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(1)阻燃机理
研究表明,稀土元素与氧的亲和力大于镁与氧的亲和力,因此稀土元素在镁合金中添加时,可以优先与氧结合生成致密的稀土氧化物,这些氧化物能够覆盖在镁合金表面,阻止镁与氧的进一步接触,从而提高镁合金的起燃温度,实现阻燃效果。此外,通过计算模型和电子理论研究,发现稀土元素在镁合金液态中的环境敏感镶嵌能较低,有利于稀土元素在合金凝固过程中向液面聚集,形成致密的氧化膜。
(2)合金化方法
不同的稀土元素对镁合金的阻燃效果和力学性能有不同的影响。例如,钕(Nd)、镧(Ce)、钆(Gd)等稀土元素在镁合金中的应用,可以有效地细化晶粒,提高合金的室温和高温力学性能。通过合金化方法添加稀土元素,不仅可以提高镁合金的阻燃性能,还能提高镁合金的力学性能:添加富铈混合稀土、钙和锂等元素,可以显著提高镁合金的起燃温度,并且改善其力学性能。
(3)未来研究方向
上海交通大学丁文江教授团队在高性能稀土镁合金方面取得了显著成果,他们研制的含稀土镁合金已经在航空航天等领域的关键承力部件中得到应用,含稀土阻燃镁合金的成功研发,使得镁合金可以在无保护条件下进行熔炼,简化了生产工艺,节约了成本,并且显著降低了镁合金在熔炼和生产过程中对环境的污染。未来的研究需要深化对不同稀土元素对镁合金性能影响机理的理解,建立准确的高性能镁合金设计准则,优化筛选稀土元素种类并调控其含量,实现镁合金结构性能与功能性的兼顾。
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