Mg-Zn-Er合金阻燃性能的研究

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镁合金作为最轻的结构材料,因为具有密度小、比强度高和机械性能良好等众多的优异性能,在过去的几十年里被越来越多的应用在汽车工业和3C领域中。然而镁合金在熔炼和成型过程中极易发生氧化燃烧,这使得镁合金的进一步应用受到了限制。为此,研究一种新型的阻燃镁合金是一项越来越迫切的任务。本文采用普通凝固铸造的方法,制备了具有阻燃性能的Mg-Zn-Er合金,系统地研究了稀土元素Er对Mg-Zn-Er合金燃点和表面氧化膜的影响规律,研究了Mg-Zn-Er合金初始起燃位置和氧化膜形成的过程,对Mg-Zn-Er稀土镁合金表面氧化的热力学过程进行了分析。研究结果表明:  随着在合金中添加的稀土Er含量的增高,合金的燃点逐渐增高,燃点曲线呈抛物线式增长,当Er的添加量超过1%时燃点增长迅速,Mg-5Zn-2.5Er的燃点已经达到了783℃,比Mg-5Zn合金的燃点高了160℃。因此在Mg-Zn合金中添加稀土Er元素能明显提高合金的燃点,但是当加入Er含量过多时(大于3%时),燃点增长的速度变缓。  在Mg-5Zn合金中,燃烧初期形成的氧化瘤出现在晶界处,即最初的起燃点位置出现在晶界处。当在Mg-5Zn合金中添加稀土元素Er时,合金晶界位置处形成致密的Er2O3氧化膜,使最初起燃点的位置出现向晶内转移的趋势。  在Mg-5Zn合金中添加少量的稀土元素Er后,当合金氧化时Er首先在晶界处聚集且与氧气氧化成点状的Er2O3氧化膜。随着合金中添加Er含量的增加,氧化时晶界处的Er2O3也随之增多。当添加的稀土Er含量为1%时,合金的晶界处被均匀的Er2O3氧化膜所覆盖。当Er的含量增加到1.5%时,合金氧化时晶内也出现了较多的Er2O3,此时晶界和晶内处的Er2O3含量已经没有明显的区别,继续提高温度时,点状的Er2O3形成薄膜状,且覆盖合金的大部分表面。当Er的添加量达到3%时,稀土Er向熔体表面聚集,表面形成的Er2O3氧化膜全部覆盖合金的表面,且氧化膜也随之增厚。但是加入过量的Er时,表面Er2O3氧化膜由于过厚导致内应力过大而出现氧化膜的破裂,所以添加2.5%Er对Mg-5Zn-xE合金的阻燃性能最好。
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