2、鎂合金防燃技術

2.1鎂合金熔體表面燃燒機制

 和氧及氧化物的反應

——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/氫氣爆炸

Mg+H2O=MgO+H2O

2H2O+O2=2H2O

——和氧化硅的反應

2Mg+SiO2=2MgO+Si

2.2  致密度系數的影響

金屬液抗氧化能力的強弱由其表現膜阻礙反應物質通過的難易來反應。

G=V1/V2

V1：金屬氧化物體積

V2：金屬體積

G：致密度系數

  Mg的致密度系數是0.79。Al的致密度系數是1.28。Al液的表面是一層致密的氧化物保護膜，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。應力狀態呈張應力，鎂易于蒸發。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，散發出紅色江芒，隨氧化反應的加劇，釋放出大量的熱量。溫度最高可達3000度。最終導致散發出耀眼的亮光，并出現鎂蒸氣燃燒產生的白煙，原料成廢渣。

鎂合金防燃的方法有兩個途徑。一是改善合金液表面的致密度系數；二是采用覆蓋劑或惰性氣體阻礙反應的進行。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；

——在反應性氣分下處理溶體，再其上行成薄的保護層。

2.3 表面防燃技術

2.3.1鹽類熔劑

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

鹽類熔劑的缺點是在與潮濕的空氣接觸時產生腐蝕性的氯化物以及形成鹽酸性氣體，對機器設備和工作環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，損害鑄件質量。

2.3.2  惰性氣體

目前在工業上大量應用的氮氣和氬氣都可以用來作鎂熔體保護，目的是斷絕氧氣的來源，氮氣能阻止燃燒，與Mg緩慢反應，產生粉末狀Mg3N2膜，其所提供的防護溫度在650℃以下，Ar氣不會與Mg 發生反應，但同樣存在Mg蒸發問題。

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散速度，所產生的BeO有高的熱力學穩定性，且揮發傾向性小，BeO在熔體表面形成壓應力，在熔體上覆蓋有足夠BeO，致密度系數處于1.68，起到甚佳的防護作用。

Zn也可以做為合金元素在鎂熔體上構成致密的覆蓋層，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，但超過0.8%的Ca時有強烈的熱裂及粘膜傾向。

2.3.4反應性氣氛

SO2與SF6都可以作為反應性氣體用于鎂熔體防護，使用溫度最高可達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性氣體成本最低，但有如下缺點：

——在與空氣接觸時反應生成H2SO4，形成氣體狀的SO3，對機器及周邊設備起到促進腐蝕作用。

——所有設備附件及管道都要采用優質的鋼材。

——SO2及SO3存在毒性及刺激性氣味，對人體健康有害。

SO2及SO3一樣，在很低的濃度下，也有良好的防護效果，并且SF6無毒，SF6與鎂熔體接觸時共同構成一種MgF2的致密的防護層。

2.4現有防燃技術的對比

（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周圍環境造成的破壞作用，不適合現代化大量生產的壓鑄作業。

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

（3）       當前，SF6是基本的，不可缺的防護氣體，但應在密閉爐上加入效果好，唯一的缺點是SF6氣體產生溫室效應。

（4）       以SO2作防護氣體，簡單實用，可與SF6混合使用。

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

3、鎂合金壓鑄周邊設備

  鎂合金壓鑄由于在一些方面不同于鋁合金壓鑄，除了壓鑄主機在一些方面有所特殊要求外，在周邊設備上也有一些不同，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情況下要使用模溫機，等等。取件機械手、噴霧機械手的配套和使用，可以降低操作者的勞動強度，改善工作環境、提高工作效率。周邊設備的使用，也為壓鑄的自動化生產的實現提供了條件，可以提高壓鑄生產的自動化生產水平，降低人為因素對壓鑄工藝的影響。

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