CN113373398B - 一种阻燃镁合金部件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃镁合金部件，包括镁合金材料的部件基体，其特征在于，部件基体的工作面上设置有一层镁合金材料的阻燃层，阻燃层中钙元素含量大于部件基体中钙元素含量。本发明具有能够在尽量不损失镁合金部件自身力学性能的基础上使其具有高阻燃性能的优点。

Description

一种阻燃镁合金部件
技术领域
本发明涉及镁合金材料技术领域，具体涉及一种阻燃镁合金部件。
背景技术
镁合金作为一种新型轻质结构材料，其具有密度低、比强度比刚度高、切削加工性好、电磁屏蔽能力强等性能优势。由镁合金制备的发动机机匣、导弹舱体、卫星支架等结构件已经广泛应用于航空航天、交通运输、国防军工等领域，为相关关键装备产业的轻量化做出了重要贡献。然而相比于其他常见的结构材料，镁合金的化学性质相当活泼，在熔炼过程极易燃烧甚至是爆炸，极大提高了镁合金部件的制备和成型难度。同时，常规镁合金起燃点较低，相关部件表面在中高温服役条件下生成疏松多孔的氧化膜（MgO的PBR值为0.81）无法对部件形成有效的物理保护，严重阻碍了镁合金在工程上的进一步推广应用。故提高镁合金阻燃性能，是镁合金发展的重要研究方向。
阻燃镁合金，多指在合金熔炼过程中由于合金的起燃温度高于合金的熔炼温度，因而可以直接在大气环境中中直接熔炼而无需气氛保护的镁合金。阻燃镁合金一般含有铍、钙或者稀土元素中的一种或多种，通常依靠配方的调整达到阻燃的效果，提高镁合金性能。其阻燃原理是镁合金中添加铍、钙等合金化元素后，可以提高镁合金部件整体的抗氧化能力。这是因为在高温条件下，铍、钙等元素会迁移到合金表面参与氧化反应，所生成的高致密程度的CaO、BeO能够对镁合金部件产生物理保护作用，提高了部件表面抗氧化性能。其中又因为钙元素最为常见和便宜，故采用添加钙含量的方式提高镁合金阻燃性应用得最多。
阻燃镁合金材料制得的部件，是能够更好地适应中高温工作环境的要求。但是由于材料配方中增加了阻燃成分，另一方面也会极大地导致材料自身力学性能的下降。以钙元素为例，将镁合金起燃点提高至750℃左右需要加入质量分数约5%的Ca。然而如此高的Ca添加量会导致Mg-Ca合金中出现大量连续粗大的富Ca共晶组织，对合金的力学性能相当不利。而根据现有研究，当镁合金中Ca添加量大于1%后，合金的抗拉强度和延伸率均会随着Ca含量的继续增加而发生显著降低。同时对镁合金整体力学性能和耐腐蚀性能均会产生较大影响。
综上所述，在镁合金的生产和应用中，如何在保障镁合金部件力学性能的前提下还能大幅度提高其阻燃性能成为了当前研究领域的重点和本领域人员需要考虑解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够在尽量不损失镁合金自身力学性能优点的基础上使其具有高阻燃性能的阻燃镁合金构件，使其能够更加适宜在高温高载荷环境下使用服役，延长寿命。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种阻燃镁合金部件，包括镁合金材料的部件基体，其特征在于，部件基体的工作面上设置有一层镁合金材料的阻燃层，阻燃层中钙元素含量大于部件基体中钙元素含量。
