镁合金的阻燃性
Ca和Ce对工业纯镁阻燃性能和表面张力的影响
Ca和Ce对工业纯镁阻燃性能和表面张力的影响秦林;丁俭;方正;赵维民【摘要】镁合金在熔炼过程中容易产生氧化燃烧,因此必须采取有效的措施对其加以保护,合金化是一种理想的阻燃方法.本文研究了添加不同Ce含量对Mg-1.2Ca 镁合金的阻燃性能和熔体表面张力的影响.结果表明:随着Ce的质量分数从0增加到1.5％时,Mg-1.2Ca合金的燃点大幅度提高,表面张力不断下降.当Ce含量提高到1.2％时,镁合金的燃点达到780℃.随着Ce元素的添加,由MgO,CaO和Ce2O3组成的复合氧化膜非常致密,从而可以很好的阻止Mg-1.2Ca镁合金的氧化燃烧.对Mg-1.2 Ca-1.2Ce镁合金氧化膜的SEM和EDS进行了综合分析,结果表明氧化膜最外层主要是MgO,中间层主要是CaO,而Ce2O3主要集中在氧化膜和基体的交界处.【期刊名称】《河北工业大学学报》【年(卷),期】2013(042)005【总页数】6页(P40-44,98)【关键词】镁合金;钙;铈;阻燃;表面张力;氧化膜【作者】秦林;丁俭;方正;赵维民【作者单位】河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130;河北工业大学材料科学与工程学院,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TG146.220 前言镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、良好减震性和消磁性，并且易于切削、成型，因此在航空航天、汽车工业、电子科技等领域得到广泛的应用.但是镁合金在熔炼、浇注过程容易氧化和燃烧，因此必须采取一定的保护措施.现在最常用的阻燃方法是熔剂覆盖法和气体保护法，但这两种阻燃方法都不可免的存在熔剂夹杂、环境污染、设备和工艺复杂等缺点.20世纪50年代，国内外提出阻燃镁合金的研究开发，其主要原理在于向镁合金中添加适量的低氧位合金元素（即其与氧的亲和力大于镁与氧的亲和力），使镁合金在熔炼、浇注过程中自动生成一层致密的复合氧化膜，从而阻止镁合金的进一步的氧化燃烧.日本九州国家工业研究所的Sakamoto和九州大学的Fukuoka等人[1]较早研究了Ca对于合金阻镁燃性能的影响.在镁合金中单独加入Ca元素后，其总体趋势是含Ca量越高其阻燃性越好，但大量实验证明Ca含量的增加，晶界上会出现富Ca的金属间化合物，使合金的力学性能降低，从而阻碍了含Ca阻燃镁合金的进一步推广应用.黄晓锋等[2-3]的研究发现，Ce元素的加入对提高AZ91D 合金在固态下的起燃温度有着重要的作用，随着合金中Ce的加入量的提高，镁合金的起燃温度逐渐升高.Ce元素为表面活性元素，Ce元素的添加对镁合金的阻燃性能和氧化膜结构产生很大的影响，而合金表面氧化膜结构的改变必然同时改变熔体表面张力的大小.表面张力作为高温熔体重要的物理性质之一，是冶金和材料科学与工程中的重要物理参数.它对材料在铸造、焊接等加工过程中表面热力学行为起着十分重要的作用.研究Ce元素对镁合金表面张力的影响对于揭示其阻燃机理具有重要意义.本论文通过添加Ca、Ce到工业纯镁中，探讨其对工业纯镁阻燃性能与熔体表面张力的影响，为新型阻燃镁合金材料的研发提供依据.1 试样的制备及检测方法1.1 试样的制备本实验以工业纯Mg、Mg-30%Ca中间合金、Mg-30%Ce中间合金为原材料，利用坩埚式节能电阻炉进行熔炼，并通入体积百分比为99.5%CO2+0.5%SF6的混合气体作为保护气体.原材料化学成分如表1所示.表1 原材料化学成分（质量百分数） %Tab.1 Main compositionsof experimentalalloys序号 1 2 3 4 5 6成分 Mg-1.2Ca Mg-1.2Ca-0.2Ce Mg-1.2Ca-0.5Ce Mg-1.2Ca-0.8Ce Mg-1.2Ca-1.2Ce Mg-1.2Ca-1.5Ce1.2 燃点检测方法燃点测试设备采用型号为SG2-1.5-12型的小电阻炉进行加热升温，升温速率可通过编程自行设置；温度控制装置使用TCW-32B型程序温度控制器，如图1所示；选用WRE型热电偶进行温度的测定，将试样（12mm×15mm）放在内表面光滑的陶瓷小坩埚中，燃后一同放入节能的小电阻炉中进行测试，整个测试过程不添加任何保护在大气中直接测量[4].本实验采用的燃点测试原理为：用温度采集卡采集到电脑的是一个时间和温度的-坐标系，横坐标为时间，纵坐标为温度 .温度随着电阻炉的升温而缓慢上升，当到达镁合金燃点时，由于镁合金燃烧时大量放热，其表面温度急剧升高，在加热温度和时间曲线上会出现一个拐点，其拐点相应的纵坐标就是合金的燃点 [5-6].1.3 表面张力检测方法本研究采用“最大气泡压力法”测量阻燃镁合金熔体的表面张力.