2、鎂合金防燃技術(shù)

2.1鎂合金熔體表面燃燒機(jī)制

 和氧及氧化物的反應(yīng)

——燃燒/氧化

2Mg+O2=2MgO2

——液體鎂合金中的水分迅速汽化

Mg(液)+H2O（液）=H2O+Mg（小顆粒）

——和水反應(yīng)/氫氣爆炸

Mg+H2O=MgO+H2O

2H2O+O2=2H2O

——和氧化硅的反應(yīng)

2Mg+SiO2=2MgO+Si

2.2  致密度系數(shù)的影響

金屬液抗氧化能力的強(qiáng)弱由其表現(xiàn)膜阻礙反應(yīng)物質(zhì)通過(guò)的難易來(lái)反應(yīng)。

G=V1/V2

V1：金屬氧化物體積

V2：金屬體積

G：致密度系數(shù)

  Mg的致密度系數(shù)是0.79。Al的致密度系數(shù)是1.28。Al液的表面是一層致密的氧化物保護(hù)膜，隔絕了金屬與空氣的接觸。而鎂液表面則是多孔性的疏松組織。應(yīng)力狀態(tài)呈張應(yīng)力，鎂易于蒸發(fā)。并且與空氣接觸氧化燃燒。起始合金液表面只有菜花狀的氧化物，散發(fā)出紅色江芒，隨氧化反應(yīng)的加劇，釋放出大量的熱量。溫度最高可達(dá)3000度。最終導(dǎo)致散發(fā)出耀眼的亮光，并出現(xiàn)鎂蒸氣燃燒產(chǎn)生的白煙，原料成廢渣。

鎂合金防燃的方法有兩個(gè)途徑。一是改善合金液表面的致密度系數(shù)；二是采用覆蓋劑或惰性氣體阻礙反應(yīng)的進(jìn)行。具體的方法大致如下：

——以鹽類溶劑覆蓋于融體上；

——以惰性氣體下處理溶體；

——以抑制元素添加在溶體上作為覆蓋層；

——在反應(yīng)性氣分下處理溶體，再其上行成薄的保護(hù)層。

2.3 表面防燃技術(shù)

2.3.1鹽類熔劑

鹽類溶劑以400℃的溫度，在熔融狀態(tài)下覆蓋于鎂熔體表面，切斷鎂液與空氣接觸，阻礙鎂氧化反應(yīng)的發(fā)生，鹽類以光鹵石為基礎(chǔ)，加上由MgCl2、KCl所組成的低熔點(diǎn)共晶混合物，添加高融點(diǎn)瑩石粉（CaF2）約20%，除可作為覆蓋物外，還可以對(duì)熔體起凈化作用。覆蓋鹽所起的防護(hù)作用可以維持在800℃以上。

鹽類熔劑的缺點(diǎn)是在與潮濕的空氣接觸時(shí)產(chǎn)生腐蝕性的氯化物以及形成鹽酸性氣體，對(duì)機(jī)器設(shè)備和工作環(huán)境有很大的不利影響。另外，鹽類熔劑很容易在鑄件中形成夾雜，損害鑄件質(zhì)量。

2.3.2  惰性氣體

目前在工業(yè)上大量應(yīng)用的氮?dú)夂蜌鍤舛伎梢杂脕?lái)作鎂熔體保護(hù)，目的是斷絕氧氣的來(lái)源，氮?dú)饽茏柚谷紵?，與Mg緩慢反應(yīng)，產(chǎn)生粉末狀Mg3N2膜，其所提供的防護(hù)溫度在650℃以下，Ar氣不會(huì)與Mg 發(fā)生反應(yīng)，但同樣存在Mg蒸發(fā)問(wèn)題。

2.3.3  抑制性元素

起抑制性作用的元素有Be、Ca、Zn。

Be在熔體鎂中有高的擴(kuò)散速度，所產(chǎn)生的BeO有高的熱力學(xué)穩(wěn)定性，且揮發(fā)傾向性小，BeO在熔體表面形成壓應(yīng)力，在熔體上覆蓋有足夠BeO，致密度系數(shù)處于1.68，起到甚佳的防護(hù)作用。

Zn也可以做為合金元素在鎂熔體上構(gòu)成致密的覆蓋層，取Zn的上限成分約1.5%，否則鑄件傾向。

不量Ca，小于0.1%，可以延緩鎂的燃燒反應(yīng)，但超過(guò)0.8%的Ca時(shí)有強(qiáng)烈的熱裂及粘膜傾向。

2.3.4反應(yīng)性氣氛

SO2與SF6都可以作為反應(yīng)性氣體用于鎂熔體防護(hù)，使用溫度最高可達(dá)740℃。SO2的消耗量在大氣下只占到總體積的確良%，在鑄造車間作為防護(hù)性氣體成本最低，但有如下缺點(diǎn)：

——在與空氣接觸時(shí)反應(yīng)生成H2SO4，形成氣體狀的SO3，對(duì)機(jī)器及周邊設(shè)備起到促進(jìn)腐蝕作用。

——所有設(shè)備附件及管道都要采用優(yōu)質(zhì)的鋼材。

——SO2及SO3存在毒性及刺激性氣味，對(duì)人體健康有害。

SO2及SO3一樣，在很低的濃度下，也有良好的防護(hù)效果，并且SF6無(wú)毒，SF6與鎂熔體接觸時(shí)共同構(gòu)成一種MgF2的致密的防護(hù)層。

2.4現(xiàn)有防燃技術(shù)的對(duì)比

（1）       鹽類熔劑：金屬熔體中帶有氯化物造成的污染以及鹽類蒸氣對(duì)周圍環(huán)境造成的破壞作用，不適合現(xiàn)代化大量生產(chǎn)的壓鑄作業(yè)。

（2）       對(duì)于改善氧化狀態(tài)而言，加入Be、Ca、Zn等元素，能改變鎂合金的鑄造性能，對(duì)力學(xué)性能也有一定的影響，3個(gè)元素中以Be的效果最好，不影響材料的切削加工性能。

（3）       當(dāng)前，SF6是基本的，不可缺的防護(hù)氣體，但應(yīng)在密閉爐上加入效果好，唯一的缺點(diǎn)是SF6氣體產(chǎn)生溫室效應(yīng)。

（4）       以SO2作防護(hù)氣體，簡(jiǎn)單實(shí)用，可與SF6混合使用。

（5）       惰性氣體Ar、He、N2等單獨(dú)使用在大氣下并不能抑制Mg的蒸發(fā)，但是在全封閉功能的爐型中，還是能發(fā)揮其主導(dǎo)作用。

3、鎂合金壓鑄周邊設(shè)備

  鎂合金壓鑄由于在一些方面不同于鋁合金壓鑄，除了壓鑄主機(jī)在一些方面有所特殊要求外，在周邊設(shè)備上也有一些不同，比如鎂合金的熔爐和普通的鋁合金熔爐不同，鎂合金壓鑄在大多數(shù)情況下要使用模溫機(jī)，等等。取件機(jī)械手、噴霧機(jī)械手的配套和使用，可以降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境、提高工作效率。周邊設(shè)備的使用，也為壓鑄的自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)提供了條件，可以提高壓鑄生產(chǎn)的自動(dòng)化生產(chǎn)水平，降低人為因素對(duì)壓鑄工藝的影響。

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