一种阻燃镁合金部件制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。学性能的基础上使其具有高阻燃性能的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃镁合金部件


[0001]本专利技术涉及镁合金材料
，具体涉及一种阻燃镁合金部件。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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
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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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术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。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术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。
[0008]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。
[0009]进一步地，部件基体的合金成分中含有质量比例0.5
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2%的钙元素，阻燃层中含有质量比例2
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5%（不包括2%）的钙元素。
[0010]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。
[0011]进一步地，阻燃层厚度为0.1
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2mm。
[0012]这样，由于2
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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。
[0013]进一步地，本专利技术的阻燃镁合金部件，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
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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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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，并在温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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。2.如权利要求1所述的阻燃镁合金部件，其特征在于，部件基体的合金成分中含有质量比例0.5
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2%的钙元素，阻燃层中含有质量比例2
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5%的钙元素。3.如权利要求2所述的阻燃镁合金部件，其特征在于，阻燃层厚度为0.1
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2mm。4.如权利要求2所述的阻燃镁合金部件，其特征在于，本发明的阻燃镁合金部件，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。5.如权利要求4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。6.如权利要求4所述的阻燃镁合金部件，其特征在于，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
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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。7.如权利要求6所述的阻燃镁合金部件，其特征在于，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。8.如权利要求4所述的阻燃镁合金部件，其特征在于，c步...

【专利技术属性】
技术研发人员：游国强，童鑫，曾升，周凯旋，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：