依据反应温度的不同可呈玻璃体的固态或液态。气态的BF3由气流携带，再稀释到所需的浓度进人镁熔炼炉。该系统在680、750 ℃，0.3、1.0vol％BF3的流量下，可对HPDC合金熔体(AM60B)产生有效的保护。试验表明：在密封较好的情况下，工作环境及废弃中的BF3不超过0.00002%。Hatch协会为HPDC应用提出了一个BF3生产和应用的工业化系统。然而，由于工程方面的问题，以及对其高反应活性、腐蚀性及毒性的担心，而阻碍了它的进一步工业应用。

来源： 第一压铸