阻燃镁合金性能的研究
上海交通大学科技成果——阻燃镁合金
上海交通大学科技成果——阻燃镁合金技术背景
通过添加稀土与钙等表面活性元素，改变表面氧化层的生长动力学和化学组成，在镁合金表面形成复合致密氧化膜结构，提高熔体燃点。
发明的JDZM镁合金，实现了镁合金无保护熔炼与生产。
技术水平
创新的镁合金燃点测试、氧化热力学和动力学计算、氧化膜结构分析等方法以及建立的阻燃镁合金氧化模型被国内外学者在随后的研究中广泛借鉴，单篇论文引用次数超过100次；
实现镁合金熔炼、加工无需保护，阻燃温度达935℃；
研究成果获2003年国家科技进步二等奖。
应用领域
3C产品构件、汽车方向盘骨架、汽车变速箱等轻质压铸件。
3C产品外壳
汽车变速箱壳体
汽车方向盘骨架
汽车副车架。
镁合金加工防火安全
镁合金加工防火安全中国是世界上最大的镁合金生产和消费国家之一，镁合金具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
然而，镁合金的燃烧性能较差，容易引发火灾事故，给人们的生命财产安全带来威胁。
因此，研发和应用镁合金的防火技术对于保障人们的生命财产安全至关重要。
本文将从镁合金的燃烧特性、防火技术和应用方面进行探讨，以期提高镁合金加工防火安全的水平。
一、镁合金的燃烧特性镁合金是一类活泼的金属材料，具有很强的还原性和可燃性。
在空气中，镁合金表面形成一层稳定的氧化膜可以减缓其燃烧速率，但一旦氧化膜破裂，镁合金迅速燃烧，产生高温和剧烈的火焰。
镁合金的燃烧威力较大，对周围环境和人体造成严重危害。
二、镁合金的防火技术1. 氧化膜保护技术氧化膜是表面保护镁合金不被氧化的一层薄膜，可以减缓镁合金的燃烧速率。
在制造过程中，可以采用阳极氧化处理或表面喷涂保护膜的方法形成氧化膜。
此外，可以通过改变合金成分或添加合适的添加剂来增强氧化膜的稳定性和抗燃烧性能。
2. 阻燃材料的应用阻燃材料是一类具有防火性能的材料，可以抑制和延缓燃烧过程。
在镁合金的制造和应用过程中，可以采用阻燃材料作为添加剂或涂层，以提高镁合金的防火性能。
常见的阻燃材料有氧化铝、硅酸盐、阻燃剂等。
3. 环境控制技术在镁合金加工和使用过程中，可以通过控制温度、湿度和氧气浓度等环境因素，减少火灾事故发生的可能性。
在加工过程中，控制切削温度、液体冷却剂的使用和加工速度等因素，可以降低镁合金的燃烧风险。
三、镁合金防火技术的应用1. 航空领域航空是镁合金应用最广泛的领域之一，但也是火灾事故发生的高风险领域。
在航空器设计和制造过程中，需要严格控制火灾事故的发生概率。
可以采用氧化膜保护技术、阻燃材料和环境控制技术等手段来提高飞机材料的防火安全性能。
2. 汽车领域汽车是使用镁合金较多的领域之一，但也存在安全隐患。
在汽车的设计和制造过程中，可以采取防火保护措施，防止火灾事故的发生。
镁合金的阻燃性
镁合金的阻燃性1.阻燃性问题镁及镁合金由于具有高的比强度、比刚度以及减震性、电磁屏蔽能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，因而在汽车、电子、航天航空等领域得到了广泛应用。
但镁的化学活性很强，在高温时易氧化燃烧，这就导致镁合金的熔炼和加工十分困难。
因而有必要寻找一种经济、实用、无污染的镁和金熔炼保护方法以防止镁合金生产过程中的氧化燃烧问题。
目前较为成熟的镁合金阻燃方法有熔剂保护法和气体保护法，但这两种方法在应用过程中存在着熔剂夹杂、污染环境以及设备复杂等缺点。
20世纪50年代人们提出了合金化阻燃的想法，即通过向镁合金中添加合金元素，使其在熔炼过程中自动生成保护性氧化膜，从而阻止镁合金的进一步氧化燃烧。
到目前为止，关于合金化阻燃方法的研究主要集中在Ca、Be和RE等几种元素上。
2.含Ca阻燃镁合金的研究现状日本较早研究了加Ca的阻燃镁合金，日本九州国家工业研究所的Sakamoto 和九州大学的Fukuoka等人研究了Mg-Ca二元合金的阻燃情况。
他们通过测定Mg-Ca合金在加热升温过程中的起燃温度(出现第一个起燃点时的温度)发现：加入1%Ca 能提高燃点250℃，但金属镁的氧化膜表面粗糙不能阻止进一步的氧化；对于加入5%Ca的镁合金，其氧化膜即使在970℃的大气中暴露60min，氧化膜仍很薄，表面光滑均匀。
同时，他们的研究还表明，在Mg-Ca合金表面生成的表面氧化膜是一种双层结构，这种双层结构的外层为致密的CaO层，其厚度不随氧化时间而增加；内层是CaO和MgO的疏松混合层，随氧化时间的增加其厚度增加。
这种氧化膜能阻止外界气氛中的氧向Mg液中渗入并同时阻止Mg 液的挥发，从而提高了燃点。
日本东京工艺学院的Chang等用挤压铸造加工出了加Ca阻燃、加Zr细化的镁铸件，研究了Ca和Zr对组织和性能的影响，证明同时加入Ca和Zr能有效的起到防燃作用，且Ca能提高Zr在镁合金中的溶解度而强化细化效果。
我国许多学者也对含Ca镁合金的阻燃效果及阻燃机理进行了深入的研究。
铸造镁合金防燃技术的研究和应用
2015年第8期科技创新科技创新与应用铸造镁合金防燃技术的研究和应用王媛媛刘洪汇李海宏吴俊刚（哈尔滨东安发动机（集团）有限公司，黑龙江哈尔滨150000）1硫磺-硼酸防燃硫磺-硼酸防燃是一种传统的防燃措施。
这种防燃方式的原理是：镁合金液在浇注和冷却过程中与硫磺反应，产生SO2气体将合金液与空气中氧气隔开进行保护；同时合金液与硼酸反应在合金液表面形成一层保护膜，使合金液与空气隔绝，从而起到保护作用。
其保护机理如下：B2O3+3Mg=3MgO+2BB2O3+MgO=MgO·B2O3B+3Mg=Mg3B2这种方式的保护效果不佳，原因是保护膜在充型过程容易破损，将镁合金暴露在空气中，不能对镁合金进行完全保护，不能起到良好的防燃效果。
2熔剂防燃熔剂防燃也是一种较为传统的防燃方式。
国内常用熔剂为RJ系列熔剂,主要成分是氯盐和氟盐，主要成分为MgCl2、CaCl2、MgF2。
在熔炼过程中，往坩埚内合金液表面撒熔剂，熔剂漂浮在合金液表面，将容易和空气隔开，起到防燃作用。
熔剂保护熔炼时产生如HCl，Cl2等有毒气体，造成环境污染问题。
且熔剂防燃的时间较短，每撒一次熔剂约能起到（10～20）min的防燃效果，之后丧失保护能力，合金液仍与空气反应产生氧化夹杂甚至燃烧。
所以，在整个熔炼过程中，要不断往液面上撒熔剂，容易产生熔剂夹杂。
3型砂保护剂防燃型砂保护剂主要成分是Fe2O3、S、氟化物、硼化物。
其工作原理及各成分的作用如下：（1）Fe2O3的主要作用有：一是对砂型、砂芯进行着色。
二是作为耐火材料。
其作用在于填补型（芯）表面的空隙和凹坑；隔开型（芯）与金属液；改进金属液与型（芯）的界面作用，对针孔缺陷有一定抑制作用；防止铸件的机械粘砂和化学粘砂，保证铸件表面获得理想的粗糙度。
（2）硫磺。
硫磺和镁液相遇时，首先受热蒸发为硫蒸汽，部分在镁液表面形成MgS保护膜，大部分硫和氧气反应生成SO2，SO2又和镁液相遇发生下列放热反应：S+O2=SO2↑3Mg+SO2=2MgO+MgSMgO+MgS复合表面膜很致密，具有阻缓镁氧化作用，但当温度大于760℃，此膜失去保护作用，SO2与镁剧烈反应生成硫化物夹杂。