实验装置见图如图2所示.采用高纯度氩气作为工作气体，干燥瓶中装有CaCl2用于干燥气体，毛细石英管直径为2.86mm，端口经过抛光、清洗处理，U形压力计工作液体为纯净水.图1 燃点测试设备简图Fig.1 Theequipmentdiagram of ignition point test图2 最大气泡压力法测试表面张力装置简图Fig.2 BMPSurface tension testing schematic工业纯Mg熔化后在750℃左右加入Mg-30%Ca和Mg-30%Ce中间合金，待金属完全熔化后搅拌均匀，去除表面熔渣，保温10 m in后进行表面张力的测量.测量时首先打开氩气瓶，通过一系列的量程装置、U形管两边液面波动情况和熔体中产生气泡的速度来调节气体流量大小，以阻燃镁合金熔体表面每分钟产生8～10个气泡为准[7-9].记录下毛细石英管插入到熔体内部的深度和U形管两端的最大液面差值.根据胡福增等人研究 [10]，表面张力的计算公式为 max=2 /2.记录毛细管下插入熔体深度 1和U形压力计两端最大高度差为 2，则可得式中： =2.86mm；水为水的密度；为阻燃镁合金熔体的密度，镁合金的密度按照质量比进行计算.1.4 氧化膜检测方法将熔炼好的阻燃镁合金取一部分打磨后放入陶瓷坩埚中重新熔炼，待合金熔化完全后进行搅拌以除去表面的夹杂物并使合金混合均匀，将坩埚取出后放入空气中自然冷却，则会在合金表面形成一层自然的氧化膜.通过配备有能谱分析仪的 Hitachi S4800扫描电镜对氧化膜的表面形貌及氧化镁截面的元素分布进行检测，并且通过X射线对氧化膜表面的相组成进行分析.2 实验结果及分析2.1 阻燃性能结果及分析本实验保持Ca含量不变，通过加入不同的Ce含量，探讨Ce含量对镁合金阻燃性的影响，结果表明：在一定范围内随着Ce含量的增加，镁合金燃点不断提高，当Ce含量达到1.2%时，镁合金的燃点达到780℃，而Ce含量再提高到时，镁合金的燃点增长比较缓慢，如图3所示.2.2 氧化膜检测结果及分析图4为合金在液态下自然冷却条件下产生的氧化膜结构，其中a）、b）分别为Mg-1.2Ca的100倍、2 000倍放大倍数的形貌图，c）、d）分别为Mg-1.2Ca-1.2Ce的100倍、2000倍放大倍数的形貌图.通过对比可以看出，Mg-1.2Ca合金的氧化膜疏松多孔，并且在局部区域已经有“菜花状”的氧化产物；而Mg-1.2Ca-1.2Ce合金的氧化膜光滑、致密，在一定程度上可以起到隔绝空气、阻止氧化和燃烧的效果.图 5为Mg-1.2Ca-1.2Ce阻燃镁合金氧化膜表面的物相分析，从图中可以看出其氧化膜表面主要有基体Mg、MgO、CaO和Ce2O3.图4 Ce加入对Mg-1.2Ca合金氧化膜形貌的影响Fig.4 Theeffectof Ceaddition on oxide film morphology ofMg-1.2Caalloy这种氧化膜结构的明显不同可以很好的解释阻燃效果之间的差异.归其原因，主要是由于，在没有添加任何Ce元素的情况下，不论形成的MgO薄膜还是CaO薄膜，由于其致密度较低，因此不能够完全阻止氧的进一步扩散；相反，在添加了较多元素的Ce后，不但可以形成更加致密的复合的氧化膜，而且Ce2O3比较致密，不但可以很好的隔绝氧的进一步扩散，而且还能够添补许多裂纹，因此，具有很好的阻燃效果.图6为Mg-1.2Ca-1.2Ce氧化膜截面的形貌和元素分布线扫描分析.从图中可以看出，氧化膜的厚度差不多有2 m，Ca元素主要分布在氧化膜的中间部分，而Ce元素主要分布在氧化膜与镁基体的交界处.根据先扫描结果可以将Mg-1.2Ca-1.2Ce氧化膜结构分为三层，最外面主要为MgO，中间层主要为CaO，最内层主要为Ce2O3.图5 Mg-1.2Ca-1.2Ce镁合金氧化膜表面的XRD分析Fig.5 XRD analysisofMg-1.2Ca-1.2Ceoxide film图6 Mg-1.2Ca-1.2Ce氧化膜截面形貌及能谱分析Fig.6 The SEM and EDSof oxide film of Mg-1.2Ca-1.2Ce2.3 表面张力测量结果及分析稀土元素Ce是表面活性元素，很容易富集到镁合金熔体表面，这种表面富集现象极大地影响了镁合金熔体氧化膜结构及其阻燃性能.表面张力是一个重要的高温熔体物理属性，可以很好地反映Ce元素在阻燃镁合金熔体表面的富集状况，从而为研究阻燃镁合金机理提供了另外一种直观的理论依据.本研究测量了不同Ce含量对Mg-1.2Ca镁合金熔体表面张力的影响.熔体表面张力的测量在730℃、大气压下进行，采用最大气泡压力法.其测试结果如图7所示，可以看出随着Ce含量的增加，Mg-1.2Ca-xCe熔体表面张力不断下降.