近年来， 由于能源危机的逐渐凸显与世界各地 环境污染的日益严重，使得减少污染、降低能耗、资 源循环利用显得尤为重要。因此，人们提出了材料轻 量化和回收再利用的要求。在金属材料中，镁合金作 为最轻的工程材料，具有密度小、比强度和比刚度高、 阻尼减振降噪能力强、液态成型性能优越、切削加工性 能良好、能屏蔽电磁辐射和易于回收利用等一系列优 点，在车辆、航空等领域将具有很大的发展潜力。

镁在熔化过程中极易与空气中的氧、氮、水气等 发生剧烈的化学反应，产生大量夹杂物，并伴随着气 体、缩松和针孔等缺陷。夹杂物的存在严重影响了镁 合金的性能与品质， 在很大程度上限制了镁合金产 品在工程中的实际应用。因此，除杂是提高镁合金纯 净度，发展镁合金产业的关键。

目前， 镁合金净化方法主要有熔剂净化法与非 熔剂净化法两大类。熔剂净化法具有除杂成本低、效率高、操作方便、效果好等优点，所以被普遍采用。 然而，熔剂净化法在得到广泛应用的同时，也存在污 染环境、带入熔剂夹杂、金属损耗增加等问题。本文 阐述了镁合金熔剂净化研究的现状， 指出了熔剂净 化工艺的不足并提出研究发展趋势。

1 镁合金中的夹杂物

依据夹杂物在镁合金中组成和结构的不同，可 以将其分为非金属夹杂物和金属夹杂物。

非金属夹杂物有： 镁的氮氧化物， 如MgO、 Mg3N2；氯化物，如NaCl、CaCl2、KCl 等；铝钙基碳化 物， 如Al4C3、CaC； 镁基硫化物、镁铝基氟化物，如 MgS、MgF2 等；Si 及Si 化物，如Mg2Si、SiO2 等。

金属夹杂物有：α-Fe 粒子；锰-铁金属化合物，如 MnAl6、Fe2 (Si，B)、Fe3 (Al，Si)、(Fe，Mn)3Si、(Fe，Mn)5Si3 等；Ni、Cu 与镁的金属化合物等。

2 对净化熔剂性能的要求

为了实现良好的净化效果， 通常净化熔剂要达 到以下使用要求：

（1） 熔点：熔剂熔点要低于镁合金熔液的熔点，保证熔剂使用时可形成完整的密封层， 能够很好地 隔离夹杂物。

（2） 密度：熔剂与金属液之间的密度差要较大， 避免熔剂夹杂到镁合金液中。

（3） 粘度：根据熔剂具体用途，粘度大小要求不 同。以覆盖为主要目的，要求粘度要小，容易铺开； 以除杂为主要目的，则要求粘度较大，便于与金属液 分离。

（4） 造渣性： 熔剂自身不应含有影响金属液质 量的杂质，同时要有较强的俘获气体和其它杂质、并 迅速沉降的能力。

（5） 化学稳定性：熔剂的化学性质要稳定，不易 挥发、分解。在熔炼过程中要求不易与合金液、坩埚 壁等发生反应。

（6） 无公害：熔剂生产、运输、使用过程要确保 操作人员的健康安全， 同时尽可能减少环境污染等 问题。

3 镁合金净化熔剂

3.1 非金属夹杂物净化熔剂

国外镁合金净化熔剂主要有美国的M-318、 M-230、M-130、M-70、Dow230、220；德国的ElrasalB、 ElrasalC； 法国的E-0#、E-18# 和英国的B-1、B-2、 B-3、MZ、Z 系列等。国内镁合金净化熔剂目前普遍 使用以氯盐、氟盐为主要成分的RJ 熔剂系列。其主 要成分及净化机理如下：

（1） MgCl2 ：MgCl2 是熔剂的基本组元，在高温 下MgCl2 能部分与O2、H2O等反应，生成HCl、H2 气 体。气体在镁液表面形成保护层，具有较佳的覆盖作 用。液态MgCl2 对MgO、Mg3N2 等夹杂物具有较好 的润湿能力， 并且能与MgO 形成MgCl2·5MgO 复 合化合物，因此有较强的去除氧化夹杂的能力。

（2） KCl ：KCl 是熔剂的基本组元，可以提高熔 剂的稳定性。同时KCl 能够明显降低MgCl2 的粘 度、熔点和表面张力。

（3） NaCl：NaCl 与MgCl2、KCl 构成MgCl2-KCl- NaCl 三元系。NaCl 可以提高熔剂的密度，并用来调 整熔剂熔点。

（4） CaF2：CaF2 能够加大熔剂的密度与粘度。 并且CaF2 与MgCl2 反应生成的MgF2 在氯盐中具 有较小的溶解度，所以MgF2 与MgO 化合有一定的 造渣能力。