ZM5镁合金合金化阻燃的研究
Ｏ 引 言
镁合金是 目 比重最轻的结构材料 ， 前 具有高的比强度 、 比刚度和良好的磁屏蔽性 、 阻尼性 、 切削加工性等
优点。因此其应用范围及使用量都在不断扩大， 被越来越多的应用于汽车和电子工业上 。但是普通镁合 金在空气中进行熔炼和浇铸时 ， 极易氧化燃烧 ， 限制 了其大规模 的工业应用。而目前一般采用的熔剂覆盖和 气体保护等阻燃方法 ， 存在着产 品质量不稳定、 环境污染严重等缺点， 所以必须寻找一种更有效的阻燃方法。
Ｍ 中间合金 ， ％Ｌ 的 Ｌ — ｇ ｇ １ ３ ｉ ｉ Ｍ 中间合金。助剂为 ２ 覆盖剂和镁精炼剂 。 ＃
表１ Ｚ Ｍ５合 金 成 分
表 ２ 自制 Ｚ ５合 金 成 分 分 析 报告 Ｍ
收稿 日期 ：０ ８～ １ ４ ２ ０ ０ ～１
基金项 目： 贵州竹科技』 亍尽金资助项 Ｆ ｛ 黔科 合 Ｉ （０ ５ ２ ］ ） ２ ０ ） １９ １ 作者简介 ：｝ 湘（９ ５一） ， ≯ｔ １５ ， 湖ｍ 乡人 ， 剐教授， 主要从 冶金与材料物理化学 及轻金属材料等方ｉ 的教学 和研究 。 Ｊ ｉ ｆ
１ 实验 方 法
１ １ 合金成 分及 主要原 料 ．
铸造镁 合金 Ｚ ５基 本成 分如表 １所示 。试验 中所 用 Ｚ Ｍ Ｍ５镁合 金按照表 ２ 自行配 制 ， Ｍｇ中添加 Ａ — 向 ｌ Ｚ ｎ—Ｍ ｎ中间合金 （ 成分 比例与 表 ２相 同 ） 。制备 了三个 系列合 金 （ 按照 元素添加 量 ）Ｚ ：Ｍ５＋ Ｃ 、Ｍ５＋１５ ａＺ ．
摘 要 ： 究合金 元素 Ｃ 、 Ｃ 研 ａ 富 ｅ混合稀 土的加 入 对 Ｚ ５及 Ｚ ５一 ｉ 合金 阻燃性 能 的影 响 。 Ｍ Ｍ Ｌ镁
燃 点测试 结果表 明 ， ａ和混合 稀 土 的加入 都 能 明显提 高 Ｚ Ｃ Ｍ５镁 合金 的燃 点 温度 。 当复 合 加
镁合金的熔炼与阻然技术
主 讲 人：郑晨 PPT制作：郑晨 资料收集：多艺 艾超超 审核： 陶昌林 张俊楠 涂宇
主题大纲
一、镁合金的性质及其使用范围 二、镁合金的阻燃方法及其缺点和改进 2.1、熔剂保护阻燃 2.2、气体保护阻燃 2.3、合金化阻燃 2.4、熔炼设备与工艺优化阻燃 三、展望未来 四、文献参考
SF6气体保护阻燃技术存在的问题
• 1、用SF6气体会产生SO2、SF4或S2F10。 等有毒气,对全球变暖的作用是CO2的239 00倍环境污染严重,并腐蚀设备。 • 2、需要复杂的混气装置、密封装置及输送 设备。
减少SF6消耗的措施
① 改进镁合金熔炼柑祸炉盖的密封性,减少 SF6的泄漏; ② 研究自动加料及吸取镁合金液的装置; ③ 优化保护气体 的供气系统,使气体在镁合 金液表面分布更加合理和有效; ④ 优化混合气体的组成及SF6的含量。
1、美国最近研究出了一 种轻覆盖熔剂[8],该覆 盖 熔剂不含密度和熔点都高的钡盐(如BaCl2),容易 与镁合金液分离,对镁铝锌合金(如AZ88) 压铸前 的熔炼保护效 果良好,所生产的镁合金压铸件夹 渣少,纯净度高。 2、上海交通大学翟春泉等研制出一种新型镁合金 熔剂:JDMF橙盖剂和JDMJ精炼剂闭,在镁合金熔 炼时,含有发泡剂的 JDMF覆盖剂会持续地释放出 具有阻燃作用的保护气体,从而 使它兼有熔 剂保 护和气体保护双重功效,并能减少覆盖剂的使用 量;发泡剂加入JDMJ精炼剂 中能使其发泡,极大 地增大了比表面积,从而提高了熔剂吸附氧化夹 杂的能力,强化了精炼效果。
一、镁合金的性质及其使用范围
镁合金的 性质
比强度高
减振性好
耐热疲 劳性好
不易老化
导 性能 优异 易加工
,
镁合金合金化阻燃研究进展
生产氧化物的金属 式中，α 表示了生成氧化膜的致密性程度[1,2]。
当α ＞1时，表示生成的氧化膜体积膨胀，氧化膜致 密，可以阻止金属液与氧元素进一步接触，能够降
低氧化反应的剧烈程度；当α ＜1时，因氧化膜的体 积收缩而生成多孔疏松的氧化膜，空气中的氧元素
可以很容易地到达合金液面，从而与合金发生氧化 反应 。 [10] 就氧化镁来说，α 值约为0.78，因此结构 非常疏松（呈多孔状结构），不能阻止镁元素与氧
行，在小批量生产过程中应用较多。其主要化学反
应如下：
MgCl2+O2=MgO+Cl2 MgCl2+H2O=MgO+2HCl
2HCl+Mg=MgCl2+H2 Mg+Cl2=MgCl2
熔剂保护的问题有：
（1） （2） （3） （4）
1）卤盐和氟盐高温下容易挥发，从而产生某些 有毒气体，如H C l、C l2等，有污染环境及引发安全 事故的风险。
2）熔剂的密度大，在熔炼过程中熔剂会不断下 沉，为保证覆盖效果，需要不断添加熔剂，有降低
力学性能的风险。
3）熔剂在熔炼过程中容易挥发的气体如HCl
等，有可能渗入合金液中，加速了材料的腐蚀，降
低了材料的使用寿命，会给材料应用带来极大的安
全隐患。
（2）气体保护法 该方法主要是将熔体和氧气
隔绝，从而防止氧化燃烧。目前，能够隔绝氧气的
1 序言
镁元素在地壳中含量较高，金属镁具有良好的 物理化学性能。镁合金作为工程材料也具有良好性 质[1-4]：弹性模量较低、重量轻、阻尼性能好、铸造 性能优良、机械加工性能良好、散热性好、电磁屏 障性能良好及再生性高。
镁合金的比强度远高于铝合金，但是作为工程 材料其应用范围以及应用广度与铝合金相比还有较 大差距。究其原因，镁的化学性质活泼，在常温下 就可氧化，熔炼时镁熔体极易与空气中的氧和氮发 生氧化反应；另外由于MgO的致密度小于1，不能 像A l2O3一样对熔体起到保护作用，因此在镁及其合 金的熔炼过程中极易燃烧甚至爆炸，为了使加工顺 利进行，必须采取保护措施，防止熔体氧化燃烧。
镁合金的制备及性能研究
镁合金的制备及性能研究镁合金是一种轻质高强度的金属材料，具有良好的导热性、耐腐蚀性和可塑性，因此广泛应用于汽车、航空、航天、电子等领域。
但是，镁合金仍然存在一些问题，如易燃、强度不稳定等。
因此，研究镁合金的制备及性能对于推动相关产业的发展具有重要意义。
一、镁合金的制备方法目前，制备镁合金的主要方法有几种，包括熔铸法、粉末冶金法、等离子弧熔敷法等。
熔铸法是最常见的一种制备方法，其主要步骤是将金属原料放入炉内加热，使其融化并形成合金。
其中还涉及到一些添加剂的使用，如铝、锰、锌、银等。
这些添加剂可以提高镁合金的强度、塑性、耐腐蚀性等性能。
但是，熔铸法存在着能耗高、不易控制合金成分等问题。
粉末冶金法则是利用粉末冶金原理，将镁合金的粉末与其他金属粉末进行混合，然后经过加压、烧结等工艺，形成具有一定性能的零部件。
这种方法可以控制合金成分，但粉末冶金工艺也存在着制造成本高、生产周期长等缺点。
等离子弧熔敷法是一种新兴的制备方法，主要是利用等离子弧产生的高温高压来使镁合金与其他金属材料焊接成为一体。
等离子弧熔敷法具有节能、控制成分好等优点，但仍需进一步完善和提高。