这与Ce含量在镁合金熔体表面富集，提高熔体表面表面活性有直接关系.图7 Ce加入量对Mg-1.2Ca合金熔体表面张力的影响Fig.7 Effectof Ce contenton the surface tension ofMg-1.2 Camelt2.4 阻燃镁合金的热力学分析Mg-1.2Ca-1.2Ce氧化膜表面的物相分析表明含有MgO、CaO、Ce2O3，据此推断，合金熔体表面可能发生了以下反应热力学计算中以固态纯物质为标准态，所以取固态物质的活度，镁合金熔炼在750℃左右进行，取为 1 023 K.从式 ( 9)、(12)、(15)可知，从热力学上讲，在氧化开始时Mg、Ca和Ce3种元素均有可能发生氧化；从式 ( 16)、(17)、(18)可以看出，由于活度的影响，式 ( 4)、(5)、(6)所述的置换反应在元素分布均匀的情况下不可能发生；从式 ( 8)、(11)、(14)各氧化物分解压的计算，MgO、CaO 和分解压的大小顺序为：.此外，对氧化膜进行X射线衍射结果表明（图5），氧化膜中并未出现新的复杂氧化物，可见MgO、CaO和是互不固溶的.按热力学规律，此时合金将分层氧化，即氧化膜外层氧压高生成的氧化物其分解压也大，氧化膜内层氧压低生成的氧化物其分解压也小[ 5-6].所以 M g-1.2Ca-1.2Ce来说，将按照这样的顺序来氧化：最外层是MgO，其次是CaO，最内层是.至此，初始的保护性氧化膜形成.但由于Ce元素在合金熔体中是分布不均匀的，如图6所示的点能谱分析可以看出，Ca和Ce在此处的相对原子分数分别达到了2.50%和3.34%.按照此处的原子活度计算得到：△G4(1 023 K)=12 885.19 kJ/mollt;0，△G5(1 023K)=17 418.58kJ/molgt;0，△G6(1 023K)=56 138.14 kJ/molgt;0，在此处式（4）中的反应可以自发地进行.由此可知，式 ( 4)、(5)、(6)的反应在局部元素分布不均匀的区域有可能发生置换反应.3 结论1）在一定范围内，随着Ce含量的增加，合金的燃点也随之提高，当Ce含量达到1.2%时，合金的燃点能达到780℃.2）Mg-1.2Ca合金的氧化膜疏松多孔，并且在局部区域有“菜花状”的氧化产物；当Ce含量加入1.2%后，合金形成的复合氧化膜非常致密、光滑，能有效阻止氧化、燃烧.3）在温度一定的情况内，随着Ce含量的增加，提高了Mg-1.2 Ca-xCe合金表面活性，熔体表面张力不断下降.熔体表面张力的下降可以反映Ce元素在熔体表面的富集状况，从另一个角度表明了Ce元素的添加对氧化膜结构以及阻燃性能的影响. 4）通过氧化膜的截面检测和热力学计算分析得出Mg-1.2Ca-1.2Ce的形成的氧化膜大致分为3层：外层是MgO，中间层是CaO，内层是Ce2O3.参考文献：[1]Sakamoto M.Suppression of ignition and burning ofmolten Mg alloysby Ca bearing stable oxide film [J].Journal of Materials Science Letters，1997，16（12）：1048-1050.[2]黄晓锋，周宏，何镇明.富铈稀土对镁合金起燃温度的影响 [J].中国有色金属学报，2001，11（4）：638-641.[3]黄晓锋，周宏，何镇明.AZ91D加铈阻燃镁合金氧化膜结构分析 [J].中国稀土学报，2002，20（1）：49-52.[4]曾小勤，王渠东，丁文江.镁合金熔炼方法及进展 [J].轻合金加工技术，1999，27（9）：5-8.[5]Suling Cheng， Gencang Yang. Effect of Ca and Y additions on oxidation behavior of AZ91 alloy at elevated temperatures[J].Transactionsof NonferrousMetaals Society of China，2009，19（2）：299-304.[6]Zhou Hong，WangM ingxing. EffectofCeadditionon ignition pointofAM 50alloy powders[J].Materials Letters，2006，60（27）：3238-3240.[7]李华基，刘华堂，杨志远.混合稀土阻燃ZM 5镁合金的表面张力研究 [J].材料热处理技术，2010，39（24）：83-85.[8]Jha N，M ishra A K.Thermodynam ic and surface propertiesof liquidMg-Zn alloys[J].A lloysand Compounds，2001，329（1）：224-229.[9]Garcia-CordovillaC，LouisE.Surface tensionofbinaryand ternaryaluminium alloysof thesystemsAl-Si-Mgand A l-Zn-Mg[J].MaterialsScience，1992，27（19）：5247-5252.[10]胡福增，陈国荣，杜永娟.材料表界面 [M].上海：华东理工大学出版社，2007.。
