镁合金起燃因素及机理的研究进展

01综述概要

镁合金具有密度小、比强度和比刚度高以及电磁屏蔽性能好等优点，在航空航天等领域有广阔的应用前景。然而，镁元素金属活泼性较高，在受到高温燃气冲刷或以镁屑形式存在等特殊条件下有起火燃烧的风险，因此需要预防镁合金起火燃烧。此外，现有的燃烧试验能否保证镁合金应用的安全性还有待验证，目前确定镁合金燃点的试验方法多种多样，造成同一种镁合金在不同实验条件下的起燃温度具有相当大的差异，同时缺乏起燃时间、热释放速率等能够表征燃烧风险性参数方面的研究，亟需可靠且标准化的镁合金起燃特性试验方法和评价标准。因此，研究镁合金起燃行为和燃烧机理对保证镁合金在航空领域应用的安全性有着重要意义。

近日，北京科技大学张津教授和空军工程大学何光宇副教授等人总结了镁合金起燃因素及机理方面的研究进展。重点阐述了镁合金的起燃机理，以及热物性参数、氧化膜性质、化学组分、几何尺寸和外部环境对镁合金起燃特性的影响规律。此外，对目前测试镁合金起燃和燃烧特性的试验方法进行了介绍和比较。文中也同时指出镁合金燃烧行为研究中有待解决的问题以及未来的研究方向。

1. 镁合金的起燃特性与燃烧特性有着本质上的区别。起燃特性是材料在热源作用下首次发生剧烈氧化反应的特性，目前多采用起燃温度作为表征参数；燃烧特性是材料在热源作用下发生持续燃烧的过程，多以持续燃烧时间或燃烧速度等作为表征参数。起燃不一定会导致燃烧，如果外界热源在起燃后被移除，燃烧可能不会持续。
2. 镁合金起燃是受材料特征（成分、热物性、形状尺寸等）、环境特征（温度、氧气浓度、压强等）和点火能量三类因素共同作用的结果。镁合金燃烧作为一种伴随有发光放热的剧烈氧化反应，自身的化学反应和外界点火能量是根本动力，热量积累是控制因素，是反应系统从量变到质变的演变过程。因此，镁合金的起燃温度并不是物性常数，而是化学动力学参数和流体力学参数的综合函数。
3. 镁合金合金化阻燃的研究已取得大量的成果，然而还未有工作系统地考察镁合金起燃的临界条件、起燃判据模型及控制方法；航空领域中高压、富氧等特殊环境条件下镁合金的燃烧行为仍需补充完善；纳米颗粒在镁基复合材料起燃过程中发挥的作用尚不明确。再者，可靠且标准化的镁合金燃烧试验方法和评价标准还有待建立。此外，利用表面改性技术提升镁合金的阻燃防护能力还有待开发。

02综述发表

该综述发表在《Journal of Magnesium and Alloys》2020年第八卷第2期：

[1] D. Han, J. Zhang, J. Huang, Y. Lian, G. He, A review on ignition mechanisms and characteristics of magnesium alloys, Journal of Magnesium and Alloys 8(2) (2020) 329-344.

03中文摘要

镁合金因密度小和电磁屏蔽性能好等优点在航空航天等领域受到广泛青睐。然而，一些特殊情况可能会导致镁合金起火燃烧。本文从镁合金起燃的热力学条件和动力学过程角度分析了镁合金起燃机理；对目前镁合金起燃和燃烧特性的测试方法进行比较，并提出一种更合适用于评估镁合金起火燃烧特性的方法；对影响镁合金起燃的因素进行了详细的讨论。镁合金起燃是一个受多种物理和化学因素控制的复杂过程，与材料的热物性能、氧化膜特性、化学成分和形状尺寸等内部条件以及气体种类、氧气浓度和压强等外部环境有关，因此，镁合金的起燃温度不是物性常数。最后，指出了镁合金燃烧研究领域中有待解决的问题和未来的发展方向。

04Abstract

Magnesium alloys have become more attractive because of their low density and electromagnetic shielding effectiveness in the aerospace industry. However, some unpredictable situation may lead to the ignition of magnesium alloys. In this review, the thermodynamic conditions and transfer processes of magnesium alloys ignition are analyzed from the point of mechanisms. The criteria of ignition are emphasized. In addition, ignitability and flammability test systems are compared. And a more suitable method to assess the potential ignition and flammability risks of magnesium alloys in extreme environments is recommended. Furthermore, the ignition characteristics of magnesium alloys are discussed in detail. It was found that the ignition of magnesium alloys is a complex process determined by internal properties such as thermo-physical properties, oxide film properties, chemical compositions and geometrical parameters, as well as the external environment such as gas species, oxygen concentration and oxygen pressure. Ignition temperature is not physical constants of materials. It is not simply assumed that ignition may occur when the temperature of Mg alloys reaches a certain ignition point. Finally, the unsolved issues in the ignition of magnesium alloys are pointed out and the future investigation are suggested for improving the safety and reliability of magnesium alloys in the aerospace applications.

来源：  JMACCMg