二、镁合金的性能研究镁合金的性能研究主要包括以下方面：1. 强度与塑性镁合金在热加工时其塑性较好，但塑性随着温度降低而降低。
因此，为提高镁合金的塑性，常常采用加热弯曲的方法进行预变形处理。
2. 耐腐蚀性镁合金在湿气和高温环境下易发生腐蚀，因此常采用化学处理、表面处理等方法进行防腐蚀处理。
3. 制造成本由于制备镁合金存在着一些技术难题，如成分控制、热稳定性等问题，因此制造成本较高。
随着制备技术的不断发展和完善，制造成本也将逐渐降低。
三、镁合金的应用前景随着社会经济的不断发展，人们对材料性能的要求也越来越高。
镁合金作为一种新型材料，具有较高的强度、轻质、良好的耐蚀性等优点，因此在汽车、航空、电子等领域应用广泛。
根据相关报告显示，预计2025年全球镁合金市场将达到20亿美元，具有广阔的市场前景。
Ca和Ce对阻燃镁合金组织和性能的影响
时 ，耐 腐 蚀 性 最 好 。
关键词 ：镁合金 ；阻燃 ；力学性 能 ；腐蚀 中图分 类 号 ：Ｔ Ｇ１ ４ ６ ． ２ ２ 文 献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ １ — ４ ９ ７ ７（ ２ ０ １ ３ ）０ ５ — ０ ３ ８ ８ — ０ ５
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Mg—RE合金的阻燃能力研究
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铸造 起重 机 的功 能和 安全 指标 ， 是 由 于车 间设 计 、 但 冶金 工艺 、 重机设 计 和 改造方 案 等存 在 差 异 ， 要 起 需 根据 理论 分析 和工 程 实践 验证用翻 。近 十几年 来 ， 抑制 镁合 为 金在 高 温 下 的燃 烧 ， 国学者 运 用 气 体保 护法 ［ 溶 各 ３ １ 、 剂覆 盖 法 ［ 合金 化 阻燃 ［ 方 法实 现 了镁 合金 在熔 ４ １ 、 ５ ］ 等 炼 时 的阻燃 ， 合金制 品 的数量 和质 量不 断提 高 。 镁 稀 土是 镁 合 金 合金 化 阻燃 方 法 中的 重要 元 素 。 少 量 的 稀 土 元 素 即 可 提 高 镁 熔 体 的表 面抗 氧 化 性 能 ， 合金 的燃 点 提高 ［ 使 ６ １ 。本文 系统 地 研究 了不 同含 量 的 ｃ 、 Ｎ 、 ｖ等稀 土元 素 对工 业 纯镁 燃点 的影 ｅＹ、ｄ Ｄ 响， 比较 了镁 合 金 氧化膜 的结构 ， 分 析 了不 同氧 化 并 膜结 构对镁 合 金燃 点 的影响 。
验规则．
Ｔ Ｇ Ｑ Ｏ ２ｏ 起重机械安装改 Ｓ ７ １－ ｏ ８ ６ Ｔ Ｇ Ｑ ｏ ５ ２ ｏ 起重 机械定期检 Ｓ ７ １－ ｏ ８ Ｔ Ｇ Ｑ Ｏ ２ ２ ｏ 起 重机械安 全 Ｓ ＯＯ－ ｏ８
造重大维修监督检验规则．
考
文
献
［］ 国家 质检总局质检办 特［０ ７３ ５号 ： 于冶金起 重机械 整治工 １ ２ ０ ］７ 关
Mg-Y-Ce-Zr镁合金的阻燃机理研究
Mg-Y-Ce-Zr镁合金的阻燃机理研究Mg-Y-Ce-Zr镁合金的阻燃机理研究随着社会的发展和科学技术的进步，阻燃材料在各个领域中得到了广泛的应用。
镁合金作为一种轻质高强度材料，具有优秀的物理、化学和机械性能，在航空航天、汽车工业和电子设备等领域中具有巨大的应用潜力。
然而，镁合金材料在高温下容易燃烧，阻燃性能差，限制了其应用范围。
因此，研究提高镁合金的阻燃性能具有重要意义。
目前，研究人员通过合金的改性来提高镁合金的阻燃性能。
其中，加入Y、Ce和Zr等元素是常用的方法。
在Mg-Y-Ce-Zr镁合金中，Ce元素作为一种稀土元素，能够阻燃和降低燃烧速度。
Y元素具有良好的生防腐蚀性能，能够提高合金的高温稳定性。
Zr元素则能够形成稳定的氧化膜，提高镁合金的耐燃性能。
镁合金是一种具有高反应活性的金属，在高温下很容易与氧气发生剧烈反应，产生大量的热量和火焰。
因此，阻燃机理主要包括阻燃元素的氧化热吸收、析氧化物的减少和形成气相产品等过程。
首先，阻燃元素主要通过吸收氧化热来减缓镁合金的燃烧速度。
在高温下，Ce元素能够与氧气发生反应，生成CeO2等氧化物，吸收大量的氧化热，从而降低温度。
CeO2具有相对较高的熔点和热稳定性，能够抑制镁合金的燃烧反应，形成一层稳定的熔膜，起到阻燃的作用。
此外，Y元素也能够吸收部分氧化热，减缓燃烧速度。
其次，添加Ce和Y元素能够减少析氧化物的生成，改善燃烧产物的性质。
在燃烧过程中，Mg-Y-Ce-Zr镁合金能够抑制氧化物的析出，减少燃烧产物的产生。
研究表明，Ce和Y元素能够与氧气反应，形成稳定的CeO2和Y2O3等氧化物。
这些氧化物具有较高的熔点和良好的热稳定性，能够形成致密的覆盖层，阻止氧气进一步侵蚀镁合金表面，减少氧化物的生成。
最后，Ce和Y元素能够诱导燃烧过程中形成气相产物，改善阻燃性能。
在燃烧过程中，Ce和Y元素可以与镁合金中的非金属元素（如C、N等）反应，形成气态的CeO2和Y2O3等产物。
镁合金燃烧实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解镁合金的燃烧特性；2. 探究不同条件下镁合金的燃烧规律；3. 分析镁合金燃烧过程中的热力学和动力学变化；4. 为镁合金的防火、防爆研究提供实验依据。
二、实验原理镁合金是一种轻质、高强度的金属材料，具有良好的铸造性能和阻尼性能。
然而，镁合金具有易燃性，在高温、火焰等条件下容易发生燃烧。
本实验通过在氧气氛围中燃烧镁合金，研究其燃烧特性。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：镁合金棒、镁合金粉末；2. 实验仪器：高温炉、燃烧匙、氧气瓶、温度计、燃烧匙夹具、电子天平、烧杯、秒表、摄像机等。
四、实验步骤1. 准备实验材料：将镁合金棒切割成一定长度，镁合金粉末过筛，备用；2. 将镁合金棒放置在燃烧匙上，确保燃烧匙夹具固定牢固；3. 打开氧气瓶阀门，调节氧气流量至0.5L/min；4. 将燃烧匙夹具放置在高温炉中，预热至500℃；5. 使用电子天平称取一定量的镁合金粉末，放入烧杯中；6. 点燃酒精灯，将燃烧匙加热至红热状态；7. 将燃烧匙插入氧气氛围中，点燃镁合金棒；8. 观察并记录镁合金燃烧过程中的现象，包括燃烧速度、火焰颜色、燃烧产物等；9. 将燃烧匙取出，待镁合金燃烧完毕后，关闭氧气瓶阀门；10. 使用摄像机记录实验过程，并分析实验数据。
五、实验结果与分析1. 实验现象：在氧气氛围中，镁合金棒燃烧剧烈，火焰温度较高，燃烧速度较快。
燃烧过程中，镁合金棒表面出现熔融现象，燃烧产物主要为白色固体和气体。
2. 燃烧速度：实验结果表明，镁合金棒的燃烧速度与氧气浓度、镁合金成分等因素有关。
在相同条件下，镁合金粉末的燃烧速度较镁合金棒快。
3. 火焰颜色：实验中观察到，镁合金燃烧产生的火焰颜色为白色，表明燃烧过程中产生了大量的热量。