这样，本镁合金部件中，将产品分为了内外两个部分，调整其钙元素含量不同使其形成浓度梯度，调整阻燃层中钙元素含量使其大于部件基体中钙元素含量，其余合金元素种类和含量与部件基体中一致。故由于部件基体材料采用较低的钙元素含量，避免了形成粗大的金属间化合物，保证了部件基体具有足够的强度和力学性能。同时在此基础上增大部件的工作面的钙元素含量形成阻燃层，利用钙元素自身性能提高了部件工作面上的阻燃效果。这种方式和常规的阻燃涂层方式相比，由于阻燃层和部件基体为成分配比基本相同的镁合金材料，区别仅仅在于钙元素含量不同。这样一来，由于基体与阻燃层的物化性质非常接近，二者之间能够达到最大紧密程度的结合效果。解决了普通阻燃涂层技术，涂层和镁合金由于物理和化学性质差异大，导致结合可靠性差，恶劣工作环境中使用容易分裂或脱落的问题。（例如高温环境工作时，由于温度变化导致常规涂层和部件基体会因不同的膨胀或收缩变形导致本就脆弱的结合界面产生应力集中现象，进而使得涂层在服役期极易龟裂脱落而严重降低了防护可靠性。）同时由于阻燃层和部件基体为材料基本一致的镁合金，故整体导热性能好，不会因为存在隔层而降低散热效果，保证了镁合金部件的工程应用范围。
进一步地，部件基体的合金成分中含有质量比例0.5-2%的钙元素，阻燃层中含有质量比例2-5%（不包括2%）的钙元素。
这样，部件基体和表面阻燃层的材料成分，仅仅在钙元素上具有微小的比例差异，合金材料变化程度非常小。但0.5-2%的钙元素已足够保证合金的力学性能优异性，2-5%（不包括2%）的钙元素足够保证其阻燃效果。故可以最大程度保证合金表面阻燃层和内部材料一致性，最大程度保证其结合紧密程度的基础上提高了部件整体的阻燃效果。
进一步地，阻燃层厚度为0.1-2mm。
这样，由于2-5%（不包括2%）的钙元素成分的镁合金阻燃性能优异，故只需很薄的厚度即可达到很好的阻燃效果。同时该厚度就可以更好地避免对镁合金部件整体力学性能产生影响。
进一步地，本发明的阻燃镁合金部件，可以按照以下步骤制备：a先制得钙含量相对较低的镁合金材质的部件基体，部件基体工作面位置厚度方向尺寸小于产品0.1-2mm；b对部件基体进行预处理，提高其工作面表面粗糙度；c采用钙含量相对较高的镁合金材料（即阻燃层镁合金材料）加热为熔融状态，然后采用表面喷涂原理的工艺使得熔融状态的高钙镁合金材料附着在部件基体工作面上，冷却凝固后形成阻燃层。
这样，能够获得具有上述兼具合金力学性能和阻燃效果的镁合金部件，阻燃层材料采用熔融状态喷涂到工作面上，能够更好地和镁合金部件基体紧密结合，且工艺自身具有实施简单，操作方便等优点。同时，喷涂的方式，有利于获得厚度均匀的阻燃层，且效率高，有利于实现工业化应用。
进一步地，a步骤中，部件基体通过铸造、锻造或挤压工艺获得。此为镁合金构件常规制备工艺，方便制造。
进一步地，b步骤中，部件基体预处理时，包括以下步骤：将部件基体的工作面在质量浓度为10%左右的NaOH溶液中浸泡60-120min，取出后依次用细砂砂纸（1200#）和粗砂砂纸（360#）对部件基体工作面进行磨砂处理。
这样是因为碱性溶液易于与油污发生化学反应使得油污被分解成为甘油和脂肪酸，所以可以很好地去除镁合部件基体表面的油污附着物，有利于后续工艺中母材与阻燃层的结合。同时有违常规地先采用细砂然后再采用粗砂砂纸进行打磨，不仅可以去除掉氧化膜，而且可以提高部件基体工作面的粗糙程度，可以更好地提高后续熔融状态的阻燃层镁合金喷涂时的附着性，阻燃层和部件基体之间能够产生一定的机械咬合效果，从而提高阻燃层镁合金和部件基体的结合力。
进一步地，b步骤中，磨砂处理后，进一步对粗糙的部件基体工作面进行等离子电离处理，并在温度冷却前即进行c步骤喷射成型处理。
