CN103469040A - 复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金及其燃点测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金及其燃点测试方法。所述的阻燃镁合金由铝、锌、钕、钇，其余为镁组成。该阻燃镁合金燃点测试方法包括：将铝材、锌材、镁材以及镁-钕、镁-钇中间合金进行处理之后，放入电阻炉坩埚中在740℃下熔炼，降至720℃浇铸成锭。从铸锭上制取试样放入燃点测试装置中进行燃点测试。从500℃之后采集试样表面温度与时间的曲线图，曲线图上的拐点即为该镁合金的燃点。本发明优点：在AZ31镁合金中复合添加Nd和Y两种稀土元素，提高了镁合金的燃点，使燃点从571℃提高到598℃。使镁合金材料自身的抗氧化能力得到较大提高，从而扩大了该镁合金的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金及其燃点测试方法，属于镁合金材料技术领域。
背景技术
金属镁及其合金是迄今在工程中应用的最轻的结构材料。常规镁合金比铝合金轻30%~50%，比钢铁轻70%以上，应用在工程中可大大减轻结构件质量。同时，镁合金具有高的比强度和比刚度，尺寸稳定性高，阻尼减震性能好，机械加工方便，尤其易于回收利用，具有环保特性。镁合金具有优良的力学性能，特别适用于轻质结构件。镁的这些优点使其被誉为“ 世纪绿色工程金属结构材料”。随着航空航天、汽车轻量化、通信产品及消费电子类产品等领域对镁合金的需求增大，大大刺激了镁工业的发展，同时对镁工业的创新和产业提升提出了更高的要求。Mg-Al-Zn系合金具有良好地铸造工艺性能，较高的力学性能，较小的热烈倾向，成本低等优点，成为应用最广泛的镁合金，如 AZ31、AZ61、AZ80、AZ91等等。
但是，由于镁的化学性质活泼，极易与空气中的氧气发生反应，产生剧烈的燃烧。这一过程将发出刺眼的光芒，同时散发出大量的烟雾和热量，更加速了镁合金的燃烧。镁合金的这种易氧化燃烧的特点为镁合金的生产、加工和处理带来极大的困难，极大的限制了镁合金的广泛应用，因此提高镁合金的燃点，获得较为理想的阻燃镁合金一直是镁合金研究的一个重要课题。
早期已经有诸多的研究表明，稀土元素作为微合金化元素，加入到镁合金中可以有效提高镁合金的燃点，并且以化合物形式存在，不会对产品造成污染。[CN 102660704 A]公开了一种高温阻燃镁合金，通过对AZ91D合金中加入钙、锶、RE、铍等元素，提高了材料的着火点，使材料在710 °C，在没有机械破坏液面的状态下能长时间保持阻燃状态。[CN 101629 261 A]公开了一种镁钇镝三元阻燃合金于600～720°C下加热熔炼，在600°C、650°C、720°C附近进行间歇性通入99.5 vol. % CO2 + 0.5 vol. % SF6 混合气体，获得阻燃性能较高的镁合金。然而对于商用镁合金中应用最广泛的AZ31镁合金，尽管对其组织和性能的研究较多，但都没有涉及阻燃性能的研究，如果在提高性能的基础上提高AZ31镁合金的阻燃性能，将会大大提高其应用领域范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金及其燃点测试方法，所述的复合添加稀土Nd和Y的镁合金燃点高，其燃点测试方法简单。
本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金，其特征在于，该复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金由下列组分及质量含量所组成：铝：2.6-3.7%、锌：1.03-1.28%、钕：0.66-1.41%、钇：0.77-1.72%，其余为镁，上述个组分质量百分含量之和为100%。
上述的复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金的燃点测试方法，其特征在于包括以下过程：
1. 熔炼稀土镁合金铸锭
（1）将纯度为99.7%的铝材，纯度为99.95%的锌材，Mg与质量含量为28%Nd的中间合金，Mg与质量含量为30% Y的中间合金，以及纯度为99.95%的镁用砂轮打磨掉表面的氧化皮，备用；
（2）按照铝：2.6-3.7%、锌：1.03-1.28%、钕：0.66-1.41%、钇：0.77-1.72%，其余为镁，这种配比称量所需要的镁材，铝材，锌材以及两种稀土-镁的中间合金，先将镁材，铝材放入电阻炉的坩埚内，在SF6保护气氛下加热到740℃得到金属液，再将锌材和中间合金放入坩埚内继续加热至熔融，不断搅拌使成分均匀并同时将浮在合金液上方的残渣扒除；
（3）将炉温降至720℃，静置一段时间将金属熔液浇铸到金属模具中，得到复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金；
2. 测定复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金燃点
（1）从铸锭上切取规格为Φ14×14mm的圆柱型试样，将试样放入温度为500℃的电阻炉中进行燃烧测试；
（2）控制炉温的升温速率为5℃/min，获取试样表面温度与升温时间的对应曲线图；
（3）当试样表面温度与升温时间的对应曲线图出现拐点时，并且伴随试样产生白烟，此时该曲线的拐点所对应的温度即为复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金的起燃温度点；
（4）出现拐点后继续采集5分钟后，停止采集。
本发明的优点，在镁合金中添加了Nd和Y稀土元素，使AZ31镁合金的燃点由571℃提高到598℃，镁合金材料自身的抗氧化能力得到较大提高，从而扩大了该镁合金的应用范围。
附图说明
图1为本发明的复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金的燃点测试装置结构示意图。
图中：1为计算机，2为温度控制器，3为测炉膛温度的热电偶，4为测试样温度的热电偶，5为试样，6为电阻炉，7为坩埚。