4. 燃烧产物：实验结果表明，镁合金燃烧后产生的固体产物主要为氧化镁，气体产物主要为二氧化碳。
六、实验结论1. 镁合金在氧气氛围中容易燃烧，燃烧过程中产生大量的热量和火焰；2. 镁合金燃烧速度与氧气浓度、镁合金成分等因素有关；3. 镁合金燃烧后产生的固体产物主要为氧化镁，气体产物主要为二氧化碳。
镁合金熔炼过程中的阻燃保护方法及进展
镁合金熔炼过程中的阻燃保护方法及进展随着社会科技的不断发展，镁合金已被广泛应用于航空、汽车、船舶、电子、医疗和体育器材等领域，其轻量、高强、高韧、高刚性和良好的加工性能使其成为理想的结构材料。
然而，镁合金在高温下易燃，同时燃烧时放出大量热量和有毒的气体，这极大地限制了镁合金的应用范围。
因此，加强镁合金的阻燃性能一直是研究者们关注的焦点之一。
镁合金熔炼过程中的阻燃保护是保证制造高质量镁合金的重要环节。
目前，常见的阻燃保护方法主要包括惰性气体保护，盐浴保护和涂层保护。
下面将分别就这些阻燃保护方法及其进展进行介绍。
1.惰性气体保护惰性气体是指在镁合金的熔炼过程中不与镁合金发生化学反应的气体，如氩气、氦气等。
惰性气体保护主要有两种方式：一是在炉内保持氩气局部氧化还原状态，避免氧气与镁合金直接接触，从而使镁合金熔体处于惰性气氛中，能有效地减少镁合金的氧化和燃烧。
二是向炉腔中引入惰性气体，将炉腔中的氧气逐渐排除出去，保持气体的惰性，防止露出的镁熔体与氧气和水蒸气反应。
惰性气体保护的优点是简单易行，不会污染环境，且对熔体造成的污染很少。
但其缺点也很明显：一是气体的消耗非常大，相应的生产成本也很高，二是氢在高温下极易析出反应，会导致熔体状况不同，从而影响最终产品的质量。
2.盐浴保护盐浴保护是在制备镁合金的熔炼过程中向熔池中加入一定量的盐浴，用盐浴来隔离空气和熔体，防止锅炉直接吹氧加热，从而达到阻燃的目的。
甚至，通过向盐浴中加入熔化后的镁粉碎，可直接得到镁合金。
盐浴保护的优点有：一是使用方便，稳定，可控性强；二是由于盐浴保护不仅可以起到阻燃的作用，还可以加速熔化速度，更快地得到高质量的镁合金。
然而，与惰性气体保护相比，盐浴保护存在以下问题：一是使用盐浴易造成后期产品的氢损耗，影响镁合金的质量；二是在使用过程中易出现盐水泼溅，造成烟雾，不利于环境污染的控制。
3.涂层保护涂层保护是指在镁合金熔炼过程中，先向镁坯表面涂上一层保护剂，隔离氧化物，以降低镁合金的氧化速率，达到阻燃的目的。
Mg-Zn-Er合金阻燃性能的研究的开题报告
Mg-Zn-Er合金阻燃性能的研究的开题报告一、研究背景与意义随着现代化建设的迅速发展，各种大型建筑、交通工具等基础设施的建设越来越普遍，大量的塑料、橡胶等可燃材料应用在其中。
这些可燃材料在火灾发生时会迅速燃烧，从而带来极大的财产损失和人员伤亡，严重危及着人们的生命和财产安全。
因此，发展可阻燃性能高的材料成为安全建设的重要方向，其中包括金属材料的开发。
Mg-Zn-Er合金是一种新型轻质金属材料，其密度仅为其他普通金属材料的1/3左右，具有优异的热导率和力学性能，但在高温和氧化环境下易燃烧。
因此，通过对Mg-Zn-Er合金进行阻燃改性，提高其防火性能，对于实现金属材料的阻燃化是非常有意义的。
本研究将对Mg-Zn-Er合金的阻燃性能开展深入研究，探索其阻燃机理，为新型金属阻燃材料的开发提供理论和实验依据。
二、研究内容和方法1. 合金材料的制备：采用真空熔炼法制备Mg-Zn-Er合金材料。
2. 阻燃改性：通过引入阻燃剂、填料和表面改性等方法，改善Mg-Zn-Er合金的阻燃性能。
3. 阻燃性能测试：对改性后的合金材料进行阻燃性能测试，包括燃烧性能、热释放速率、排烟性能等指标的测试。
4. 阻燃机理研究：通过对材料结构和燃烧产物的分析，探究阻燃改性对Mg-Zn-Er合金阻燃性能的影响及其机理。
三、研究预期成果通过对Mg-Zn-Er合金的阻燃性能研究，可以获得以下成果：1. 建立Mg-Zn-Er合金的阻燃改性体系，探索阻燃剂种类、填料体积分数和表面改性方法等方面的影响规律。
2. 对不同阻燃改性条件下的合金材料进行性能测试，获得一系列阻燃性能指标的数据。
3. 进一步分析材料的结构、燃烧产物等，探明阻燃机理。
4. 为新型金属阻燃材料的开发提供理论和实验依据。
四、可行性分析Mg-Zn-Er合金的研究已经有了一定的基础，阻燃改性是其未来发展的重要方向。
本研究将采用真空熔炼法制备合金材料，并通过引入阻燃剂、填料和表面改性等方法进行阻燃改性。
阻燃镁合金ZM5-0.1RE阻燃机理的研究
阻燃镁合金ZM5-0.1RE阻燃机理的研究
范超
【期刊名称】《冶金丛刊》
【年(卷),期】2009(000)002
【摘要】在ZM5镁合金中添加0.1% 混合稀土时,阻燃效果最佳,镁合金起燃温度提高到800℃以上.x射线衍射分析(XRD)和扫描电镜分析(SEM&EDS)表明其阻燃机理是在合金液表面形成致密的RE2O3和MgO复合氧化膜,阻止了镁合金的进一步氧化燃烧.高温氧化动力学研究显示:该合金在400℃和700℃氧化符合抛物线规律,而在600℃氧化遵循立方规律.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】范超
【作者单位】广西工学院,广西,柳州,545006
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.2+2
【相关文献】
1.ZM5-0.1%RE阻燃镁合金表面氧化膜的结构及阻燃机理 [J], 邓正华;李华基;饶劲松;李卫彬;陈婧
2.阻燃镁合金ZM5—0．1RE阻燃机理的研究 [J], 范超
3.Mg-Y-Ce阻燃镁合金表面膜的阻燃机理 [J], 樊建锋
4.基于SLS覆膜砂型(芯)的镁合金砂型铸造的阻燃机理分析 [J], 李偲偲;徐志锋;赵燕燕;谢云龙;赵开发;饶江华
5.阻燃镁合金ZM5-0.1RE氧化动力学研究 [J], 李卫彬;李华基;饶劲松;邓正华;李东
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A1镁合金阻燃方法与机理_黄正华2004.1
镁合金阻燃方法与机理X黄正华,张忠明,郭学锋(西安理工大学材料科学与工程学院,陕西西安710048)摘要:在镁合金熔炼过程中常遇到氧化燃烧问题,目前国内外有三种常用的镁合金阻燃方法:熔剂保护法、无熔剂气体保护法和合金化阻燃法,并阐明其机理;指出SF6混合气体保护法和合金化阻燃法是未来镁合金阻燃方法研究的方向,同时提出两者研究的一些关键性因素。
关键词:镁合金;阻燃;SF6气体;合金化中图分类号:T G14612文献标识码:A文章编号:1004)244X(2004)01)0063)05镁合金不仅具有密度低(纯镁是常用金属结构材料中最轻的一种,密度为1.74g/cm3,是钢的1/4或铝的2/3。
)、比强度和比刚度高的优点,还具有阻尼性能好、切削加工性好、导热性好、尺寸稳定、成本低、无污染、易回收等优点。