这样，在磨砂处理后，进一步对粗糙的部件基体工作面进行等离子电离处理，可以通过等离子电离的方式，提高部件基体工作面的温度，使其后续能够更好地和阻燃层镁合金高温液滴结合。同时等离子电离的方式能够使得部件基体工作面上的部分合金离子化，提高了活性。由于喷射成型时是采用的相同成分（仅仅是钙含量不同）的金属液，故部件基体工作面部分合金成分被离子化后，就能够在喷射成型时更好地和熔融态的相同合金成分相结合，极大地提高了阻燃层镁合金和部件基体之间的结合可靠性。另外，等离子电离处理时，是以被处理的部件基体作为接地电极，在其待处理的工作面外间隔一定距离设置高压电极，并在高压电极和接地电极之间形成电离区域，实现等离子电离处理。故磨砂处理后的部件基体工作面，能够形成若干细小的尖锐凸起，能够提高等离子处理时的电离效果。上述等离子电离技术自身为成熟现有技术，故其具体控制方式和过程不在此详细介绍。
进一步地，c步骤中，采用喷射成型的方式实现表面喷涂。
具有操作方便快捷，工艺成熟可靠的优点。
进一步地，所述喷射成型具体包括以下步骤：先将阻燃层镁合金材料加入真空电磁感应炉中，在750-850℃的温度下熔化为合金液；将合金液转入雾化装置中，在700-800℃的雾化温度下，将气体流量为3-5L/min的纯度不低于99.9%的脱水高纯氩气注入合金液中，得到氩气和合金液滴混合流体；随后在1.2-1.5MPa的雾化喷射压力下，通过喷射成型设备将氩气和合金液滴混合流体喷射至部件基体工作面上，使得合金液滴在氩气保护下结合到部件基体工作面并凝固为一体，形成厚度为0.1-2mm的阻燃层。
这样，在750-850℃下使较高Ca含量镁合金完全处于熔融状态，可以避免未融化的固态颗粒物进入雾化装置中造成不连续、不均匀的阻燃层组织；同时，在此较高的熔融温度范围内合金熔体的粘度降低，流动性得到提高，这样有利于抑制阻燃层在喷涂过程中形成的未熔合及孔隙等成形缺陷。而通过适当流量的氩气气体可以保证金属液滴均匀弥散的分布，在喷射压力作用下获得致密度较高且厚薄均匀的阻燃层，同时又利用氩气产生气氛保护效果，避免合金液体在和部件基体结合过程中产生氧化反应。
作为另一种选择，c步骤中，采用真空镀膜的方式实现表面喷涂。真空镀膜具体包括以下步骤：在真空镀膜设备中，将预处理后的部件基体置于基片台上，使得其工作表面呈露出状态，将满足阻燃层成分要求的阻燃层镁合金材料置于蒸发舟，通过真空泵将真空室内压强抽至10-4-10-1Pa，在基底温度为100-160℃，蒸发功率为150-250w下，使得部件基体工作表面上制备形成一层厚度为0.1-2mm的阻燃层。
其中，所述真空镀膜设备为已有的现有设备，采用该设备，在该设定真空度下镁合金材料的蒸发速度适中，有利于阻燃层膜层的均质分布同时避免膜层中产生成形缺陷。基底温度设置为100-160℃能够在一定程度上提高镁合金材料的原子扩散速度，有利于镁蒸气的形成和稳定。这样，在该蒸发功率下成膜，具有速度较快且成膜致密、膜层缺陷较少、膜层成分均匀等优点。
进一步地，本发明的阻燃镁合金部件制备时，还包括步骤d退火，退火温度为150-200℃，退火时间为0.5-5h，退火后在热处理炉中冷却至室温。
