氮气气氛下阻燃镁合金及其阻燃机理研究

论文摘要

喷射成形技术是制备高性能大尺寸快速凝固镁合金的有效方法。在喷射成形镁合金工艺中,采用氮气作为雾化气体有极高的性价比优势。但氮与镁容易发生反应,如何保障喷射成形过程中的安全性是氮气喷射成形镁合金的首要问题。本文主要采用合金化的方法,研究镁合金在氮气气氛下的阻燃性能,并优化喷射成形工艺参数,以期安全制备高性能喷射成形镁合金。根据热力学计算,论文选取Y、Ce、Nd和Ca等元素作为合金化元素,采用自制装置对块状镁合金在氮气气氛下的阻燃性能进行了研究。用热重分析仪对粉末状镁合金氮气气氛下的阻燃性能进行了研究,并用热重分析仪对镁合金进行了氮化动力学分析。采用X射线衍射、扫描电镜和能谱分析了Mg-Ca合金表面氮化膜。结果表明,添加Y、Ce、Nd和Ca能显著提高镁合金燃点,Ca的阻燃效果最好。在500℃和600℃时Mg-1Ca、Mg-5Ca和Mg-5Y的氮化过程遵循抛物线规律。Mg-Ca合金氮化膜主要由Ca3N2、Mg3N2和CaMg2N2组成,氮化膜非常致密,由大量的不规则颗粒密排堆积而成的。采用氮气作为雾化气体,通过喷射成形技术安全的制备了Mg-7Al-1.5Zn-4.5Ca-1Nd合金。该合金晶粒细小,组织分布均匀,拉伸强度达到450MPa,延伸率为7%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景
• 1.2 镁合金的发展及应用概况
• 1.2.1 镁合金的发展
• 1.2.2 镁合金在汽车工业中的应用
• 1.2.3 镁合金在电子工业中的应用
• 1.3 镁合金阻燃方法
• 1.3.1 熔剂保护法阻燃
• 1.3.2 气体保护法阻燃
• 1.3.3 合金化阻燃
• 1.4 快速凝固镁合金研究现状及进展
• 1.4.1 镁合金快速凝固特征
• 1.4.2 镁合金快速凝固技术
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 阻燃镁合金表面氮化热力学研究
• 2.1 金属元素与氮的亲和力
• 2.2 氮化反应自由能分析
• 2.2.1 金属氮化反应自由能
• 2.2.2 镁合金氮化反应自由能
• 2.3 本章结论
• 第3章 镁合金氮气气氛下阻燃性能研究
• 3.1 试验方法及过程
• 3.1.1 镁合金试样的制备
• 3.1.2 氮气气氛下块状镁合金的燃点测试
• 3.1.3 氮气气氛下粉末状镁合金燃点测试
• 3.1.4 镁合金在氮气气氛下的保温试验
• 3.2 试验结果及分析
• 3.2.1 块状纯镁及镁合金在氮气气氛下的燃烧
• 3.2.2 块状镁合金在氮气气氛下的燃点
• 3.2.3 粉末状镁合金在氮气气氛下的燃点
• 3.2.4 镁合金氮气气氛下的高温稳定性
• 3.2.5 氮气气氛下与大气条件下镁及镁合金燃点比较
• 3.3 本章结论
• 第4章 阻燃镁合金表面氮化动力学研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验仪器及试样制备
• 4.2.2 实验过程
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 连续加热氮化动力学曲线
• 4.3.2 恒温氮化动力学曲线
• 4.3.3 氮化反应动力学规律
• 4.4 本章结论
• 第5章 表面氮化膜结构分析
• 5.1 氮化膜保护性理论分析
• 5.1.1 氮化膜—金属体积比
• 5.1.2 氮化物的熔点
• 5.1.3 金属氮化物的挥发性
• 5.1.4 氮化膜中的应力与松弛
• 5.2 镁合金表面氮化膜形貌及结构研究
• 5.2.1 氮化膜样品的制备及分析方法
• 5.2.2 Mg-Ca合金的显微组织
• 5.2.3 表面氮化膜形貌分析
• 5.2.4 氮化膜成分分析
• 5.3 Mg-Ca合金氮化历程
• 5.4 本章结论
• 第6章 氮气喷射成形镁合金研究
• 6.1 氮气喷射成形镁合金制备
• 6.1.1 喷射成形设备
• 6.1.2 喷射成形合金成分设计及制备
• 6.2 过喷粉末分析
• 6.3 氮气喷射成形Mg-7Al-1.5Zn-4.5Ca-1Nd合金组织观察
• 6.4 本章结论
• 第7章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果