在汽车工业、通讯电子工业和航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用,预计镁合金将成为21世纪重要的轻质高强度材料之一[1-5]。
但是一些阻碍镁合金大规模应用的关键技术还没有得到解决,如镁合金在熔炼、锻压与热处理过程中发生的氧化燃烧现象。
多年来人们一直致力于寻找阻止镁合金在熔炼过程中氧化燃烧的方法,但迄今为止未能彻底解决该问题[6-9]。
有关镁合金阻燃方法的资料也比较分散,为此参考国内外大量的文献,对镁合金阻燃方法及机理进行综述,为镁合金阻燃的深层次研究提供一定的参考。
1镁与介质的作用在提出镁合金阻燃方法之前必须先了解在熔炼过程中镁熔体与周围介质之间的作用[10]。
1.1镁与氧气的作用镁与氧气的化学反应方程式为:2Mg+O2=2MgO+Q(1)镁与氧的化学亲合力较大,镁被氧化后表面形成一层疏松的MgO氧化膜,其致密度系数A=0.79 (A12O3的致密度系数A=1.28)。
不致密的氧化膜不能阻碍反应物质的通过,使氧化得以继续进行。
当温度高于500e时,氧化速率加快;当温度超过650e时,氧化速率则急剧增加,一遇氧即发生激烈的氧化燃烧,放出大量的热。
A2 Ca_Be在镁合金中的阻燃作用_郭玉福2009.5
Ca,Be 在镁合金中的阻燃作用*郭玉福 李荣德 刘贵立(沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳 110023)(2007年12月9日收到;2008年2月14日收到修改稿)建立了镁合金的晶体,液态及其固P 液界面模型.采用递归法计算了Ca,Be 在A -Mg 、固P 液界面、镁液态中的环境敏感镶嵌能,定义并计算了Mg ,Ca 及Be 与氧的原子亲和能.计算结果表明:Ca,Be 在镁晶体中的环境敏感镶嵌能较高,不能稳定固溶于晶体中,因此在固体中的溶解度较小.合金凝固时Ca,Be 扩散到环境能较低的液体中,向液面聚集.由于Ca,Be 与氧的原子亲和能低于镁与氧的亲和能,聚集在液体表面的Ca,Be 将优先与氧结合,生成致密的镁与合金元素的混合氧化物,阻止镁合金燃烧.关键词:电子结构,阻燃,Mg 合金PACC :7100,6170N,8140*国家自然科学基金(批准号:50671069),辽宁省教育厅科学研究计划(批准号:2008511,20060807,2007T165),沈阳市科技计划基金(批准号:1072026100)资助的课题.11引言由于镁合金的密度低,比刚度、比强度高,符合当今减重、节能、环保等要求,而且具有优良的导电、导热及磁屏蔽性能,所以在汽车、信息、航空航天等工业中都有很大的应用前景.但是因为镁的性质很活泼,而且熔点低,在高温常压下易挥发,易与氧气发生反应,导致燃烧[1,2].已有研究结果表明,通过合金化的方法可以达到镁合金阻燃目的.镁合金合金化阻燃就是在熔炼镁合金时添加适量的合金元素,改变合金液表面的氧化膜结构,将原来疏松的氧化镁膜转变为一种致密的复合氧化膜,阻止氧气与镁的结合,提高镁合金燃点.日本较早研究了加Ca 以防止镁合金燃烧的问题[3].当纯镁中添加的钙含量达到5%时,出现第一个氧化燃烧点时的温度比纯镁的提高约250e ,而且只要不发生机械破坏,燃烧点就难以产生.铍与氧的亲和力大于镁与氧的亲和力,可优先与氧反应生成致密的氧化铍,阻止镁的氧化燃烧[4].有研究表明,如果铍增加到一定程度,可以极大地提高镁合金的阻燃性能.而且这种合金还具有比原合金更好的流动性和抗热裂性能.关于镁合金阻燃问题目前多限于实验研究,理论研究特别是从电子理论角度分析镁合金的阻燃机理尚鲜见报道.因此,本文采用递归法[5]计算Ca,Be 分别在A -Mg 晶体、A -Mg 晶体与Mg 液体界面、Mg 液体的环境敏感镶嵌能,Mg,Ca 及Be 与氧的原子亲和能.分析镁合金合金化阻燃机理,以期从电子层面了解镁合金阻燃的物理本质,为深入开展镁合金阻燃研究提供科学依据.21计算模型与理论方法2111计算模型Mg 为密排六方晶格结构,其晶格常数为a =01320@10-9m,c =01520@10-9m.图1为Mg 固体P液体原子集团的薄片(|Z |<015c )在X -Y 面的投影.Mg 晶体由Mg 胞元平移获得,液态Mg 模型用分子动力学通过计算机模拟获得,固P 液界面模型采用自编计算机软件将液体Mg 原子集团中部挖空,并添入同体积晶体实现.2121理论方法递归法无需周期对称性,适应的计算对象较广[6,7].其理论基于薛定谔方程H 74=E 74,(1)第58卷第5期2009年5月1000-3290P 2009P 58(05)P 3315-04物 理 学 报AC TA PHYSIC A SINICAVol.58,No.5,M ay,2009n 2009Chin.Phys.Soc.图1Mg固P液界面模型式中H是哈密顿算符,74是波函数,E为能量.在LC AO表象中,74可以写成原子轨道的线性组合,这样薛定谔方程就转化成了矩阵方程.把系统的哈密顿做一次幺正变换,使其变为三对角化矩阵,由此定义局域态密度如下:Q=-1P Im3u01E-H u04,(2)其中Q为态密度,Im表示虚部,u0为初态格林函数.格点l的结构能可表示为E l=6A Q E f-]En A l(E)d E,(3)式中E l为格点l的结构能,E为能量,n A l为l格点A 轨道的态密度,E f为费米能级,可由下式确定:N=6A l Q E f-]En A l(E)d E,(4)其中N为系统中所有原子在孤立状态时的总价电子数.体系的结构能可表达为[8]E stru=6l E l,(5)式中,E stru为结构能,E l为l格点的格位能.表1原子轨道自能(eV)Mg O Ca BeEs-6188-34102-8117-5132E p(E d)-2199-16172递归法计算过程中哈密顿对角矩阵元和普适参数取自固态表[9],哈密顿非对角矩阵元取为Slater-Koster积分[10].原子价电子组态取为Mg:3s23p0,Ca: 4s2,Be:2s2,O:2s22p4.Mg,O,Ca和Be的原子轨道自能见表1.31结果分析3111Ca,Be在镁合金中的溶解度环境敏感镶嵌能是镶嵌原子在基体原子环境中引起的附加原子结合能,对于替位式镶嵌原子,环境敏感镶嵌能[11](E ESE)可表示为E ESE=E i b-E cl b=[E i-(n-1)E f-E i f]-(E cl-nE f),(6)式中n是用于总结构能计算的原子数,E i b,E cl b分别是含镶嵌原子和不含镶嵌原子时原子集团的总结合能.E i,E cl分别是含和不含镶嵌原子时原子集团的总结构能,E f,E i f分别是基体和镶嵌原子孤立时的原子能.环境敏感镶嵌能的高低与镶嵌原子在基体环境中的稳定性有关,它影响镶嵌原子在基体中的溶解度.环境敏感镶嵌能高,对基体环境影响大.由于镶嵌原子增加原子集团的结合能,原子团处于高能状态,镶嵌原子在该环境下是不稳定的,它会向环境敏感镶嵌能低的位置扩散.这样,镶嵌原子在环境敏感镶嵌能高的区域溶解度变小,而在环境敏感镶嵌能低的区域具有较高的溶解度.