摘要鎂合金在熔煉過程中容易產生氧化燃燒，因此必須采取有效的措施對其加以保護，合金化是一種理想的阻燃方法。本文研究了添加不同Ce含量對Mg-1.2Ca鎂合金的阻燃性能和熔體表面張力的影響。結果表明:隨著Ce的質量分數從0增加到1.5%時，Mg-1.2Ca合金的燃點大幅度提高，表面張力不斷下降。當Ce含量提高到1.2%時，鎂合金的燃點達到780℃。隨著Ce元素的添加，由MgO，CaO和Ce2O3組成的復合氧化膜非常致密，從而可以很好的阻止Mg-1.2Ca鎂合金的氧化燃燒。對Mg-1.2Ca-1.2Ce鎂合金氧化膜的SEM和EDS進行了綜合分析，結果表明氧化膜最外層主要是MgO，中間層主要是CaO，而Ce2O3主要集中在氧化膜和基體的交界處。

前言

鎂合金具有密度小、比強度和比剛度高、良好減震性和消磁性，并且易于切削、成型，因此在航空航天、汽車工業、電子科技等領域得到廣泛的應用。但是鎂合金在熔煉、澆注過程容易氧化和燃燒，因此必須采取一定的保護措施。現在最常用的阻燃方法是熔劑覆蓋法和氣體保護法，但這兩種阻燃方法都不可免的存在熔劑夾雜、環境污染、設備和工藝復雜等缺點。

20世紀50年代，國內外提出阻燃鎂合金的研究開發，其主要原理在于向鎂合金中添加適量的低氧位合金元素(即其與氧的親和力大于鎂與氧的親和力)，使鎂合金在熔煉、澆注過程中自動生成一層致密的復合氧化膜，從而阻止鎂合金的進一步的氧化燃燒。日本九州國家工業研究所的Sakamoto和九州大學的Fukuoka等人較早研究了Ca對于合金阻鎂燃性能的影響。在鎂合金中單獨加入Ca元素后，其總體趨勢是含Ca量越高其阻燃性越好，但大量實驗證明Ca含量的增加，晶界上會出現富Ca的金屬間化合物，使合金的力學性能降低，從而阻礙了含Ca阻燃鎂合金的進一步推廣應用。黃曉鋒等的研究發現，Ce元素的加入對提高AZ91D合金在固態下的起燃溫度有著重要的作用，隨著合金中Ce的加入量的提高，鎂合金的起燃溫度逐漸升高。Ce元素為表面活性元素，Ce元素的添加對鎂合金的阻燃性能和氧化膜結構產生很大的影響，而合金表面氧化膜結構的改變必然同時改變熔體表面張力的大小。表面張力作為高溫熔體重要的物理性質之一，是冶金和材料科學與工程中的重要物理參數。它對材料在鑄造、焊接等加工過程中表面熱力學行為起著十分重要的作用。研究Ce元素對鎂合金表面張力的影響對于揭示其阻燃機理具有重要意義。本論文通過添加Ca、Ce到工業純鎂中，探討其對工業純鎂阻燃性能與熔體表面張力的影響，為新型阻燃鎂合金材料的研發提供依據。

1試樣的制備及檢測方法

1.1試樣的制備

本實驗以工業純Mg、Mg-30%Ca中間合金、Mg-30%Ce中間合金為原材料，利用坩堝式節能電阻爐進行熔煉，并通入體積百分比為99.5%CO2+0.5%SF6的混合氣體作為保護氣體。原材料化學成分如表1所示。

表1原材料化學成分(質量百分數)

1.2燃點檢測方法

燃點測試設備采用型號為SG2-1.5-12型的小電阻爐進行加熱升溫，升溫速率可通過編程自行設置;溫度控制裝置使用TCW-32B型程序溫度控制器，如圖1所示;選用WRE型熱電偶進行溫度的測定，將試樣(Φ12mmx15mm)放在內表面光滑的陶瓷小坩堝中，燃后一同放入節能的小電阻爐中進行測試，整個測試過程不添加任何保護在大氣中直接測量。

本實驗采用的燃點測試原理為:用溫度采集卡采集到電腦的是一個時間和溫度的t-T坐標系，橫坐標為時間t，縱坐標為溫度T。溫度隨著電阻爐的升溫而緩慢上升，當到達鎂合金燃點時，由于鎂合金燃燒時大量放熱，其表面溫度急劇升高，在加熱溫度和時間曲線上會出現一個拐點,其拐點相應的縱坐標就是合金的燃點。

1.3表面張力檢測方法

本研究采用“最大氣泡壓力法”測量阻燃鎂合金熔體的表面張力。實驗裝置見圖如圖2所示。采用高純度氬氣作為工作氣體，干燥瓶中裝有CaCl2用于干燥氣體，毛細石英管直徑為2.86mm，端口經過拋光、清洗處理，U形壓力計工作液體為純凈水。

工業純Mg熔化后在750℃左右加入Mg-30%Ca和Mg-30%Ce中間合金，待金屬完全熔化后攪拌均勻,去除表面熔渣,保溫10 min后進行表面張力的測量.測量時首先打開氬氣瓶,通過一系列的量程裝置、U形管兩邊液面波動情況和熔體中產生氣泡的速度來調節氣體流量大小,以阻燃鎂合金熔體表面每分鐘產生8~10個氣泡為準。記錄下毛細石英管插入到熔體內部的深度和U形管兩端的最大液面差值。

圖1燃點測試設備簡圖

圖2最大氣泡壓力法測試表面張力裝置簡圖

1.4氧化膜檢測方法

將熔煉好的阻燃鎂合金取一部分打磨后放入陶瓷坩堝中重新熔煉,待合金熔化完全后進行攪拌以除去表面的夾雜物并使合金混合均勻,將坩堝取出后放入空氣中自然冷卻,則會在合金表面形成一層自然的氧化膜.通過配備有能譜分析儀的Hitachi S4800掃描電鏡對氧化膜的表面形貌及氧化鎂截面的元素分布進行檢測,并且通過X射線對氧化膜表面的相組成進行分析.