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修改稿 空气对流对HFC125/N2气氛下镁熔体表面膜的影响 张心灵1,2，游国强*1，龙思远1,3，査吉利1,3，徐荣峰2 （1 重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400030） （2 浙江吉利汽车研究院有限公司，浙江 杭州，310000） （3 重庆硕龙科技有限公司，重庆 400030） 摘 要: HFC125气体可以对高温镁合金提供有效的阻燃保护。本文研究了在弱空气对流和强空气对流两种工作环境下用HFC125/N2混合气体与镁合金熔体反应形成的表面膜。结果表明：在弱空气对流条件下所得表面膜几乎没有氧离子，而在强空气对流条件下所得表面膜含有少量氧离子；两种工作环境下保护效果没有明显变化。 关键词: 保护气体；镁合金；HFC125；MgF2 中图法分类号：TG142.45 文献标识码： A 文章编号 镁及常用镁合金在高温下极易发生氧化燃烧，镁熔铸工业主要采用SF6与氮气等载流气体混合后对镁熔体进行阻燃保护，由于其高污染性即将被淘汰；目前许多低污染的替代气体正在研究中。在众多替代气体中，氢氟烃气体（CxHyFz）由于其阻燃效果好、低污染、有稳定的低价格工业供应等原因，成为目前最有工业应用前景的一种。 无论SF6还是氢氟烃，都是含F气体。目前国内外的研究虽然对于含F气体的阻燃机理并未完全认识清楚，但普遍认为与含F气体和镁熔体反应生成含MgF2的致密表面膜有关。文献[1]-[8]的研究结果表明，在SF6或氢氟烃与N2的混合气体下，镁熔体表面生成的表面膜均含有MgF2和MgO，因此认为其阻燃机理在于生成了MgF2?MgO复合表面膜，该膜致密、柔韧，具有阻燃效果。 但是同时也出现如下问题：在SF6或氢氟烃与N2的混合气体保护下，为什么表面膜中会出现MgO这样的含氧物质呢？MgO对于表面膜的阻燃效果有何影响？为了探明上述问题，本文有针对性地进行了实验研究，具体如下。 1试验方案 本文设计了两组实验。 实验1（弱空气对流实验）：在井式实验电炉中放置钢制坩埚，熔化AZ91镁合金，并保温在700℃；整个过程在HFC125（0.128 vol.%）与N2（3.5 L/min）的混合气体保护下进行，用自制的炉盖（如图1所示）封住熔炉。炉盖上可覆盖一层耐火棉保温，不采取其他密封措施，除定时半开炉盖迅速对表面膜取样（自制取样工具如图2所示）并拍照记录外，始终保持炉盖关闭，使炉外空气尽量不进入炉内，即炉内和炉外空气呈弱对流状态。 实验2（强空气对流实验）：采用与上述实验相同的实验设备和实验参数，唯一不同之处是除取样和拍照记录时打开炉盖外，人为的定时打开炉盖，有意使炉外空气进入炉内，造成炉内和炉外空气对流。 然后对上述实验中所取表面膜试样进行SEM、EDS等分析测试，对比其差异。 图1 自制炉盖示意图 Fig.1 Schematic of Homemade furnace cover 图2 自制的表面膜取样工具 Fig.2 Homemade surface film sampling tools 2试验结果 保护效果:图2和图3分别为不同时间下实验1和实验2表面膜状态的照片。由图可知：在上述两种实验条件下，镁熔体表面膜均由柔韧的金属光泽逐渐变为灰色，同时表面的宏观褶皱逐渐消失，整个过程均无明显的燃烧现象，且二者无显著差别。表明空气对HFC125混合气体对于镁熔体的保护效果并无显著影响，进一步，也即当HFC125混合气体对于镁熔体的具有有效保护效果的时候，空气对其保护效果无显著影响。 图3 HFC125-0.128 vol.%弱对流条件下保护效果图/700℃ (A) 1min (B) 30min (C) 60 min Fig.3 The protection effect under the condition of weak convection at 700℃ (A) 1min (B) 30min (C) 60 min 图4 HFC125-0.128 vol.%强对流条件下保护效果图/700℃ (A) 1min (B) 30min (C) 60 min Fig.4 The protection effect under the condition of strong convection at 700℃ (A) 1min (B) 30min (C) 60 min 2.2表面膜成分检测结果：对实验1和实验2不同时间所取表面膜试样进行SEM和EDS检测，SEM检测结果如图5、图6所示。 图5 HFC125-0.128 vol.%弱对流条件下不同时间成膜的 SEM检测结果/700℃ 1min (B) 30min (C) 9h (D) 24h F