（5） MgO：通过加入MgO 来提高熔剂的粘度。

（6） BaCl2：BaCl2 的主要作用是增大熔剂与镁 熔液之间的密度差，使得熔剂与金属液更易分离。

（7） CaCl2 ：CaCl2 对氯化物有着良好的吸附作 用，可以提高熔剂对MgO 的浸渍。

3.2 除铁熔剂

Fe 作为镁合金中的主要金属夹杂物, 它会粗化 镁合金晶粒，同时因为Fe 与镁基体之间存在巨大的 电位差， 导致严重降低了镁合金的抗腐蚀性能。因 此，除Fe 是改善镁合金品质的重要途径。

目前镁合金除铁的方法主要是在净化熔剂中加 入含有Mn、Zr、Ti 与B 等元素的除铁剂。吴国华等[6-8] 分别用含B2O3、TiO2、Na2B4O7、MnCl2 等熔剂对AZ91 镁合金进行了除Fe 研究。研究表明，这些净化熔剂 与Fe 杂质相互作用， 在镁熔液中形成密度大、溶解 度小的金属间化合物。静置后，该化合物沉淀到底 部与镁熔液分离， 从而有效降低合金中的Fe 杂质 含量。

3.3 除Si 熔剂

镁合金中的硅主要是由原料引入的。通常在凝 固过程中，Si 与Mg 在晶界处形成细小弥散的析出 相Mg2Si， 此外，Si 在Mg 中还能以单质Si 和SiO2 存在。目前主要的除硅方法是在熔剂中添加适当的 化合物，产生物理吸附去除Si，或与Si 发生化学反 应生成挥发性气体，从而使Si 分离金属液。

吴国华等研发了以除硅为主要目的的镁合金 锆化合物熔剂， 其质量组分是：30%～45%含水 MgCl2、15%～25%KCl、5%～12%BaCl2、10%～17% CaCl2、10%～25% MgF2、3%～8% NaF、2%～8% 的 ZrCl4 和/ 或K2ZrF6。该熔剂对Mg2Si 具有良好的去 除作用，能够有效降低镁合金中硅的含量。

3.4 稀土镁合金净化熔剂

通过对稀土镁合金的深入研究发现， 传统镁合 金熔剂中的主要组元MgCl2 会与稀土元素发生反 应：2[RE]+3MgCl2（l）→2RECl3（s）+3Mg（l），这导致 部分昂贵稀土损耗。因此，在实际生产应用中，对 于稀土镁合金通常使用不含或少含MgCl2 的熔剂， 以此来避免稀土损耗。另外，此类熔剂的净化效果不 理想，夹杂物含量仍然较多，合金质量较差。

上海交通大学为了解决稀土损耗这个难题，进 行了一系列研究。在不减少MgCl2 的基础上，将稀 土化合物加入熔剂中，最终成功研制了稀土镁合金专用净化熔剂。结果表明：用含7.5%CeCl3 的JDCe 熔 剂和含7.5%LaCl3 的JDLa 熔剂， 分别净化处理 AZCe、AZLa 合金后，合金中稀土Ce、La 的损耗仅为 5.3%与5.6%，远远低于传统熔剂净化后损耗的稀土 量。同样，在保持原熔剂JDMJ 对Mg-Gd-Y-Zr 稀 土镁合金的净化效果不变的前提下， 添加GdCl3 或 YCl3 后的熔剂从热力学上抑制稀土Gd、Y 与MgCl2 的反应，降低了稀土Gd、Y 的损耗量。

4 镁合金熔剂净化的不足与改进

以上提及的镁合金净化熔剂部分已经得到了广 泛的使用。随着镁合金行业的快速发展，人们逐渐 发现这些熔剂在净化过程中的不足并不断对其进行 改进。

4.1 镁合金熔剂净化的不足

（1） 熔剂组分含有毒物质。目前镁合金熔炼中 普遍使用二号钡熔剂， 该熔剂的优点是含比重较大 的钡元素， 使得熔液分离效果好， 但熔剂中所含的 BaCl2·2H2O 是剧毒物质， 长期使用或操作失误，会 严重损害工作人员的健康。

（2） 产生熔剂夹杂。在镁合金浇铸过程中熔剂 与合金液分离不彻底，容易产生熔剂夹杂，降低合金 品质。

（3） 产生有害气体。在制备和使用以氟盐、氯盐 为主要组分的熔剂过程中会产生Cl2、HCl 等有害气 体。这些气体会腐蚀设备、污染环境，严重危害人体 健康。

（4） 产生钠脆现象。镁合金净化过程中使用含 钠熔剂，会将一定量的钠带入。如果钠含量过高，会 产生“钠脆”现象，即镁合金的热脆性增加，在铸造、 压延时会使镁合金形成裂纹。