阻燃镁合金性能的研究
相 的 硬度减 少 了 ５ ％一 Ｏ ，使 Ａ ９ Ｄ合金 的 高温 Ｏ ６％ Ｚ１ 力 学 性 能达 不 到更 高要 求 ， 超 过 １ ０Ｃ 在 ２ ￣ 的情 况下 ， 无法 长 时 间使用 ［ｄ。 为此 ，采用 合 金 化方 法 ， １５ ４］ 向 Ａ ９ Ｄ合金 中加入 其 它合 金 成分 。 改 善镁 合 金 的 Ｚ１ 能 性能 。 扩展 其应 用范 围 。
２ 含 Ｃａ阻燃 镁 合 金
Ｃ ａ作 为 表 面活 性 元 素 已经广 泛 应 用 于 改 善各 式合 金材 料 的组织 和性 能 。 究表 明 。 研 向镁合 金 中添 加Ｃ ａ的确 有助 于提 高镁 合金 的性 能【。 纯镁 中加 ｌ在 饲 入 一定 量 的 Ｃ ａ时 ， 研究 虽 然还 不 充分 ， 一般 都 其 但 认 为 其 时 效 过 程 可 生 成 热 稳 定 性 较 高 的 六 方 晶 Ｍｇ ａ相 ， Ｅ Ｃ 有助 于 改善镁 合金 的耐 热性 。 镁 的着火 纯 点 大约 在 ５ ０Ｃ． 高 于 ５ ０Ｃ 其表 面就 会 形成 疏 ０￣ 在 ０￣时
松 多孔 的氧化膜 ： Ｍｇ Ｃ 而 — ａ合 金 的氧化 膜 是 由顶层
金， 而在 这 些镁 合 金 中 以 Ａ ９ Ｄ合 金 最 具代 表 性 。 Ｚ１
以下 介 绍 的镁 合 金 性 能 多 以 Ａ ９ Ｄ合 金 为 基 体 。 Ｚ１ 分 析对 其 添 加起 阻燃 作 用 的合 金 元 素后 。 其性 能 发
维普资讯
第 ９卷
第 １ 期
重庆科 技 学 院学 报 （ 自然 科学 版 ）
２０ ０ ７年 ３月
阻 燃 镁 合 金 性 能 的 研 究
龙 治辉 蒋 汉祥 梁 莉 林 琳
（ 重庆 大学 ， 重庆 ４ ０ ４ ） ０ ０ ４
镁合金安全生产防范措施
镁合金安全生产防范措施一、背景介绍镁合金是一种常用的轻质结构材料，具有优秀的机械性能和阻燃性能，在航空航天、汽车制造、电子产品等领域得到广泛应用。
然而，由于其易燃、易爆等特性，在生产和使用过程中存在安全隐患，需要采取有效措施进行防范。
二、安全生产防范措施1.生产环节（1）加工过程监控镁合金材料在高温下易燃，因此在加工过程中需要对温度进行严格控制，尤其是切削加工、磨削加工等环节。
同时，需要对工艺参数进行优化，减少因加工温度高而引起的火灾事故。
（2）防火措施在生产现场，需设立足够数量的消防器材，提高员工的消防意识，以便在发生火灾事故时能够及时采取措施。
同时，需要对工作区域进行划分，设立明确的危险预警标识，提高员工的安全意识。
2.使用环节（1）储存防范对于镁合金材料，需要进行专业的储存和管理，保证其不受高温、湿度等因素影响。
同时，应对库房进行防火防爆处理，存放区域要隔离，禁止火源进入，控制静电的产生，严禁存放可燃品等易燃物品。
（2）防火措施在其使用过程中，如焊接、切割、钻孔等操作中，需加强现场安全管理，做好防火防爆措施，确保操作人员的人身安全。
此外，应设立专职人员对设备进行维护，并定期检查电线、电缆等设备是否符合安全规定。
3.安全培训为提高员工的安全意识和维护安全生产，需要进行定期的安全培训，使电气火灾或爆炸等意外事故的发生率降到最低程度。
同时对于管理人员，还需加强对生产环节的管理，并指定专人负责安全生产事宜。
三、总结为了保障生产安全和员工生命财产的安全，镁合金安全生产防范措施需覆盖生产、使用、储存等各个环节，并提高员工自身的安全意识，减少或避免镁合金材料因火灾、爆炸等原因所带来的伤害和损失。
镁合金压铸过程中的防火安全（2篇）
镁合金压铸过程中的防火安全镁合金是一种具有轻量化、高强度、良好的刚性和优异的导热性能的金属材料，广泛应用于汽车、航空航天、电子等行业。
然而，由于镁合金具有较低的点燃温度和快速燃烧的特点，使得镁合金在加工过程中存在着较大的火灾风险。
因此，在镁合金压铸过程中，必须严格遵守防火安全措施，确保工作环境的安全，预防火灾事故的发生。
一、火灾危险性分析1. 镁合金的燃烧性能：镁合金具有较低的点燃温度（约650℃），并且在空气中燃烧时，释放出大量的热量。
同时，镁合金燃烧时还会产生刺激性的烟雾和高温的火焰，给人员和设备带来巨大的危险。