这样，可以更好地消除残余应力，稳定尺寸，减少阻燃层在后续服役过程中的因应力集中而产生开裂现象。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1采用梯度成分设计的思路解决了Mg-Ca合金部件力学性能与阻燃性能之间的矛盾关系。母材基底含Ca量较低，保证了部件的力学性能。而表面阻燃层含Ca量较高，保证了部件的阻燃性能。2本专利所采用的阻燃涂层成分与母材非常接近，这有利于涂层与基体之间界面的紧密结合，解决了传统表面处理工艺中防护涂层易剥落的不足。3与镁合金的其他表面处理技术相比，本发明中的表面喷涂工艺易于获得均匀的防护涂层，适合工业化批量生产。
综上所述，本发明具有能够在尽量不损失镁合金自身力学性能优点的基础上使其具有高阻燃性能的优点。
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详细说明。
具体实施时：
一种阻燃镁合金部件，包括镁合金材料的部件基体，其中，部件基体的工作面上设置有一层镁合金材料的阻燃层，阻燃层中钙元素含量大于部件基体中钙元素含量。
这样，本镁合金部件中，将产品分为了内外两个部分，调整其钙元素含量不同使其形成梯度，阻燃层中钙元素含量调整使其大于部件基体中钙元素含量，其余合金元素成分和含量与部件基体中一致。故由于部件基体材料不变，可以采用较低的钙元素含量，避免了形成粗大的金属间化合物，保证了部件基体具有足够的强度和力学性能。同时在此基础上增大部件的工作面的钙元素含量形成阻燃层，利用钙元素自身性能提高了部件工作面上的阻燃效果。这种方式和常规的阻燃涂层方式相比，由于阻燃层和部件基体为基本相同成分和配比的镁合金元素，区别仅仅在于钙元素含量不同，故二者之间能够达到最大紧密程度的结合效果。解决了普通阻燃涂层技术，涂层和镁合金由于物理和化学性质差异大，导致结合可靠性差，恶劣工作环境中使用容易分裂或脱落的问题。（例如高温环境工作时，由于温度变化导致常规涂层和部件基体会因不同的膨胀或收缩变形导致本就脆弱的结合界面产生应力集中现象，进而使得涂层在服役期极易龟裂脱落而严重降低了防护可靠性。）同时由于阻燃层和部件基体为材料基本一致的镁合金，故整体导热性能好，不会因为存在隔层而降低散热效果，保证了镁合金部件的工程应用范围。
其中，部件基体的合金成分中含有质量比例0.5-2%的钙元素，阻燃层中含有质量比例2-5%（不包括2%）的钙元素。
这样，部件基体和表面阻燃层的材料成分，仅仅在钙元素上具有微小的比例差异，合金材料变化程度非常小。但0.5-2%的钙元素已足够保证合金的力学性能优异性，2-5%（不包括2%）的钙元素足够保证其阻燃效果。故可以最大程度保证合金表面阻燃层和内部材料一致性，最大程度保证其结合紧密程度的基础上最大程度提高了部件整体阻燃效果。
其中，阻燃层厚度为0.1-2mm。
这样，由于2-5%（不包括2%）的钙元素成分的镁合金阻燃性能优异，故只需很薄的厚度即可达到很好的阻燃效果。同时该厚度就可以更好地避免对镁合金部件整体力学性能的影响。
本发明的阻燃镁合金部件，可以按照以下步骤制备：a先制得钙含量相对较低的镁合金材质的部件基体，部件基体工作面位置厚度方向尺寸小于产品0.1-2mm；b对部件基体进行预处理，提高其工作面表面粗糙度；c采用钙含量相对较高的镁合金材料（即阻燃层镁合金材料）加热为熔融状态，然后采用表面喷涂原理的工艺使得熔融状态的高钙镁合金材料附着在部件基体工作面上，冷却凝固后形成阻燃层。
这样，能够获得具有上述兼具合金力学性能和阻燃效果的镁合金部件，阻燃层材料采用熔融状态喷涂到工作面上，能够更好地和镁合金部件基体紧密结合，且工艺自身具有实施简单，操作方便等优点。同时，喷涂的方式，有利于获得厚度均匀的阻燃层，且效率高，有利于实现工业化应用。
