镁合金中能够降低其活性的元素是铍和钙。在镁中添加微量的金属铍(质量分数为0.002%~0.01%),可以提高镁熔体的抗氧化能力。由于铍是镁的表面活性元素,富集于镁熔体表面,致使表面铍含量约为合金中含铍量的10倍,并优先氧化。氧化铍的致密度系数α=1.71,故氧化铍可以形成致密的复合氧化膜。但铍具有一定的毒性,不但对人体有害,而且废弃的炉渣危害环境,过量的铍还会引起晶粒粗化,降低合金的力学性能,并加大热裂倾向。当温度高于1023K时,铍对提高镁的抗氧化的作用大大降低,而镁合金的熔炼温度一般均高于1023K,因此用加铍防止镁熔体氧化仅是一种辅助措施。镁合金的熔铸必须采用有效措施,才能防止镁的氧化燃烧。
图3-6 气体保护镁合金的生产工艺流程
日本较早研究了加Ca防止镁合金燃烧的问题,Sakamoto等测定了含质量分数为1%~5%Ca的镁合金的燃点,结果表明加入质量分数1%的Ca能够提高燃点250℃,质量分数5%的Ca的镁合金,其氧化膜即使在970℃的大气中暴露60min,氧化膜也没有增厚的现象。含Ca镁合金熔体表面所形成的氧化膜由两层组成:上层是CaO,下层是MgO-CaO混合膜。CaO层的厚度与暴露时间无关,MgO-CaO混合膜层厚度随时间增加,含Ca的氧化膜具有阻止氧渗入镁液和抑制熔体表面镁挥发的作用,由此提高了镁合金的燃点。(www.xing528.com)
但值得注意的是,添加过多的Ca会影响镁合金的一些其他性能。质量分数超过0.3%的Ca会降低镁合金的焊接性能;铸造镁合金中质量分数为0.5%以上的Ca会增大合金的脆性,降低合金的力学性能;在含Al的镁合金中,Ca会阻碍Al在镁中的溶解过程,增加镁合金热处理的难度。
稀土元素也有提高镁合金阻燃性的作用,镁合金的起燃温度随着稀土加入量的增加而增加。这主要是因为稀土作为表面活性元素,富集于镁合金表面,阻碍了镁与氧的接触。
经过多年的研究,上海交通大学轻合金精密成形国家工程中心发明了能够在大气中直接熔炼的压铸阻燃镁合金及其熔炼和压铸工艺,铸造阻燃镁合金及其熔炼和铸造工艺,耐热压铸阻燃镁合金及其熔炼和压铸工艺,塑性变形阻燃镁合金及其熔炼和塑性变形工艺,成功开发了具有良好阻燃效果的阻燃镁合金。
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