表2给出Ca,Be分别在A-Mg晶体、A-Mg晶体与Mg液体界面、Mg液体的环境敏感镶嵌能.Ca,Be在固体中的环境敏感镶嵌能远高于其他原子环境,在液体中最低.显然,Ca,Be在A-Mg晶体中不稳定,它有向环境能低的液体中扩散趋势.Mg合金凝固过程中,Ca,Be原子从晶体析出进入液体中.因此,当晶体生长时,Ca,Be富集在固P液相界面,并逐渐向液体表面聚集,使Mg液体表面的Ca,Be浓度增加.文献[12]报道Ca,Be在镁液中是表面活性元素,有向表面富集的趋势.这与本文的计算分析结果相符合.表2Ca,Be的环境敏感镶嵌能(eV)固态液态A-Mg固P液界面液体中Ca618221112276-110368Be10169733190661178293121Mg,Ca及Be与氧的亲和力合金原子与氧的亲和力一般可由氧化物的生成3316物理学报58卷热表示[13].通常认为生成热越高,则越容易与氧发生反应,即与氧的亲和力越大.为了从电子层面考察合金原子与氧亲和力的物理本质,本文在Mg液体中(模拟液态中氧化物的形成)取一个原子集团,定义该原子集团中合金原子A与氧原子O的原子亲和能为E attr=E A-O clus-E clu s-E A-E O+2E m,(7)式中E attr为原子亲和能,E A-O clu s和E clus分别为包含合金原子A,氧原子O的原子集团与不包含合金原子A,氧原子O(基体原子占原合金原子A、氧原子O位置)的原子集团结构能,E A,E O分别是合金原子、氧原子孤立时的自能,E m为基体原子孤立时自能.从上式可见,亲和能反映了合金原子与氧原子间的结合能力.亲和能较低时,合金原子与氧原子结合释放的能量大,所生成的氧化物生成热较高.从而A-O 原子的结合能力大,原子的亲和力较大.表3为本文计算的Mg,Ca及Be与氧的原子亲和能.Ca,Be与氧的亲和能低于Mg与氧的亲和能,说明Ca及Be与氧的亲和力大于Mg与氧的亲和力,Ca,Be比Mg更容易与氧结合,生成氧化物.表3Mg,Ca及Be与氧的原子亲和能(eV)Mg-O Ca-O Be-OE attr-1217213-2019003-24112243131Ca的阻燃作用在含Ca镁合金液中,由于Ca与氧的亲和力大于镁,因此,液体表面的Ca首先与氧结合生成CaO. Ca O是疏松的氧化膜,不能阻止氧通过薄膜进入镁液,氧穿过Ca O继续与镁反应生成MgO.后继扩散到镁液表面的Ca一部分与氧生成CaO,另一部分将替换MgO中的Mg,生成物Ca O与MgO交织在一起,组成致密的氧化物混合膜,阻止镁液继续燃烧.3141Be的阻燃作用由于Be与氧的亲和力大于镁,BeO首先在镁液体表面生成.初期镁液体中Be含量有限,BeO薄膜的厚度很小,在镁蒸气压力下极易破坏.当氧或镁穿越致密且薄弱的BeO薄膜时,Be O层遭破坏,氧与镁结合生成外层的MgO.MgO比较疏松,氧通过该层向内扩散,MgO不断生成,氧化层厚度增加,Mg的浓度逐渐下降.此时随结晶进行Be不断进入镁液体,由于Be在镁中为表面活性元素,且密度比镁小,在镁合金的液体中有很强的上浮趋势,造成Be在氧化层下富集,浓度不断上升.此时透过MgO层渗入的氧与Be进一步反应生成BeO,且Be置换MgO中的部分Mg原子,形成的致密BeO与MgO复合层阻止氧的继续渗入,起到阻燃作用.3151镁合金阻燃实验研究实验表明镁合金的燃点与氧化行为之间存在密切关系[14,15].文献[14]在研究AZ91的燃烧行为时发现:在连续加热条件下,燃点温度远高于固相线,说明维系燃烧继续进行的/自加热0需要足够高的液态镁体积分数.在不同温度下等温加热时,随温度降低,燃烧的孕育时间增长.这显示燃烧与氧化行为相关,无阻燃作用的氧化层(MgO)的形成引发燃烧.文献[16]指出,MgO的形成热很大,致使镁的局部温度可增高到2850度,进而加速氧化过程.而表面活性元素Be的加入,使吉布斯自由能大于零,Be O优先于MgO形成,起到阻燃作用.文献[3]认为CaO是疏松结构,氧可穿过它与镁反应生成MgO.生成物CaO 与MgO交织在一起,组成致密的氧化物混合膜,阻止镁液继续燃烧.这些研究结果与本文电子理论分析相符合.41结论11Ca,Be在Mg晶体中的环境敏感镶嵌能高于液态,在液态Mg合金中比在晶体中稳定.合金凝固过程中,从Mg晶体析出.并随结晶向液体表面聚集.21Ca与氧的亲和能力比Mg大,将先与氧发生反应.生成的氧化膜比较疏松,不能阻止氧侵入镁液体,氧通过CaO薄膜与镁反应生成MgO,并与后继扩散来的Ca结合组成致密的CaO与MgO复合膜阻止镁合金燃烧.31Be的氧化能力大于镁,初期生成的BeO薄弱易碎,氧透过破碎的Be O进入镁液与镁生成MgO 层,由于MgO比较疏松,氧可以穿过MgO继续与镁及聚集来的Be生成铍镁氧化物的复合膜,阻止镁合金燃烧.33175期郭玉福等:Ca,Be在镁合金中的阻燃作用[1]Yamhi ta J,Kunni M1996Adv.Mate r.&Proc.13980[2]You B S,Park W W,Chung I S2001Mate r.Trans.JIM421138[3]Sakamoto M,Aki yam A S,Ogi K1997J.Mate r.Sc i.Lett.161048[4]Luo A,Pekguleryuz M O1994J.Mater.Sci.295259[5]Haydock R1980Solid State Physics35(New York:Acade micPress)p216[6]Liu G L2006Ac ta Phys.Sin.551983(in Chinese)[刘贵立2006物理学报551983][7]Liu G L,Li R D2006Acta Phys.Sin.55776(in Chinese)[刘贵立、李荣德2006物理学报55776][8]Xiao S X,Wang C Y,Chen T L1998The Application of the Disc reteVariational Me thod in the De nsity Func tionalTheo ry to Chemist ry andMate rials Physics(Beiji ng:Science Press)p92(in Chinese)[肖慎修、王崇愚、陈天朗1998密度泛函理论的离散变分方法在化学和材料物理学中的应用(北京:科学出版社)第92页][9]Harri son W A1980Elec tronic Structure and the Prope rties o f Soli ds(San Francisco:Freeman)p551[10]Slater J C,Kos ter G F1954Phys.Rev.9414986[11]Wang L G,Wang C Y1997Mater.Sci.