a步骤中，部件基体通过铸造、锻造或挤压工艺获得。此为镁合金构件常规工艺，方便制造。
b步骤中，部件基体预处理时，包括以下步骤：将部件基体的工作面在质量浓度为10%左右的NaOH溶液中浸泡60-120min，取出后依次用细砂砂纸（1200#）和粗砂砂纸（360#）对部件基体工作面进行磨砂处理。
这样是因为碱性溶液易于与油污发生化学反应使得油污被分解成为甘油和脂肪酸，所以可以很好地去除镁合部件基体表面的油污附着物，有利于后续工艺中母材与阻燃层的结合。同时有违常规地先采用细砂然后再采用粗砂砂纸进行打磨，不仅可以去除掉氧化膜，而且可以提高部件基体工作面的粗糙程度，可以更好地提高后续熔融状态的阻燃层镁合金喷涂时的附着性，阻燃层和部件基体之间能够产生一定的机械咬合效果，从而提高阻燃层镁合金和部件基体的结合力。
b步骤中，磨砂处理后，进一步对粗糙的部件基体工作面进行等离子电离处理，并在温度冷却前即进行c步骤喷射成型处理。
这样，在磨砂处理后，进一步对粗糙的部件基体工作面进行等离子电离处理，可以通过等离子电离的方式，提高部件基体工作面的温度，使其后续能够更好地和阻燃层镁合金高温液滴结合。同时等离子电离的方式能够使得部件基体工作面上的部分合金离子化，提高了活性。由于喷射成型时是采用的相同成分（仅仅是钙含量不同）的金属液，故部件基体工作面部分合金成分被离子化后，就能够在喷射成型时更好地和熔融态的相同合金成分相敖合，极大地提高了阻燃层镁合金和部件基体之间的结合可靠性 。另外，等离子电离处理时，是以被处理的部件基体作为接地电极，在其待处理的工作面外间隔一定距离设置高压电极，并在高压电极和接地电极之间形成电离区域，实现等离子电离处理。故磨砂处理后的部件基体工作面，能够形成若干细小的尖锐凸起，能够提高等离子处理时的电离效果。上述等离子电离技术自身为成熟现有技术，故其具体控制方式和过程不在此详细介绍。
实施时c步骤中，可以采用喷射成型的方式实现表面喷涂。具有操作方便快捷，工艺成熟可靠的优点。所述喷射成型具体包括以下步骤：先将阻燃层镁合金材料加入真空电磁感应炉中，在750-850℃的温度下熔化为合金液；将合金液转入雾化装置中，在700-800℃的雾化温度下，将气体流量为3-5L/min的纯度不低于99.9%的脱水高纯氩气注入合金液中，得到氩气和合金液滴混合流体；随后在1.2-1.5MPa的雾化喷射压力下，通过喷射成型设备将氩气和合金液滴混合流体喷射至部件基体工作面上，使得合金液滴在氩气保护下结合到部件基体工作面并凝固为一体，形成厚度为0.1-2mm的阻燃层。
这样，在750-850℃下使较高Ca含量镁合金完全处于熔融状态，可以避免未融化的固态颗粒物进入雾化装置中造成不连续、不均匀的阻燃层组织；同时，在此较高的熔融温度范围内合金熔体的粘度降低，流动性得到提高，这样有利于抑制阻燃层在喷涂过程中形成的未熔合及孔隙等成形缺陷。而通过适当流量的氩气气体可以保证金属液滴均匀弥散的分布，在喷射压力作用下获得致密度较高且厚薄均匀的阻燃层，同时又利用氩气产生气氛保护效果，避免合金液体在和部件基体结合过程中产生氧化反应。
作为另一种实施选择，c步骤中，采用真空镀膜的方式实现表面喷涂。真空镀膜具体包括以下步骤：在真空镀膜设备中，将预处理后的部件基体置于基片台上，使得其工作表面呈露出状态，将满足阻燃层厚度要求含量的阻燃层镁合金材料置于蒸发舟，通过真空泵将真空室内压强抽至10-4-10-1Pa，在基底温度为100-160℃，蒸发功率为150-250w下，使得部件基体工作表面上制备形成一层厚度为0.1-2mm的阻燃层。
