新型阻燃策略：C3 H2 F6 保护气体对EV33镁合金的阻燃机制与性能优化

为解决镁合金高温易燃问题，研究人员通过引入新型保护气体C3 H6 F6 ，系统研究了其对EV33合金阻燃性能的影响。研究发现，C3 H2 F6 能促进致密MgF2 氧化膜形成，显著提升合金热稳定性，并通过二次氧化膜修复机制抑制燃烧，为开发环保型阻燃技术提供了新思路。

　　

镁合金因其轻量化优势广泛应用于航空航天和汽车领域，但其高温易燃性成为制约发展的关键瓶颈。传统阻燃气体SF₆
虽有效但存在高全球变暖潜能值（GWP）的环境问题，而现有研究对镁合金氧化膜破裂机制的认识仍不充分。针对这些挑战，中国的研究团队在《Journal of Magnesium and Alloys》发表论文，创新性地提出采用环保型气体C₃
H₂
F₆
作为保护介质，揭示了其对EV33镁合金的阻燃机制。

研究采用刮膜法首次捕获了无保护气体下合金表面形貌，结合热力学计算、残余应力分析（GI-XRD）和微观表征技术（SEM/EDS、FIB-HRTEM），系统评估了不同浓度C₃
H₂
F₆
对氧化膜生长动力学的影响。通过原位观察氧化膜破裂过程，明确了晶界应力集中是引发破裂的根源。

3.1 表面形貌演化
在空气中，EV33合金表面氧化膜呈现裂纹和突起（720°C时点燃），而5%-15% C₃
H₂
F₆
环境下则形成光滑致密的MgF₂
/RE₂
O₃
复合膜（图1-4）。FIB分析显示15%浓度下氧化膜厚度仅300nm（图5），XPS证实其主要成分为MgF₂
（Mg 2p峰52.43eV）和稀土氟化物（图8）。

3.2 氧化膜生长调控
氧化动力学实验表明，C₃
H₂
F₆
使氧化速率从空气中的0.063 mg²
/cm⁴
·min降至0.015 mg²
/cm⁴
·min（图7）。残余应力测试揭示MgF₂
膜应力随气体浓度升高从0.31 GPa增至3.55 GPa（表4），证实高浓度气体促进致密化。

3.3 破裂机制解析
通过气泡模拟实验首次捕捉到氧化膜破裂起始于析出相和晶界（图16），EBSD显示晶界处存在微应力集中（图17）。热力学计算表明Nd/Gd优先与F^-
反应生成REF₃
，随后形成MgF₂
（图13）。

4.1 二次氧化膜保护机制
研究提出创新性理论：当氧化膜破裂时，残留F^-
能快速与暴露熔体反应，形成修复性二次氧化膜（图15）。这种自修复特性与MgF₂
的高稳定性共同构成双重防护。

4.4 阻燃性能突破
相较于传统分类的"热生长型"和"热障型"氧化膜（表5），C₃
H₂
F₆
诱导的MgF₂
/RE₂
O₃
复合膜将阻燃性能提升至新高度（图19）。其环境效益显著——GWP值较SF₆
降低65%，且配套回收系统可实现近零排放。

该研究不仅为镁合金加工提供了可持续的阻燃方案，更通过揭示氧化膜破裂的微观机制，为后续合金设计提供了理论指导。提出的晶界应力调控策略和二次膜形成概念，对高温防护材料开发具有普适性意义。