[发明专利]一种多阻燃元素镁合金高温氧化行为及阻燃性能的多维度测试系统

说明书

本发明公开了一种多阻燃元素镁合金高温氧化行为及阻燃性能的多维度测试系统，包括实验单元、自动合焦成像单元和数据自动采集及控制单元；实验单元包括实验底座和支架，实验底座上设有第一自动升降装置，第一自动升降装置上设有加热炉；加热炉的顶部设有两个限位孔；加热炉的正上方设有托盘，托盘的底部一端通过支杆固设在支架的顶部；托盘上设有电子天平，电子天平的秤盘底部设有一根引线，引线的底端与坩埚相连；自动合焦成像单元包括设在加热炉外的摄录机，并且加热炉的顶部及侧壁上设有供摄录机记录加热炉中待测样品实验状况的测量孔；支架的上端安装有搅拌/刮膜/取样装置。本发明的多维度测试系统可用于对阻燃镁合金进行综合评价表征。

技术领域

本发明涉及镁合金高温氧化行为及阻燃性能测试技术领域，具体涉及一种多阻燃元素镁合金高温氧化行为及阻燃性能的多维度测试系统。

背景技术

镁是自然界中分布最广的元素之一，镁合金具有重量轻、比强度高、减振性好、热疲劳性能好、导热性好、电磁屏蔽能力强、压铸性能好、易回收等优点，是替代钢铁、铝合金和工程塑料的新一代高性能结构材料。随着全球资源环境压力的不断增大，为适应电子、通讯器件高度集成化和轻薄小型化的发展趋势，全球各工业发达国家纷纷在交通、电子信息、通讯、计算机、声像器材、手提工具、电机、林业、纺织、核动力等行业中大量使用镁合金。

然而，镁合金在熔炼、浇注和成型过程中极易与空气中的氧、氮和水分发生化学反应而引起氧化、燃烧甚至爆炸，这很大程度上限制了镁合金的广泛应用。20世纪50年代就有人提出合金化阻燃的想法，即通过向镁合金中加入适量的易形成致密氧化膜或改善氧化镁致密性的表面活性元素，使合金表面形成具有保护作用的氧化膜，从而改变其氧化规律。当生成致密氧化膜时，氧化膜的生长遵循抛物线规律。在这种生长模式下，当氧化膜的生长达到一定程度后，其增重几乎为零。这层致密氧化膜起到了隔绝氧化介质与基体的作用，从而达到了阻止氧化和阻燃的效果。因此，研究镁合金高温氧化行为及阻燃性能一直是镁合金研究领域的一个重要课题。

目前，镁合金高温氧化行为及阻燃性能的研究方法有以下几种：

（1）热重法测试氧化动力学曲线：测定氧化过程恒温动力学曲线（△m~t）是研究镁合金高温氧化过程动力学最基本的方法。对所测得的合金氧化增重与氧化时间的关系式进行回归拟合，进而根据氧化动力学曲线的形状（分为直线型、抛物线型、立方型、对数型及反对数型五种） 可以推断出反应的限制性环节，进一步可推断出表面氧化膜的致密性。该方法以数学计算和推导为基础，不能为氧化膜的致密性提供可直观观测的证据。另外，镁合金氧化增重随时间变化的敏感度很低，很容易对所测曲线的形状进行错误的判断，进而得出错误的动力学数据。

（2）由温度-时间曲线判断镁合金燃点：由于镁合金燃烧时大量放热，其表面温度急剧升高。如果用热电偶记录相应的加热温度随时间的变化，在所测的加热温度与时间曲线上会出现一个拐点，在拐点处作两条切线，其交点便是合金的起燃点，目前镁合金燃点测试装置均基于此原理。然而，N.V.Ravi Kumar 等人（详见文献: N.V.Ravi Kumar et al.Effect of alloying elements on the ignition resistance of magnesium alloys.Scripta Materialia, 49（2003）: 225-230）发现，当合金在加热过程中存在相变时其温度-时间曲线上也同样会出现拐点（如WE43镁合金）。因此，单纯从温度-时间曲线上拐点对应的温度来判断合金起燃点是不科学的。