其中，所述真空镀膜设备为已有的现有设备，采用该设备，在该设定真空度下镁合金材料的蒸发速度适中，有利于阻燃层膜层的均质分布同时避免膜层中产生成形缺陷。基底温度设置为100-160℃能够在一定程度上提高镁合金材料的原子扩散速度，有利于镁蒸气的形成和稳定。这样，在该蒸发功率下成膜，具有速度较快且成膜致密、膜层缺陷较少、膜层成分均匀等优点。
实施时，本发明的阻燃镁合金部件制备时，还包括步骤d退火，退火温度为150-200℃，退火时间为0.5-5h，退火后在热处理炉中冷却至室温。
这样，可以更好地消除残余应力，稳定尺寸，减少阻燃层在后续服役过程中的因应力集中而产生开裂现象。
下面在满足上述具体实施方式要求的基础上，进一步采用具体的参数，采用具体配比的不同镁合金，采用具体的喷射成型方式，进行试验，检测获得镁合金部件的性能数据，形成以下的试验例和对比例，更好地验证本发明的效果。
试验例1：
以AZ91+0.5wt%Ca镁合金铸件为母材（wt%是指组分占所制备的镁合金总质量的百分比）实施本发明。母材即指部件基体。
镁合金母材的预处理工艺，其中，将母材在浓度为10%的NaOH溶液中浸泡60min，取出后分别用1200#和360#的砂纸对镁合金母材表面进行磨砂处理。
阻燃层合金成分为AZ91+2wt%Ca，加入真空电磁感应炉中加热至750℃，直至完全处于熔融状态。随后将合金液转入雾化装置中，在雾化温度为700℃下向合金液中注入纯度不低于99.9%的脱水高纯氩气，气体流量为3L/min。在1.2MPa的雾化喷射压力下，通过喷射成型设备将合金液滴喷射至镁合金母材表面，得到厚度为0.1mm的阻燃层。
喷射成型完成后进行退火工艺，退火温度为150℃，退火时间为0.5h，随后在热处理炉中冷却至室温。
全部成型工艺完成后，利用拉伸试验机对该镁合金部件进行性能测试，发现抗拉强度达到常规AZ91镁合金铸件的105%，延伸率达102%。经测试得该部件起燃点为850℃。
试验例2
以AZ61+1wt%Ca镁合金铸件为母材（wt%是指组分占所制备的镁合金总质量的百分比）实施本发明。
镁合金母材的预处理工艺，其特征在于，将母材在浓度为10%的NaOH溶液中浸泡75min，取出后分别用1200#和360#的砂纸对镁合金母材表面进行磨砂处理。
阻燃层合金成分为AZ61+3wt%Ca，加入真空电磁感应炉中加热至800℃，直至完全处于熔融状态。随后将合金液转入雾化装置中，在雾化温度为750℃下向合金液中注入纯度不低于99.9%的脱水高纯氩气，气体流量为4L/min。在1.3MPa的雾化喷射压力下，通过喷射成型设备将合金液滴喷射至镁合金母材表面，得到厚度为1mm的阻燃层。
喷射成型完成后进行退火工艺，退火温度为170℃，退火时间为1h，随后在热处理炉中冷却至室温。
全部成型工艺完成后，利用拉伸试验机对该镁合金部件进行性能测试，发现抗拉强度达到常规AZ61镁合金铸件的103%，延伸率达105%。经测试得该部件起燃点为876℃。
试验例3
以AZ31+1.5wt%Ca镁合金铸件为母材（wt%是指组分占所制备的镁合金总质量的百分比）实施本发明。
镁合金母材的预处理工艺，其特征在于，将母材在浓度为10%的NaOH溶液中浸泡90min，取出后分别用1200#和360#的砂纸对镁合金母材表面进行磨砂处理。