2. 美国质量监督管理局（MIL）对镁合金所进行的失火实验表明，镁合金压铸产品在火灾发生后，燃烧温度可迅速升至2000℃以上。
这种高温下的火焰和火灾热辐射对设备和人员造成的危害极大，且难以控制。
3. 镁合金压铸企业线材、切削工具、干粉涂料等常规的防火设施，不能很好地应对镁合金燃烧产生的高温火势和剧烈反应的影响。
以上分析表明，镁合金压铸过程中的火灾风险较高，对防火安全的要求必须高于其他金属材料的加工过程。
二、镁合金压铸过程中的防火安全措施1. 安全意识教育培训：加强对员工的安全意识教育和防火知识培训，提高员工的安全意识和火灾应急处置能力。
加强对新员工的入职培训和实际操作指导，确保员工具备应对火灾的基本知识和操作技能。
2. 对设备进行定期维护：保持设备的良好状态和正常运行，确保设备不会因为故障导致火灾的发生。
对各种设备、管道和阀门进行定期维护，定期检查是否存在泄漏、松动等现象，及时进行排除。
3. 建立有效的防火检查制度：制定防火检查计划，对生产车间、仓库、设备区域等进行定期检查，发现问题及时整改，确保生产环境的清洁、整齐、无积尘、杂物。
4. 清除易燃物：对生产车间及周边环境进行定期清理，清除易燃物、杂物和积尘，保持生产环境的整洁干净。
5. 设置消防设备：根据工艺流程和压铸设备的特点，设置合适的消防设备，如灭火器、消防栓、喷淋系统等。
Mg-Y-Ce-Zr镁合金的阻燃机理研究
Mg-Y-Ce-Zr镁合金的阻燃机理研究Mg-Y-Ce-Zr镁合金的阻燃机理研究随着社会的发展和科学技术的进步，阻燃材料在各个领域中得到了广泛的应用。
镁合金作为一种轻质高强度材料，具有优秀的物理、化学和机械性能，在航空航天、汽车工业和电子设备等领域中具有巨大的应用潜力。
然而，镁合金材料在高温下容易燃烧，阻燃性能差，限制了其应用范围。
因此，研究提高镁合金的阻燃性能具有重要意义。
目前，研究人员通过合金的改性来提高镁合金的阻燃性能。
其中，加入Y、Ce和Zr等元素是常用的方法。
在Mg-Y-Ce-Zr镁合金中，Ce元素作为一种稀土元素，能够阻燃和降低燃烧速度。
Y元素具有良好的生防腐蚀性能，能够提高合金的高温稳定性。
Zr元素则能够形成稳定的氧化膜，提高镁合金的耐燃性能。
镁合金是一种具有高反应活性的金属，在高温下很容易与氧气发生剧烈反应，产生大量的热量和火焰。
因此，阻燃机理主要包括阻燃元素的氧化热吸收、析氧化物的减少和形成气相产品等过程。
首先，阻燃元素主要通过吸收氧化热来减缓镁合金的燃烧速度。
在高温下，Ce元素能够与氧气发生反应，生成CeO2等氧化物，吸收大量的氧化热，从而降低温度。
CeO2具有相对较高的熔点和热稳定性，能够抑制镁合金的燃烧反应，形成一层稳定的熔膜，起到阻燃的作用。
此外，Y元素也能够吸收部分氧化热，减缓燃烧速度。
其次，添加Ce和Y元素能够减少析氧化物的生成，改善燃烧产物的性质。
在燃烧过程中，Mg-Y-Ce-Zr镁合金能够抑制氧化物的析出，减少燃烧产物的产生。
研究表明，Ce和Y元素能够与氧气反应，形成稳定的CeO2和Y2O3等氧化物。
这些氧化物具有较高的熔点和良好的热稳定性，能够形成致密的覆盖层，阻止氧气进一步侵蚀镁合金表面，减少氧化物的生成。
最后，Ce和Y元素能够诱导燃烧过程中形成气相产物，改善阻燃性能。
在燃烧过程中，Ce和Y元素可以与镁合金中的非金属元素（如C、N等）反应，形成气态的CeO2和Y2O3等产物。
镁合金废料的存储安全技术
镁合金废料的存储安全技术镁合金废料是指生产过程中产生的废弃物，其中主要成分为镁。
镁合金废料在储存过程中存在一定的安全隐患，主要包括易燃、易爆、易氧化等特性。
因此，为了确保镁合金废料的储存安全，需要采取一系列的技术措施。
下面将详细介绍镁合金废料的存储安全技术。
一、镁合金废料的特性与危害镁合金废料具有以下特性与危害：1.易燃易爆：镁合金废料具有较高的燃烧热值和低的自燃温度，一旦遇到火源或高温，容易引发燃烧甚至爆炸。
2.易氧化：镁合金废料容易与空气中的氧气反应生成氧化镁，增加了火灾的危险性。
3.热敏感：镁合金废料在受热条件下容易发生热分解，产生大量的热量和可燃气体，导致火势迅速加剧。
4.酸碱腐蚀性：镁合金废料常含有一定量的氯化物和硫化物等腐蚀性物质，容易造成容器的腐蚀和泄漏。
5.刺激性：镁合金废料中的颗粒和粉尘会对人体呼吸道和皮肤造成刺激，对工作人员的健康构成威胁。
二、镁合金废料的存储容器选择1.金属容器：镁合金废料的存储容器应选择耐腐蚀的金属材料，如不锈钢、铁皮等，并经过内外防腐处理，以避免镁合金废料对容器的腐蚀。
2.贮罐：对于大量的镁合金废料，可以选择贮罐进行储存，贮罐应采用防爆设计，设有泄漏报警装置，以及隔离与排风系统。
3.密封容器：针对易氧化的镁合金废料，应选择密封性好的容器进行储存，避免与空气接触，减少氧化反应的可能性。