&Eng.A234521[12]Wang Z B,Liu J,Yuan Z X2005Shanghai Non f e rr.Met.26171(in Chi nese)[汪正保、刘静、袁泽喜2005上海有色金属26171][13]Zhao H J,Zhang Y H,Kang Y L,Wang Z H2006Spe cial foundy&Non f e rr.Alloy26340(i n Chinese)[赵鸿金、张迎晖、康永林、王朝辉2006特种铸造及有色合金26340][14]Mebarki N,Ravi N V,Blandin J J,Suery M,Pelloux F,Khelifati G2005Mater.Sci.and Technol.211145[15]Ravi Kumar N V,Blandi n J J,Suery M,Grosjean E2003ScriptMate r.49225[16]Zeng X Q,Wang Q D,Lu Y Z,Ding W J,Lu C,Zhu Y P,Zhai C Q,Xu X P2000Script Mate r.43403The ignition-proof effect of Ca and Be in Mg alloys*Guo Yu-Fu Li Rong-De Liu Gu-i Li(Mate ria ls Scien ce an d En ginee rin g Colle ge,Shen yan g Un ive rsity o f Tec hnolog y,Sh en yan g110023,Chin a)(Received9December2007;revised man uscrip t received14Feb ruary2008)AbstractThe a tomic cluster models of A-Mg,liquid Mg and the interface be tween liquid P solid have been founded.The environmen-t sensi t ive e mbedding ene rgy of Ca and Be in A-Mg,liquid Mg,liquid P solid interface has bee n calculated by recursion method.The a tomic affinity energy be tween Mg,Ca,Be with O has been defined and calculated.The calculated re sults show that the solid solubility of Ca and Be is very small in A-Mg,because of their higher environme n-t sensitive e mbedding energy leads to instability in A-Mg c rystal.The Ca and Be diffuse in to the liquid Mg,which has lo we r environmen-t sensitive e mbedding energy tha n the solid,and c ongrega te on the surface of liquid Mg as the alloys solidify.Because the atomic affinity energy of Ca-O and Be-O is lower than Mg-O,The Ca and Be aggregating on the surface of liquid Mg will priorly combined with O,forming c ompac t oxides of Ca,Be and alloys of elements,which prevent Mg alloys from burning.Keywords:electronic structure,ignition-proof,Mg alloysPACC:7100,6170N,8140*Project supported by the National Nature Science Foundation of Chi na(Grant No.50671069),the Science Res earch Program of the Education Bureau of Liaoning Province,China(Grant Nos.2008511,20060807,2007T165),and the Science and Technology Development Program of Shenyang,China (Grant No.1072026100).3318物理学报58卷。
镁合金的阻燃性
镁合金的阻燃性1.阻燃性问题镁及镁合金由于具有高的比强度、比刚度以及减震性、电磁屏蔽能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，因而在汽车、电子、航天航空等领域得到了广泛应用。
但镁的化学活性很强，在高温时易氧化燃烧，这就导致镁合金的熔炼和加工十分困难。
因而有必要寻找一种经济、实用、无污染的镁和金熔炼保护方法以防止镁合金生产过程中的氧化燃烧问题。
目前较为成熟的镁合金阻燃方法有熔剂保护法和气体保护法，但这两种方法在应用过程中存在着熔剂夹杂、污染环境以及设备复杂等缺点。
20世纪50年代人们提出了合金化阻燃的想法，即通过向镁合金中添加合金元素，使其在熔炼过程中自动生成保护性氧化膜，从而阻止镁合金的进一步氧化燃烧。
到目前为止，关于合金化阻燃方法的研究主要集中在Ca、Be和RE等几种元素上。
2.含Ca阻燃镁合金的研究现状日本较早研究了加Ca的阻燃镁合金，日本九州国家工业研究所的Sakamoto 和九州大学的Fukuoka等人研究了Mg-Ca二元合金的阻燃情况。
他们通过测定Mg-Ca合金在加热升温过程中的起燃温度(出现第一个起燃点时的温度)发现：加入1%Ca 能提高燃点250℃，但金属镁的氧化膜表面粗糙不能阻止进一步的氧化；对于加入5%Ca的镁合金，其氧化膜即使在970℃的大气中暴露60min，氧化膜仍很薄，表面光滑均匀。
同时，他们的研究还表明，在Mg-Ca合金表面生成的表面氧化膜是一种双层结构，这种双层结构的外层为致密的CaO层，其厚度不随氧化时间而增加；内层是CaO和MgO的疏松混合层，随氧化时间的增加其厚度增加。
这种氧化膜能阻止外界气氛中的氧向Mg液中渗入并同时阻止Mg 液的挥发，从而提高了燃点。
日本东京工艺学院的Chang等用挤压铸造加工出了加Ca阻燃、加Zr细化的镁铸件，研究了Ca和Zr对组织和性能的影响，证明同时加入Ca和Zr能有效的起到防燃作用，且Ca能提高Zr在镁合金中的溶解度而强化细化效果。
我国许多学者也对含Ca镁合金的阻燃效果及阻燃机理进行了深入的研究。
