混合稀土阻燃镁合金ZM5表面张力及其对阻燃性能影响研究

• 作 者: 刘华堂
• 机 构: 重庆大学
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 混合稀土阻燃镁合金ZM5 表面张力 阻燃性能 存在形态

镁合金的合金化阻燃可以减少镁合金材料在熔炼、浇注、燃烧倾向，降低设备及工艺的复杂程度，有着极好的应用前景和发展潜力。　　本课题从合金熔体氧化膜表（界）面张力方面分析阻燃镁合金的阻燃机理。采用经成分配比优化后的混合稀土，通过测量添加不同量混合稀土的镁合金熔体的表面张力，分析混合稀土对熔体的表面张力和熔体/氧化膜界面张力的影响，进而研究对阻燃镁合金的表面氧化膜形成、结构及性能的影响。　　采用最大气泡压力法测量熔体的表面张力。实验表明，表面张力与温度和混合稀土的加入量有关。表面张力随温度的升高而降低，在相同温度下，混合稀土加入量增加，熔体的表面张力减小。　　混合稀土在熔体中的存在形态对镁合金熔体的阻燃效果影响很大。混合稀土以Al-10RE中间合金的形式加入熔体后，将有大量的稀土元素是以铝稀土相的形态存在，并以活性原子团的形式在熔体中进行扩散和表面富集。铝稀土相和稀土原子表面富集会在氧化膜与熔体之间形成一层富稀土的“封闭层”。封闭层可以减少Mg原子与O2接触的几率，减少MgO的生成量，同时还会优先与氧气结合，生成稀土氧化物和氧化铝。　　对氧化膜进行SEM和XRD分析表明，镁合金熔体表面的氧化膜由（RE）2O3、MgO、Al2O3组成，稀土氧化物和氧化铝填补在氧化镁空隙中，使得氧化膜变得致密。实验中混合稀土加入量为0.1％时合金熔体的阻燃效果最好。　　结合实验数据和大量的文献，建立了氧化膜破裂模型、界面润湿模型、氧化膜的破裂能量公式对稀土在镁合金熔体中的微观作用机理和氧化膜的高温失效进行了分析研究。得出，RE向界面集聚会降低熔体/氧化膜的界面张力，使氧化膜处于低能量状态，不易起皱破裂。同时氧化膜熔体界面的界面张力降低会使熔体与氧化膜的粘附功增大，增高氧化膜/金属界面的破裂需要的能量，使氧化膜金属界面的结合更加牢固，提高了氧化膜的保护性能。