4.低温存储：可以考虑将镁合金废料进行低温存储，降低其自燃和爆炸的风险，常见的低温存储方式有冷库、液氮存储等。
镁合金废料的存储安全技术（二）1.防火措施：镁合金废料的储存区应设有灭火器材，并建立完善的防火、灭火设备和制度，包括火灾自动报警系统、消防水源等。
2.防爆措施：镁合金废料的存储区应配备防爆设备，如防爆灯具、防爆电器等，以及防爆门和防爆墙，以防止火花引发爆炸。
3.通风系统：镁合金废料的储存区应建立通风系统，及时排除废料中散发出的有害气体和粉尘，保证空气质量符合安全标准。
上海交通大学科技成果——阻燃镁合金
上海交通大学科技成果——阻燃镁合金技术背景
通过添加稀土与钙等表面活性元素，改变表面氧化层的生长动力学和化学组成，在镁合金表面形成复合致密氧化膜结构，提高熔体燃点。
发明的JDZM镁合金，实现了镁合金无保护熔炼与生产。
技术水平
创新的镁合金燃点测试、氧化热力学和动力学计算、氧化膜结构分析等方法以及建立的阻燃镁合金氧化模型被国内外学者在随后的研究中广泛借鉴，单篇论文引用次数超过100次；
实现镁合金熔炼、加工无需保护，阻燃温度达935℃；
研究成果获2003年国家科技进步二等奖。
应用领域
3C产品构件、汽车方向盘骨架、汽车变速箱等轻质压铸件。
3C产品外壳
汽车变速箱壳体
汽车方向盘骨架
汽车副车架。
镁合金加工防火安全
镁合金加工防火安全中国是世界上最大的镁合金生产和消费国家之一，镁合金具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
然而，镁合金的燃烧性能较差，容易引发火灾事故，给人们的生命财产安全带来威胁。
因此，研发和应用镁合金的防火技术对于保障人们的生命财产安全至关重要。
本文将从镁合金的燃烧特性、防火技术和应用方面进行探讨，以期提高镁合金加工防火安全的水平。
一、镁合金的燃烧特性镁合金是一类活泼的金属材料，具有很强的还原性和可燃性。
在空气中，镁合金表面形成一层稳定的氧化膜可以减缓其燃烧速率，但一旦氧化膜破裂，镁合金迅速燃烧，产生高温和剧烈的火焰。
镁合金的燃烧威力较大，对周围环境和人体造成严重危害。
二、镁合金的防火技术1. 氧化膜保护技术氧化膜是表面保护镁合金不被氧化的一层薄膜，可以减缓镁合金的燃烧速率。
在制造过程中，可以采用阳极氧化处理或表面喷涂保护膜的方法形成氧化膜。
此外，可以通过改变合金成分或添加合适的添加剂来增强氧化膜的稳定性和抗燃烧性能。
2. 阻燃材料的应用阻燃材料是一类具有防火性能的材料，可以抑制和延缓燃烧过程。
在镁合金的制造和应用过程中，可以采用阻燃材料作为添加剂或涂层，以提高镁合金的防火性能。
常见的阻燃材料有氧化铝、硅酸盐、阻燃剂等。
3. 环境控制技术在镁合金加工和使用过程中，可以通过控制温度、湿度和氧气浓度等环境因素，减少火灾事故发生的可能性。
在加工过程中，控制切削温度、液体冷却剂的使用和加工速度等因素，可以降低镁合金的燃烧风险。
三、镁合金防火技术的应用1. 航空领域航空是镁合金应用最广泛的领域之一，但也是火灾事故发生的高风险领域。
在航空器设计和制造过程中，需要严格控制火灾事故的发生概率。
可以采用氧化膜保护技术、阻燃材料和环境控制技术等手段来提高飞机材料的防火安全性能。
2. 汽车领域汽车是使用镁合金较多的领域之一，但也存在安全隐患。
在汽车的设计和制造过程中，可以采取防火保护措施，防止火灾事故的发生。
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镁合金的阻燃性1.阻燃性问题镁及镁合金由于具有高的比强度、比刚度以及减震性、电磁屏蔽能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，因而在汽车、电子、航天航空等领域得到了广泛应用。
但镁的化学活性很强，在高温时易氧化燃烧，这就导致镁合金的熔炼和加工十分困难。
因而有必要寻找一种经济、实用、无污染的镁和金熔炼保护方法以防止镁合金生产过程中的氧化燃烧问题。
目前较为成熟的镁合金阻燃方法有熔剂保护法和气体保护法，但这两种方法在应用过程中存在着熔剂夹杂、污染环境以及设备复杂等缺点。
20世纪50年代人们提出了合金化阻燃的想法，即通过向镁合金中添加合金元素，使其在熔炼过程中自动生成保护性氧化膜，从而阻止镁合金的进一步氧化燃烧。
到目前为止，关于合金化阻燃方法的研究主要集中在Ca、Be和RE等几种元素上。
2.含Ca阻燃镁合金的研究现状日本较早研究了加Ca的阻燃镁合金，日本九州国家工业研究所的Sakamoto 和九州大学的Fukuoka等人研究了Mg-Ca二元合金的阻燃情况。