图2为本发明实施例1所制得的复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金的燃点测试曲线图。
图3为本发明实施例2所制得的复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金的燃点测试曲线图。
图4为本发明实施例3所制得的复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金的燃点测试曲线图。
图5为本发明实施例4所制得的复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金的燃点测试曲线图。
图6为对比例所制得的AZ31镁合金的燃点测试曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，这些实例只用于说明本发明，并不限制本发明。
实施例1
称取纯度为99.7%的铝材31 g，纯度为99.95%的锌材12.8 g，Mg与含量为28%Nd的中间合金47.8 g，Mg与含量为30% Y的中间合金57.3 g，其余是纯度为99.95%的镁材（以上皆为质量百分含量），共1000 g。先将称量好的镁、铝置于电阻炉内，以SF6作为保护气，升温速率为10℃/min，加热到740℃；得到合金液后，再加入锌、镁钕中间合金以及镁钇中间合金，待全部融化后，用金属棒搅拌，同时将金属液上层漂浮的残渣扒除；将炉温降至720℃，静置保温5分钟，将熔液倒入铁模具内，即得本发明的一种阻燃镁合金S1。从上述镁合金铸锭S1上切取规格为Φ14×14mm的圆柱型试样，进行燃点测试；按图1放置和连接燃点测试设备，将炉温升至500℃；放入待测试样，将经校准过的热电偶置于试样顶部与试样接触，继续加热，控制升温速率为5℃/min。当温度再次达到500℃时，开始采集试样温度与升温时间的曲线图；直到计算机上的温度采集曲线出现拐点，并伴随试样表面产生白烟，这个点即镁合金试样的起燃温度点；出现拐点后继续采集5分钟后，停止采集。其燃点测试曲线如图2所示，其燃点为593℃。
实施例2
称取纯度为99.7%铝材29 g，纯度为99.95%的锌材10.3g，Mg与含量为28%Nd的中间合金38.93 g，Mg与含量为30% Y的中间合金38 g，其余是纯度为99.95%的镁材（以上皆为质量百分含量），共1000 g。
与实施例1的方法步骤完全相同，得到本发明又一种阻燃镁合金铸锭S2，并对其按实施例1的方法进行燃点测试，测试曲线如图3所示，其燃点为598℃。
实施例3
称取纯度为99.7%铝材26 g，纯度为99.95%的锌材11.1g，Mg与含量为28%Nd的中间合金23.6 g，Mg与含量为30% Y的中间合金25.7 g，其余是纯度为99.95%的镁材（以上皆为质量百分含量），共1000 g。
与实施例1的方法步骤完全相同，得到本发明又一种阻燃镁合金铸锭S3，并对其按实施例1的方法进行燃点测试，测试曲线如图4所示，其燃点为581℃。
实施例4
称取纯度为99.7%铝材37 g，纯度为99.95%的锌材12.4g，Mg与含量为28%Nd的中间合金40.7 g，Mg与含量为30% Y的中间合金41 g，其余是纯度为99.95%的镁材（以上皆为质量百分含量），共1000 g。
与实施例1的方法步骤完全相同，得到本发明又一种阻燃镁合金铸锭S4，并对其按实施例1的方法进行燃点测试，测试曲线如图5所示，其燃点为592℃。
对比例：
称取纯度为99.7%铝材35 g，纯度为99.95%的锌材12.6g，其余是纯度为99.95%的镁材（以上皆为质量百分含量），共1000 g。按照实施例1的方法步骤进行熔炼得到用来与本发明的稀土阻燃镁合金进行对比的未掺杂稀土元素的AZ31镁合金铸锭D，并对其按实施例1的燃点测试方法进行燃点测试，燃点测试曲线如图6所示，所测燃点为571℃。
Claims (2)
1.种复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金，其特征在于，该复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金由下列组分及质量含量所组成：铝：2.6-3.7%、锌：1.03-1.28%、钕：0.66-1.41%、钇：0.77-1.72%，其余为镁，上述个组分质量百分含量之和为100%。
2.一种按权利要求1所述的复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金的燃点测试方法，其特征在于包括以下过程：
1）熔炼稀土镁合金铸锭
（1）将纯度为99.7%的铝材，纯度为99.95%的锌材，Mg与质量含量为28%Nd的中间合金，Mg与质量含量为30% Y的中间合金，以及纯度为99.95%的镁用砂轮打磨掉表面的氧化皮，备用；
（2）按照铝：2.6-3.7%、锌：1.03-1.28%、钕：0.66-1.41%、钇：0.77-1.72%，其余为镁，这种配比称量所需要的镁材，铝材，锌材以及两种稀土-镁的中间合金，先将镁材，铝材放入电阻炉的坩埚内，在SF6保护气氛下加热到740℃得到金属液，再将锌材和中间合金放入坩埚内继续加热至熔融，不断搅拌使成分均匀并同时将浮在合金液上方的残渣扒除；
（3）将炉温降至720℃，静置一段时间将金属熔液浇铸到金属模具中，得到复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金；
2）测定复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金燃点
（1）从铸锭上切取规格为Φ14×14mm的圆柱型试样，将试样放入温度为500℃的电阻炉中进行燃烧测试；
（2）控制炉温的升温速率为5℃/min，获取试样表面温度与升温时间的对应曲线图；
（3）当试样表面温度与升温时间的对应曲线图出现拐点时，并且伴随试样产生白烟，此时该曲线的拐点所对应的温度即为复合添加稀土Nd和Y的阻燃镁合金的起燃温度点；
（4）出现拐点后继续采集5分钟后，停止采集。
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