熊本大学开发出新型高强阻燃镁合金

《科学新闻》报道,日本熊本大学先进镁国际研究中心的河村能人教授等人研发出了一种新型镁合金,其屈服强度是传统通用高强度镁合金的1.7倍以上,并且具有阻燃性。河村能人教授表示,该研究发现硬质层即使分散在整个材料中也能发挥扭结强化性能,这一成果有望扩展到其他金属材料和陶瓷等领域,开辟新的学术领域。

阻燃镁合金起燃温度的研究

以Ce为主研究了元素对起燃温度的影响并与国外研究较多的钙元素的作用进行了对比 ,认为Ce与Ca同样对镁合金的阻燃具有显著作用 ,添加 1%的Ce ,起燃温度提高约 180℃ ,而添加 1%的Ca ,起燃温度提高约 2 80℃。可直接暴露在大气中熔炼镁合金。研究表明 :添加稀土Ce的镁合金的表面膜基体金属由原来的MgO疏松结构转变为由MgO ,Ce2 O3,Al2 O3及Mg1 7Al2 组成的复合致密结构 ,具有很好的阻燃效果。

阻燃镁合金ZM5-0.1RE氧化动力学研究

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。利用光学显微镜分析了ZM5-0.1RE氧化膜的表面形貌。X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜分析(SEM&EDS)表明,这层致密氧化膜由RE2O3、MgO、Al2O3、Mg17Al12组成,氧化膜致密度大于1,具有保护作用。高温氧化动力学研究显示,温度为700℃时,合金的高温氧化动力学曲线符合抛物线规律,在这个温度下,氧化膜增重很少,保护性好。

Mg-3.5Y-0.8Ca阻燃镁合金的表面氧化膜结构研究

通过Y和Ca的同时加入获得了阻燃效果优异的Mg-3.5Y-0.8Ca阻燃镁合金,实现了镁合金在大气条件下的无保护熔炼。XRD,SEM和AES等表面分析结果表明,Mg-3.5Y-0.8Ca阻燃镁合金在高温下暴露于大气中时,合金表面会生成一层以Y2O3为主的氧化膜。Y2O3膜结构致密,铺展性强,在高温下为固态且不易挥发,电导率低,这些性能决定了其是一种优良的保护性氧化膜,能够阻碍镁合金基体的进一步氧化。

阻燃镁合金研究进展

介绍了阻燃镁合金的研究进展。解决镁合金氧化燃烧问题的根本就是在理论上弄清镁合金的氧化特性和燃烧机制,从而找到适用于镁合金工业化生产的阻燃方法。

阻燃镁合金材料的研究现状及发展趋势

综述阻燃镁合金材料的研究现状,分析合金元素Ca、Be、Ce、Bi的作用,对阻燃镁合金的一些新发展情况作了介绍。

阻燃镁合金的研究现状及进展

综述了阻燃镁合金的研究开发现状,尤其是Ca、Be、Zn和稀土在镁合金中的阻燃作用及其阻燃机理,指出了阻燃镁合金研究目前还存在的问题和今后的研究重点。

阻燃镁合金AZ91D-0.3Be-RE的研究

研究了添加铍对镁合金AZ91D的阻燃性以及混合稀土对其组织与力学性能的影响。结果表明,铍(Be)可以有效地提高镁合金的起燃温度,含0.3wt%Be的镁合金的起燃温度提高近300℃,可直接暴露在大气中熔炼。稀土可抑制镁合金AZ91D非平衡结晶的进行,同时也抑制Mg17Al12相的析出,强化了基体;另外花瓣状和短杆状Al4RE相可阻止裂纹的形成,增大合金的断裂抗力,从而使合金的室温抗拉强度在固溶态和时效态下均提高20%;硬度在铸态下提高20%,在时效态下提高30%。由于Al4RE相热稳定性高,使高温抗拉强度在铸态下提高50%,在时效态下提高20%;伸长率在铸态和时效态下均提高100%。

新型稀土阻燃镁合金研究

为了寻求Mg-Y-Ca阻燃镁合金的强化方法,详细研究了Y和Ca对Mg-4%Zn合金微观组织和力学性能的影响。结果发现,只要加入0.3%的Ca就可使晶粒大为细化,而随着Ca含量的增加,Mg-4%Zn-Ca合金的抗拉强度呈先快速增加后缓慢降低的趋势;随着Y含量的增加,凝固组织逐渐粒化,晶粒尺寸变小,相应地,其抗拉强度呈上升趋势。在综合考虑阻燃能力和力学性能的基础上,按照致密氧化膜的形成条件,选定Mg-4%Zn-3.5%Y-0.8%Ca为新型阻燃镁合金的初步成分。该合金能够在无保护条件下进行熔炼及浇注,且具有较好的力学性能,很有潜力发展成为综合性能优良的新型阻燃镁合金。

消失模铸造阻燃镁合金的组织与力学性能

对消失模铸造阻燃镁合金的组织和力学性能的试验研究表明 ,RE的加入在组织中出现了枝条状共晶Al1 1 RE3相 ,并未形成粗大 Al2 RE相 ,同时晶界上离异共晶 β相的数量大大减小 ,且呈不连续网状或孤立块状分布。降低模样厚度和浇注温度 ,合金的组织明显细化 ,共晶 Al1 1 RE3相和 β相的尺寸减小 ,分布更为均匀。消失模铸造阻燃镁合金的力学性能与消失模铸造 AZ91镁合金的基本相当 。