他们通过测定Mg-Ca合金在加热升温过程中的起燃温度(出现第一个起燃点时的温度)发现：加入1%Ca 能提高燃点250℃，但金属镁的氧化膜表面粗糙不能阻止进一步的氧化；对于加入5%Ca的镁合金，其氧化膜即使在970℃的大气中暴露60min，氧化膜仍很薄，表面光滑均匀。
同时，他们的研究还表明，在Mg-Ca合金表面生成的表面氧化膜是一种双层结构，这种双层结构的外层为致密的CaO层，其厚度不随氧化时间而增加；内层是CaO和MgO的疏松混合层，随氧化时间的增加其厚度增加。
这种氧化膜能阻止外界气氛中的氧向Mg液中渗入并同时阻止Mg 液的挥发，从而提高了燃点。
日本东京工艺学院的Chang等用挤压铸造加工出了加Ca阻燃、加Zr细化的镁铸件，研究了Ca和Zr对组织和性能的影响，证明同时加入Ca和Zr能有效的起到防燃作用，且Ca能提高Zr在镁合金中的溶解度而强化细化效果。
我国许多学者也对含Ca镁合金的阻燃效果及阻燃机理进行了深入的研究。
樊建峰等人在纯Mg中加入不同含量的Ca后，发现其加入量为0.31%时能使燃点提高约120 K，但Ca含量在小于1%的范围内，燃点稳定于1000 K左右，变化不大，当Ca 含量大于1%后，随着Ca含量增加，燃点快速提升，当含量大于1.7%后，可在1173 K保温而不发生燃烧。
赵云虎、黄晓峰等人分别研究了在AZ91D镁合金基体中加入Ca的阻燃效果，而崔红卫则研究了Ca对镁合金AZ63的燃点的影响。
其结果都表明随着Ca 含量的不断增加，AZ91D镁合金的起燃温度也不断提高，能够获得良好的阻燃效果，其阻燃机理是由于加入Ca后，合金的表面膜由单一的MgO转变为由MgO、CaO和少量Al2O3组成的复合氧化膜，起到了较好的阻燃作用。
其中赵云虎等人还从热力学角度对镁合金元素氧化方式作出了解释，并建立了氧化模型来分析氧化膜的形成过程，其结果表明加入Ca后，Ca发生了外氧化，Mg发生了内氧化。
在向镁合金中加入Ca的过程中，人们发现纯Ca极易烧损，且不易与Mg 化合形成合金，从而使得纯Ca的实际利用率大大降低，因此韩国的LEE Jin-Kyu 等人考虑采用价格便宜且稳定性高的CaO来替代纯Ca，将其分别加入到纯Mg、AZ31及AZ91D基体中研究其阻燃效果。
通过金相分析发现CaO在反应过程中被还原成为Ca，随着CaO含量的不断增加，其燃点逐渐升高，但其阻燃效果不及纯Ca好。
在加CaO的镁合金熔炼过程中，可以采用N2保护来代替SF6混合气体保护或者只使用非常少量的SF6混合气体保护，从而降低了成本并减少了温室效应的危害。
综上所述，在镁合金中单纯加入Ca元素后，其总体趋势是含Ca量越高其阻燃效果越好，但人们同时发现只有当含Ca 量大于1%时，镁合金才能获得良好的阻燃效果，而大量实验证明，随着Ca含量的增加，镁合金的抗拉强度和伸长率明显下降，屈服强度也呈缓慢下降的趋势，从而阻碍了含Ca阻燃镁合金的进一步推广应用。
基于含Ca镁合金的阻燃效果和力学性能之间所存在的矛盾，人们考虑在不影响含Ca镁合金阻燃效果的前提下，向其中添加第二种、第三种元素来改善其力学性能。
为此我国学者作出了一定的贡献。
Nussbaum 等人在实验中发现Sr的添加对AZ91E合金有显著的组织细化作用，因而周全等人考虑将Sr加入含Ca 阻燃镁合金中来细化组织，提高力学性能，结果表明在加入3%Ca的ZM5镁合金获得优良阻燃性能的前提下，向其中加入微量的Sr(0.05%～0.15%)能够将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，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。
樊建峰等人则是在纯Mg中同时加入Y、Ca和Zn三种元素。
经过实验，获得了综合性能优良的新型阻燃镁合金Mg-4%Zn-3.5%Y-0.8%Ca，该成分的镁合金可以在静态下于1173K长时间保温而不燃烧，在1073 K时进行搅拌、精炼等熔体处理而不用任何保护措施，并在1000 K时可进行无保护浇注。
从AES分析结果可知，高温下合金表面生成了一层以Y2O3为主的氧化膜，起到了很好的保护作用。
而从力学性能角度讲，该合金与ZM2和ZM3合金的力学性能相当，但与ZM1及AZ91等合金的力学性能还有一定的差距，因而还有待于进一步的改善。
从国内外对含Ca镁合金的研究情况可以看出虽然随着含Ca量的增加，合金的起燃温度不断增加，但过量的Ca同时也严重损害了合金的力学性能，因此含Ca 镁合金阻燃效果和力学性能之间的矛盾是急需解决的问题。
3.含Be阻燃镁合金的研究现状Be是一种活泼性金属，早在20世纪初期，人们就发现在镁合金中添加少量Be能提高镁合金的抗氧化性能，降低熔炼时镁的燃烧程度。
Houyska认为在纯Mg中仅添加0.001%的Be就可使燃点提高200℃。