（5） 金属损耗增加。夹杂物团聚和熔剂结合过 程中会带入金属液，共同形成大颗粒状物，最终杂质 与镁液分离，损耗了镁合金。

4.2 镁合金净化熔剂的改进

（1） 设计MgCl2-KCl 等摩尔体系。MgCl2 和 KCl 二元系配比对熔盐熔点、粘度、表面张力、净化 效果等有很大的影响。徐日瑶等实验证明， 等摩 尔MgCl2 和KCl 含量是镁合金净化熔剂中较好的 组合。

（2） 去除组分所含有毒物质。潘懿等在二号 熔剂的基础上， 从无环保问题与人身健康的要求为出发点，取消了熔剂中的钡元素，增加了MgCl2、KCl 的含量，同时加入了一定量的NaCl 与MgCO3。加入 的MgCO3，在高温下分解产生CO2，部分CO2 可以 清除液体中的H2。部分CO2 与Mg 反应，生成MgO2 与C，起变质与造渣作用。在满足环保要求的同时也 增强了熔剂的炼渣除气能力。

（3） 稀释有害气体，除气。通过添加特殊的无机 化合物发泡剂，霍春泉等研制出了JDMJ 和JDMF 镁合金熔剂。此类熔剂在高温下持续发泡、释放具有 保护作用的气体， 显著减少了有害气体并稀释了已 排放的有害气体。

（4） 避免钠脆现象。为了避免钠脆现象，赵建国 等研究发明了一种镁合金用的无钠净化熔剂，主 要由KNO3、K2SO4、K2SiF6、KCl、KAlF4 组成，该熔剂 在净化镁合金的基础上可以防止因合金中钠增加而 造成的钠脆现象， 同时提高了镁合金的铸锭质量和 压延性能。

（5） 纳米级熔剂。孙有林等通过在传统熔剂 中加入纳米级的MgO、ZrCl4、TiO2、NaNO3、C 粉、冰 晶石， 在对镁合金进行高效精炼的同时能生成N2、 CO2。这些气体对熔体起到保护作用，稀释了有害气 体的浓度。该熔剂中加入了纳米级的MgO，依据纳 米微粒尺寸与表面原子数的原理， 纳米材料几乎全 部由单层表面原子组成。表面原子数增多，原子配位 不足和较高的表面能， 使这些表面原子具有高的活 性，极不稳定，很容易与氧化物夹杂结合生成较重的 大颗粒氧化物而沉降。即与微米级或更大些的尺寸 相比，对镁合金具有更好的除氧化物夹杂的能力。

（6） 其他熔剂组分的改进研究。由于碱金属及 碱土金属具有较高的化学稳定性，所以是目前镁合金 净化熔剂的主要组分。在此基础上人们不断研究通过 加入新组分， 来提高熔剂的净化效果。美国的Faure 等以铝合金精炼常用熔剂组分Na3AlF6 为主，添加 MgF2，研究新熔剂对镁合金废料的精炼效果，该熔 剂密度大，熔点也较高（920℃）。在国内，镁合金净 化熔剂的研究中Na3AlF6 的添加也逐渐被重视，然 而其对镁合金的净化效果还有待研究。

5 展望

综上所述， 镁合金熔剂净化历史悠久、工艺成 熟、具有专门的生产设备及稳定的生产工艺。目前仍 是净化镁及镁合金最常用的方法。综观镁合金净化研究，对镁合金熔剂净化提出以下几点发展方向：

（1） 加强镁合金熔剂净化机理的研究。经实 验证明在熔剂中添加一些物质后对镁合金有着良好 的净化效果， 但其净化机理还不明确， 熔剂组分、镁 熔液以及夹杂物彼此之间的交互作用也有待进一步 研究。

（2） 研发绿色环保的净化熔剂。当今世界，能源 浪费与环境污染问题日益突出。研发低成本、高效、 无污染的镁合金净化熔剂是重要的发展方向。

（3） 研发不同镁合金的专用净化熔剂。镁合金 针对不同用途， 种类繁多， 传统镁合金不具有针对 性，具体到特定合金的净化效果不理想。因此，有必 要研发更具针对性的镁合金净化熔剂。

（4） 设计正确的净化工艺、规范人工操作。在熔 剂净化镁合金的过程中，熔剂的用量、精炼温度、搅 拌和静置的时间等因素都会影响熔剂的净化效果。 正确规范的操作也是避免造成污染、损害健康的有 效途径。

（5） 与非熔剂净化法相结合。随着人们对镁合 金非熔剂净化法不断深入研究， 发现非熔剂净化法 在镁合金某些方面的净化效果更加良好， 弥补了熔 剂净化法的不足。将熔剂净化法与非熔剂净化法相 结合是净化镁合金的必然趋势。