Sr对ZM5-3%Ca阻燃镁合金组织与性能的影响

研究微量Sr（0.05%-0.15%）对ZM5-3%Ca阻燃镁合金凝固组织与力学性能的影响。结果表明,在微量Sr的作用下,ZM5-3%Ca阻燃镁合金的凝固组织显著细化,其初生相由发达的树枝晶转变为均匀细小的等轴晶或蔷薇状晶体,力学性能有所提高;随着Sr含量的增加,合金的晶粒尺寸逐渐减小,抗拉强度和屈服强度逐渐增加。

不同磁场功率对ZM5-3%Ca阻燃镁合金凝固组织的影响

研究了不同功率的脉冲磁场和直流脉动磁场对ZM5-3%Ca阻燃镁合金凝固组织的影响。结果表明,脉冲磁场和直流脉动磁场对ZM5-3%Ca合金的凝固组织都有一定程度的细化作用;随着脉冲磁场或直流脉动磁场功率的增加,合金的晶粒尺寸逐渐减小,初生枝晶逐渐退化;与直流脉动磁场相比,脉冲磁场对合金凝固组织的细化效果更明显。

超声波熔体处理AZ91D-3Ca阻燃镁合金的工艺优化

以AZ91D-3Ca阻燃镁合金为研究对象,运用正交试验方法分析超声熔体处理的功率密度、处理时间和施振温度三个工艺参数对合金凝固组织的影响。研究表明:超声熔体处理对于AZ91D-3Ca镁合金凝固组织的晶粒大小和形貌均有一定的影响。对晶粒大小而言,施振温度影响最大,处理时间次之,超声功率密度影响最小;对于晶粒形状系数而言,施振温度的影响同样最大,其次为处理时间和超声功率密度,后两者影响程度相差不大。最佳工艺参数为:超声功率密度7 W/cm2、处理时间15s、施振温度600℃。

低压脉冲磁场对ZM5-3%Ca阻燃镁合金凝固组织的影响

采用低压脉冲磁场处理ZM5-3%Ca阻燃镁合金的凝固过程,考察了脉冲电压和脉冲频率对合金凝固组织的影响。研究结果表明:低压脉冲磁场可以显著细化ZM5-3%Ca合金的凝固组织;随着脉冲电压或脉冲频率的增加,合金的晶粒尺寸逐渐减小,初生相逐渐退化,由发达的树枝晶转变成细小的等轴晶或蔷薇状晶体。

阻燃镁合金的研究现状

介绍了镁合金的阻燃机制,综述了阻燃镁合金的研究现状,分析了合金元素Ca,Be,Zn和稀土在阻燃镁合金中的作用,指出了其作为镁合金添加元素的优点和不足之处。阻燃镁合金正向着合金多元化的方向发展,多种合金元素相互匹配,既可达到阻燃的目的,又能不破坏镁合金的性能。阻燃镁合金中添加元素在液面上的化学反应过程及其热力学、动力学机制尚不清楚,需要在此方面进行深入地研究。

Mg-Y-Ce阻燃镁合金表面膜的阻燃机理

通过同时加入Y和Ce获得了阻燃效果优异的Mg-Y-Ce阻燃镁合金,实现了镁合金在大气条件下的无保护熔炼,Mg-Y-Ce合金由工业纯Mg(99.9%,质量分数)、Mg-25%Y(质量分数)中间合金和纯Ce(99.5%,质量分数)在电阻炉中于保护性气氛(CO2+0.5%SF6)下熔配而成。AES(PHI550 ESCA/SAM)和XRD(X’Pert Pro MPD)表面分析结果表明:当Mg-3Y-4.5Ce阻燃镁合金在高温下暴露于大气中时,其表面膜为双层膜,外层主要由Y2O3组成,而内层Y和Ce含量极低,以Mg和MgO为主。基于高温氧化热力学分析,建立了Mg-Y合金在高温下的选择性氧化模型,获得了Mg-Y合金能够发生选择性氧化的Y浓度阈值(约为7%,质量分数)。分析了Ce在Mg-Y合金选择性氧化中的第三元素效应,Ce起到了"吸气剂"的作用,可以抑制氧向合金内部扩散,从而抑制Y元素的内氧化。

阻燃镁合金AZ91D的研究

研究了通过添加铍,可得到直接暴露在大气中熔炼的镁合金AZ91D。通过金相组织观察发现:当铍的含量达到0 015%时,合金的晶粒度最好,而且具有很好的阻燃性能;同时研究了采用不同的变质剂AZ91D合金进行变质处理。实验结果表明:变质处理的AZ91D合金,组织明显细化,尤其是时效处理后,其力学性能得到大幅度提高,拓宽了合金的使用范围。

阻燃镁合金的研究现状和发展趋势

介绍了镁合金的燃烧机制,总结了阻燃镁合金的研究现状,分析了合金元素Ca、Be、Zn和稀土的作用,指出其未来发展的方向。

阻燃镁合金AZ91D-0.3% Be-Sr的研究

研究了镁合金AZ91D-0.3%Be-Sr的阻燃性及Sr对合金显微组织和力学性能的影响,结果表明,在镁合金AZ91D中加入0.3%Be,显著提高了阻燃性,使试验合金可在无覆盖和保护的条件下直接暴露在大气中熔炼。加入少量Sr可使镁合金AZ91D-0.3%Be-Sr的组织得到细化,力学性能显著提高。X射线衍射分析表明,阻燃机理是在合金液表面形成致密的MgO-BeO复合保护膜,阻止了镁合金的进一步氧化燃烧。

稀土阻燃镁合金研究进展

综述了稀土阻燃镁合金的阻燃机理及其研究的最新进展。相比单一稀土元素的添加，混合稀土可以更好的提高镁合金的起燃温度。