氮气气氛下阻燃镁合金及其阻燃机理研究的开题报告
氮气气氛下阻燃镁合金及其阻燃机理研究的开题报告
1. 研究背景和意义
随着现代工业的发展，大量的金属材料被应用于各种领域，如航空航天、汽车工业、电子产业等等。
但是，在高温、高压、高速等恶劣环境下，金属材料容易因为氧
化而燃烧失效，给生产带来了极大的安全隐患。
因此，研究具有阻燃性的金属材料具
有重要意义。
镁合金是一种重要的结构材料，因其密度小、强度高、耐腐蚀等优良的性能而被广泛应用于各种领域。
但是，在高温、高氧气气氛下，镁合金很容易发生燃烧。
因此，提高镁合金的阻燃性能是必要的。
2. 研究目的
本文旨在研究氮气气氛下阻燃镁合金及其阻燃机理，为开发具有高阻燃性的镁合金提供理论支持。
3. 研究内容和方法
本研究将针对常见的AZ31B镁合金，采用用氮气气氛下的加热燃烧实验、SEM、EDS等手段进行分析，研究氮气气氛下阻燃镁合金及其阻燃机理。
4. 预期研究结果与意义
预计可以通过研究氮气气氛下的阻燃材料、分析SEM、EDS等来探讨镁合金阻燃机理，为开发更具有阻燃性能的镁合金提供理论依据。
同时，本研究可以为总结和推
广氮气气氛下的阻燃技术提供参考。
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相 的 硬度减 少 了 ５ ％一 Ｏ ，使 Ａ ９ Ｄ合金 的 高温 Ｏ ６％ Ｚ１ 力 学 性 能达 不 到更 高要 求 ， 超 过 １ ０Ｃ 在 ２ ￣ 的情 况下 ， 无法 长 时 间使用 ［ｄ。 为此 ，采用 合 金 化方 法 ， １５ ４］ 向 Ａ ９ Ｄ合金 中加入 其 它合 金 成分 。 改 善镁 合 金 的 Ｚ１ 能 性能 。 扩展 其应 用范 围 。
２ 含 Ｃａ阻燃 镁 合 金
Ｃ ａ作 为 表 面活 性 元 素 已经广 泛 应 用 于 改 善各 式合 金材 料 的组织 和性 能 。 究表 明 。 研 向镁合 金 中添 加Ｃ ａ的确 有助 于提 高镁 合金 的性 能【。 纯镁 中加 ｌ在 饲 入 一定 量 的 Ｃ ａ时 ， 研究 虽 然还 不 充分 ， 一般 都 其 但 认 为 其 时 效 过 程 可 生 成 热 稳 定 性 较 高 的 六 方 晶 Ｍｇ ａ相 ， Ｅ Ｃ 有助 于 改善镁 合金 的耐 热性 。 镁 的着火 纯 点 大约 在 ５ ０Ｃ． 高 于 ５ ０Ｃ 其表 面就 会 形成 疏 ０￣ 在 ０￣时
松 多孔 的氧化膜 ： Ｍｇ Ｃ 而 — ａ合 金 的氧化 膜 是 由顶层
金， 而在 这 些镁 合 金 中 以 Ａ ９ Ｄ合 金 最 具代 表 性 。 Ｚ１
以下 介 绍 的镁 合 金 性 能 多 以 Ａ ９ Ｄ合 金 为 基 体 。 Ｚ１ 分 析对 其 添 加起 阻燃 作 用 的合 金 元 素后 。 其性 能 发
维普资讯
第 ９卷
第 １ 期
重庆科 技 学 院学 报 （ 自然 科学 版 ）
２０ ０ ７年 ３月
阻 燃 镁 合 金 性 能 的 研 究
龙 治辉 蒋 汉祥 梁 莉 林 琳
（ 重庆 大学 ， 重庆 ４ ０ ４ ） ０ ０ ４
摘 要 ： Ａ ９ Ｄ镁 合 金 为 例 ， 述 添 加 起 阻 燃 作 用 的金 属 元 素 之 后 ， 合 金 的 阻 燃 性 能 、 理 性 能 和 化 学 性 能 的变 以 Ｚ １ 论 镁 物
一
定 的局 限性 。例如 汽 车 、 摩托 车等 一 旦发 生 碰撞
或油 箱渗 漏 ， 用 的镁合 金材 料就 容易燃 烧 ， 所 安全 无 法保 证 。因此 ， 究 和 改善 阻燃 镁 合 金 的性 能 有着 研
积极 意 义 。
在 时效 过程 中析 出后 起 强化 作用 【。另 外 ， ｌ ３ 】 Ｍｎ 燃烧 的方 法有气 体 保 护法 、 剂保 护法［ 熔 ５ １ 和合金 化法啕 。而气 体保 护法 和熔 剂保 护 法应 用 范 围有 限 ， 不利 于 环 境保 护１， 且 ７ １ 合 金 化法 则 比较 方 便 实用 。所谓 合 金 化 阻燃 ， 即在 镁 合 金成 分 中加 入 适量 的低 氧 位合 金 元 素 ． 也就 是
化 及 其 在 生 产 中 的实 用 价 值 。最 后 对 阻 燃 镁 合 金 的研 究 提 出一 些 建 议 。 关键词 ： 阻燃 ； 合金 ； 能 镁 性
中 图分 类 号 ： Ｇ１６ Ｔ ４
文献 标 识 码 ： Ａ
文章 编 号 ：１ ７ － ９ ０２０ ）１ ０ ２ — ４ ６ ３ １ ８ （ ７０ － ０ ４ ０ ０
生 的变 化 。
１ 阻燃 镁 合 金 Ａ ９ ｚ １ Ｄ
镁 合金 是 目前工 业应 用较 普遍 的最 轻 的金属 材
Ｏ５ 其余 为 Ｍ ｌ 在 Ａ ９ Ｄ合金 中 ， ｌ ． ％； ｏ 。 Ｚ１ Ａ 的含量仅 次 于 Ｍｇ 对 合 金 的性 能 影 响很 大 ， 含 量一 般 控 制 ， 其 在 ９５ ．％以内 。因为 含 Ａ 过多 会 降低 合金 的力 学 性 ｌ 能…。 为兼顾 铸造 性 能 和力 学性 能 ， 金 中的 Ａ 含 】 合 ｌ 量 应控 制在 ８ ９５ ％ ． ％为宜 。其 次是 Ｚ ， 金 中 的 ｎ合 Ｚ ｎ能提 高 Ａ ９ Ｄ合 金 的抗 腐 蚀 性 和抗 拉 强 度 ， Ｚ１ 但 过多 Ｚ ｎ含 量 又会 加剧 镁 合 金 的缩 松 缺 陷 。合 金 中 的 Ｍｎ含 量 很 少 ， Ｍｎ与 Ｍｇ 形 成 化 合 物 ， 能 且 不 但 与 Ａ 生 成 Ｍｎ １Ｍｎ Ｌ和 Ｍｎ １等 化 合 物相 粒 子 ， ｌ Ａ、 Ａ Ａ６
与氧 的亲 和力 比纯 镁 与氧 的亲 和力 大 的 合金 元 素 ，
使原 来 合 金 表 面疏 松 的氧 化 膜 结 构 转 变 为一 种 致
密 的复 合氧 化膜 ， 止合 金 内部 的镁 与空 气 中的氧 阻
直接 接 触 ， 而提 高镁 合 金 的起 燃 点ｉ １ 从 ｓ 。已经 开发 ， ９ 的有 含 Ｃ 、 Ｂ 、 Ｚ ａ 含 ｅ 含 ｎ和 含 稀 土 等 多 种 阻燃 镁 合
与合 金 中微量 的 Ｆ ｅ结合 ， 高镁合 金 的耐蚀性 。 提 Ａ ９ Ｄ合金 是 目前 运 用最 广 泛 的 阻燃镁 合 金 ， Ｚ１ 具有 良好 的铸 造性 能 和抗腐 蚀性 能 。但 由于其沉 淀
强 化相 Ｍｇ Ａ 的热稳定 性差 ，在 ２ ０Ｃ ， ｌ ｌ ７ ２ ０ ￣ 时 Ｍｇ Ａ ７ ２
料 ， 密度 一般 在 １ ５ １ ５ ／ｍ 之 间【 具 有减 重 、 其 ． — ． ｇｃ ７ ８ ｌ Ｊ ， 节 能 、 振性好 、 减 电磁屏 蔽强 等诸 多优点 。正 是 因为 这些 优 势 。 合 金作 为一 种 绿 色环 保 材料 ， 镁 在军 工 、 航 空航 天 、 车 、 汽 电子等 领域 中得 到 了 日益 广泛 的应 用 【Ｊ 是 由于镁 的化 学 性 能活 泼 ， 氧 的 化学 亲 ２ 。但 Ｉ ３ 与 和力 较 大 ， 熔 化 后不 能 自行 在 熔 体表 面生 成致 密 且 的氧 化膜 ， 使 镁合 金 的耐热性 很差 ， 致 因此 其应 用有