阻燃层合金成分为AZ31+4wt%Ca，加入真空电磁感应炉中加热至850℃，直至完全处于熔融状态。随后将合金液转入雾化装置中，在雾化温度为800℃下向合金液中注入纯度不低于99.9%的脱水高纯氩气，气体流量为5L/min。在1.5MPa的雾化喷射压力下，通过喷射成型设备将合金液滴喷射至镁合金母材表面，得到厚度为2mm的阻燃层。
喷射成型完成后进行退火工艺，退火温度为190℃，退火时间为2h，随后在热处理炉中冷却至室温。
全部成型工艺完成后，利用拉伸试验机对该镁合金部件进行性能测试，发现抗拉强度达到常规AZ31镁合金铸件的112%，延伸率达98%。经测试得该部件起燃点为863℃。
试验例4
以AM60+0.5wt%Ca镁合金锻件为母材（wt%是指组分占所制备的镁合金总质量的百分比）实施本发明。
镁合金母材的预处理工艺，其特征在于，将母材在浓度为10%的NaOH溶液中浸泡105min，取出后分别用1200#和360#的砂纸对镁合金母材表面进行磨砂处理。
阻燃层合金成分为AM60+4wt%Ca，将预处理后的镁合金母材和较高Ca含量镁合金分别置于基片台和蒸发舟，通过真空泵将真空室内压强抽至10-4Pa，在基底温度为100℃，蒸发功率为150w下制备一层厚度为0.1mm的阻燃层。
喷射成型完成后进行退火工艺，退火温度为210℃，退火时间为3h，随后在热处理炉中冷却至室温。
全部成型工艺完成后，利用拉伸试验机对该镁合金部件进行性能测试，发现抗拉强度达到常规AM60镁合金锻件的107%，延伸率达98%。经测试得该部件起燃点为892℃。
试验例5
以AM50+2wt%Ca镁合金挤压板为母材（wt%是指组分占所制备的镁合金总质量的百分比）实施本发明。
镁合金母材的预处理工艺，其特征在于，将母材在浓度为10%的NaOH溶液中浸泡120min，取出后分别用1200#和360#的砂纸对镁合金母材表面进行磨砂处理。
阻燃层合金成分为AM50+5wt%Ca，将预处理后的镁合金母材和较高Ca含量镁合金分别置于基片台和蒸发舟，通过真空泵将真空室内压强抽至10-1Pa，在基底温度为160℃，蒸发功率为250w下制备一层厚度为2mm的阻燃层。
喷射成型完成后进行退火工艺，退火温度为250℃，退火时间为5h，随后在热处理炉中冷却至室温。
全部成型工艺完成后，利用拉伸试验机对该镁合金部件进行性能测试，发现抗拉强度达到常规AM50镁合金挤压板的103%，延伸率达101%。经测试得该部件起燃点为902℃。
对比例1
本对比例所述成型工艺与试验例1基本相同，喷射成型工艺参数保持不变，不同之处仅在于：阻燃层金属为AZ91+7wt%Ca。
全部成型工艺完成后，利用拉伸试验机对该镁合金部件进行性能测试，发现抗拉强度达到常规AZ91镁合金铸件的104%，延伸率达101%。经测试得该部件起燃点为923℃，但镁合金部件表面存在宏观裂纹。
由于本对比例中选用的阻燃层金属中Ca含量较高，与母材中Ca含量相差较大，结合不紧密；且由于Ca含量过高，表面阻燃层中硬脆相过多，易形成裂纹等缺陷。
对比例2
本对比例所述成型工艺与试验例3基本相同，喷射成型工艺参数保持不变，不同之处仅在于：母材金属为AZ31+4wt%Ca。
全部成型工艺完成后，利用拉伸试验机对该镁合金部件进行性能测试，发现抗拉强度达到常规AZ31镁合金铸件的91%，延伸率达89%。经测试得该部件起燃点为861℃。
由于本对比例中选用的母材金属中Ca含量较高，而起燃点相较于试验例3并无明显变化，并且由于母材中的硬脆相Al2Ca较多，降低了塑性和抗拉强度，不能达到服役的性能要求。
对比例3
本对比例所述成型工艺与试验例4基本相同，真空镀膜工艺参数保持不变，不同之处仅在于：用于真空镀膜的包覆层合金为AM60+0.5wt%Ca。