1948年，Burns详细研究了Be对镁合金在熔炼过程中的抗氧化能力的影响，认为Be可以作为熔剂的补充而大大提高镁合金的抗氧化性能，但还不足以长时间防止镁的氧化燃烧，必须辅以SF6气体保护。
Foerster研究了含Be镁合金的抗氧化性能，在这种合金中Be的浓度控制在一定的范围内，可以获得良好的抗氧化性能，同时可减少熔剂的使用。
在Be的浓度为0.0125%以下时，Be的浓度越大，抗氧化性能越好，而合金的力学性能与合金中的Mn、Fe、Be等的含量具有复杂的关系。
Chadwick认为，含Be的镁合金可以在SF6+空气中熔炼，而不需要在SF6 +CO2中熔炼。
我国学者也对含Be阻燃镁合金作了一定的研究。
曾小勤、韩富银等人分别在AZ91D中加入了0.3%的Be，结果一致表明当Be的含量达到0.3%时，表面膜主要由MgO、BeO和Al2O3组成，该膜结构致密，阻止了镁与空气的进一步接触氧化，从而使得AZ91D镁合金获得了优良的阻燃性能，但大量研究资料显示，过量的Be会引起晶粒粗化，恶化力学性能，因此一般镁合金含Be量要求限定在0.02%以内，但这一含量不足以实现镁合金的无保护熔炼，因而人们必须寻求新的途径，使得拥有优良阻燃性能的含0.3%Be的镁合金同时具备较好的力学性能。
为此曾小勤、韩富银等人分别在AZ91D-0.3%Be的基础上加入了1%的RE。
实验证明，加入1%RE后，合金的力学性能显著提高。
曾小勤的研究结果显示AZ91D-0.3%Be-1%RE镁合金不但具有良好的阻燃性能，从微观结构观察，其组织比AZ91D的要更为致密，而且其热裂倾向小于AZ91D，流动性优于AZ91D，其抗拉强度接近AZ91D，但延伸率仍然很低，这也是以后的研究方向。
另外，韩富银等人还研究了Sr对于AZ91D-0.3%Be力学性能的影响，结果表明在AZ91D-0.3%Be中加入0.05%的Sr，可细化合金组织，使试验合金的冲击韧性大幅度提高，硬度也有明显提高。
从以上研究结果可以看出，要获得优良的阻燃性能，Be的含量要达到0.3%。
然而随着Be含量的不断增加，合金力学性能却显著下降，当加入1%RE后可显著改善其力学性能，但仍不及AZ91D力学性能好。
另外Be作为阻燃合金的添加元素，最大的缺点在于Be有很强的毒性，这可能会对人体产生危害，而且熔炼过程产生的炉渣也造成了环境污染，不符合21世纪“环保材料”的要求，因此应该少用或不用。
4.含RE阻燃镁合金的研究现状在镁合金中加入少量的稀土元素，可以提高镁合金熔体的表面抗氧化性能，这也是目前发展的主要方向之一。
当稀土元素的含量达到一定值时，不但能提高镁合金的力学性能，还能提高其相应的抗氧化性能。
目前，添加的稀土元素主要包括Y、Ce、La以及混合稀土。
Kumar N.V.R.等人将AZ91及WE43镁合金的阻燃性与纯Mg的燃烧行为进行了对比，选取这两种镁合金主要是因为在AZ91镁合金中含有Al，而WE43 中含有Y，研究结果发现加热过程中纯Mg与AZ91发生了燃烧，而WE43直到730℃时仍未燃烧，究其原因是由于AZ91中所含的Al降低了合金的起燃温度，而WE43中所含的Y则起到了提升起燃温度的作用。
樊建峰等人则研究了纯Y、纯Ce以及Y和Ce混合后对纯Mg起燃温度的影响，结果表明当Y和Ce单独加入镁合金中时对其燃点影响甚微，但是当将二者同时加入时，Mg-Y-Ce合金的燃点迅速上升并在某些成分时可升温至1173 K而不燃烧(如Mg2.89 Y4.41Ce)。
Mg-Y-Ce合金表面生成了具有双层结构的复杂氧化膜：其中外层主要由Y2O3和MgO组成；内层则由大量的金属Mg和极少量的MgO和Y2O3组成，经对外层氧化膜P-B比的计算得出其致密度系数大于1，因而具有保护性。
黄晓峰、辛明德等人研究了纯Ce或富Ce稀土对AZ91D镁合金起燃温度的影响，并与含Ca阻燃镁合金进行了对比，发现随着Ce含量的增加，起燃温度逐渐升高，当稀土Ce的含量达到1%时，其起燃温度提高了170℃，但单从阻燃角度考虑，Ce的添加量为0.6%即可。
另外研究结果还表明Ce的阻燃效果不及Ca的阻燃效果好。
辛明德等人将Ca和Ce同时加入到AZ91D镁合金中，实验结果表明Ca和Ce的同时加入比单独加入纯Ca或纯Ce时的起燃温度有大幅提升，最高起燃温度超过了950℃，其阻燃机理是由MgO，Al2O3，Ce2O3，CaO和Mg17Al12形成的复合膜阻碍了空气中的氧向镁合金表面扩散。
但相关文献都没有对加入Ce后合金的力学性能进行研究，这方面还需要进一步的努力。
邹永良、蒋汉祥分别研究了混合稀土对ZM5镁合金和AZ91D镁合金熔炼起燃温度的影响，虽然所选择的基体不同，但两人所得结论相近。
邹永良的研究结果表明混合稀土能明显提高ZM5镁合金的起燃温度，当加入量为0.12%时，阻燃效果最好，提高起燃温度约165.5℃。