全部成型工艺完成后，利用拉伸试验机对该镁合金部件进行性能测试，发现抗拉强度达到常规AM60镁合金挤压板的105%，延伸率达99%。经测试得该部件起燃点为700℃。
由于本对比例中阻燃层与母材金属Ca的含量都较低，起燃点较试验例4中降低了很多，不能达到服役的性能要求。

Claims (6)

1.一种阻燃镁合金部件，包括镁合金材料的部件基体，其特征在于，部件基体的工作面上设置有一层镁合金材料的阻燃层，阻燃层中钙元素含量大于部件基体中钙元素含量；
部件基体的合金成分中含有质量比例0.5-2%的钙元素，阻燃层中含有质量比例2-5%的钙元素；其余合金元素种类和含量与部件基体中一致；
阻燃镁合金部件，按照以下步骤制备：a先制得钙含量相对较低的镁合金材质的部件基体，部件基体工作面位置厚度方向尺寸小于目标产品0.1-2mm；b对部件基体进行预处理，提高其工作面表面粗糙度；c采用钙含量相对较高的镁合金材料加热为熔融状态，然后采用表面喷涂原理的工艺使得熔融状态的高钙含量的镁合金材料附着在部件基体工作面上，冷却凝固后形成阻燃层；
b步骤中，部件基体预处理时，包括以下步骤：将部件基体的工作面在质量浓度为10%左右的NaOH溶液中浸泡60-120min，取出后依次用细砂砂纸和粗砂砂纸对部件基体工作面进行磨砂处理；
b步骤中，磨砂处理后，进一步对粗糙的部件基体工作面进行等离子电离处理，并在温度冷却前即进行c步骤喷射成型处理；等离子电离处理时，是以被处理的部件基体作为接地电极，在其待处理的工作面外间隔一定距离设置高压电极，并在高压电极和接地电极之间形成电离区域，实现等离子电离处理，所述等离子电离的方式使得部件基体工作面上的部分合金离子化。
2.如权利要求1所述的阻燃镁合金部件，其特征在于，阻燃层厚度为0.1-2mm。
3.如权利要求1所述的阻燃镁合金部件，其特征在于，a步骤中，部件基体通过铸造、锻造或挤压工艺获得。
4.如权利要求1所述的阻燃镁合金部件，其特征在于，c步骤中，采用喷射成型的方式实现表面喷涂；
所述喷射成型具体包括以下步骤：先将阻燃层镁合金材料加入真空电磁感应炉中，在750-850℃的温度下熔化为合金液；将合金液转入雾化装置中，在700-800℃的雾化温度下，将气体流量为3-5L/min的纯度不低于99.9%的脱水高纯氩气注入合金液中，得到氩气和合金液滴混合流体；随后在1.2-1.5MPa的雾化喷射压力下，通过喷射成型设备将氩气和合金液滴混合流体喷射至部件基体工作面上，使得合金液滴在氩气保护下结合到部件基体工作面并凝固为一体，形成厚度为0.1-2mm的阻燃层。
5.如权利要求1所述的阻燃镁合金部件，其特征在于，c步骤中，采用真空镀膜的方式实现表面喷涂；
真空镀膜具体包括以下步骤：在真空镀膜设备中，将预处理后的部件基体置于基片台上，使得其工作表面呈露出状态，将满足阻燃层厚度要求含量的阻燃层镁合金材料置于蒸发舟，通过真空泵将真空室内压强抽至10-4-10-1Pa，在基底温度为100-160℃，蒸发功率为150-250w下，使得部件基体工作表面上制备形成一层厚度为0.1-2mm的阻燃层。
6.如权利要求1所述的阻燃镁合金部件，其特征在于，阻燃镁合金部件制备时，还包括步骤d退火，退火温度为150-200℃，退火时间为0.5-5h，退火后在热处理炉中冷却至室温。
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