本發(fā)明涉及一種含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料及其制備方法,屬于犧牲陽極材料技術領域。
背景技術:
金屬材料的腐蝕造成的經(jīng)濟損失巨大,采用犧牲陽極進行電化學保護是一種防止金屬材料腐蝕的有效方法,對金屬材料耐腐蝕性能的提高和使用壽命的延長具有重要意義。鎂合金的電化學性能較好,常被用作犧牲陽極材料,對設備裝置的陰極材料進行保護,以延長陰極材料的使用壽命。
但是,現(xiàn)有技術中普通鎂合金陽極材料,如常用牌號az91(al8.5-9.5wt%,zn0.45-0.9wt%,mn0.17-0.40wt%)等,由于成分設計和制備工藝上的原因,導致合金晶粒粗大,組織不均勻,且元素鋁與鎂形成mg17al12相,并以網(wǎng)狀分布于晶界,容易與鎂基體形成微電池,加速犧牲陽極材料的消耗,同時使陽極材料的消耗不均勻,影響犧牲陽極材料的使用壽命。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料,解決現(xiàn)有鎂合金犧牲陽極材料在腐蝕環(huán)境中消耗不均勻,影響使用壽命的問題。
本發(fā)明還提供上述鎂合金犧牲陽極材料的制備方法。
為了實現(xiàn)以上目的,本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料,:由以下質(zhì)量百分比的組分組成:zn6.0%~6.4%、sm0.4%~0.6%、ca0.6%~0.8%、sb0.1%~0.3%,余量為mg和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料,合金組分為mg-zn-sm-ca-sb,該合金不含al,避免了網(wǎng)狀mg17al12相的生成,以zn為主加合金元素,為保證性能和控制成本,zn的加入量選為6.6~6.8wt%;加入微量的sm(0.2~0.4wt%)、ca(0.3%~0.5%)、sb(0.4%~0.6%),生成高熔點的mg12sm、mg2ca、mg13sb2相,可作為有效的形核核心,從而細化晶粒,改善組織,提高組織的均勻性,進而使鎂合金陽極材料在腐蝕環(huán)境中消耗均勻。
所得鎂合金犧牲陽極材料在腐蝕環(huán)境中不僅消耗均勻,而且消耗速度慢、使用壽命長的特點,適用于土壤、海水、熱水器等腐蝕環(huán)境下的陰極保護,有著廣闊的應用前景。
上述的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料,由以下質(zhì)量百分比的組分組成:zn6.0%、sm0.6%、ca0.8%、sb0.1%,余量為mg和不可避免的雜質(zhì)。
所述雜質(zhì)為si、fe、cu和ni元素。
所述雜質(zhì)在犧牲陽極材料中的總質(zhì)量含量小于0.2%。
所述sm的原料為mg-sm中間合金。
所述ca的原料為mg-ca中間合金。
上述的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料的制備方法,包括如下步驟:取配方量的mg、zn、sb、mg-sm中間合金和mg-ca中間合金,在co2+sf6混合氣體保護下,升溫至680-700℃后保溫4-6min,澆鑄即得。
優(yōu)選的,上述的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料的制備方法,包括如下步驟:取配方量的mg、zn、sb、mg-sm中間合金和mg-ca中間合金,在co2+sf6混合氣體保護下,熔化后升溫至680-700℃后保溫4-6min,澆鑄即得。
步驟1)中所述升溫為在感應爐進行。所述升溫采用剛玉坩堝。
步驟2)中所述澆鑄是將鎂液澆入鋼制模具中。
上述的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料,是以純鎂、純鋅、純銻和鎂釤、鎂鈣中間合金為原料進行感應爐熔煉和金屬型鑄造制得的。該制備方法工藝簡單,原料來源廣泛。
具體實施方式
實施例中所用的原料純鎂(mg)、純鋁(al)、純鋅(zn)、鎂釤中間合金(mg-sm)、鎂鈣(mg-ca)中間合金均為市售產(chǎn)品(工業(yè)品)。其中,原料純鎂(mg)、純鋅(zn)、純銻(sb)的純度為99.8%,原料鎂釤(mg-sm)、鎂鈣(mg-ca)中間合金的純度為99.5%。
實施例1
本實施例的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料,由以下質(zhì)量百分比的組分組成:zn6.0%、sm0.6%、ca0.8%、sb0.1%,余量為mg和不可避免的雜質(zhì)。其中雜質(zhì)元素si、fe、cu和ni在犧牲陽極材料中的總質(zhì)量含量小于0.2%。
本實施例的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料的制備方法,包括如下步驟:
取合金原料純鎂(mg)、純鋅(zn)、純銻(sb)和鎂釤(mg-sm)中間合金、鎂鈣(mg-ca)中間合金,在co2+sf6混合氣體保護下,采用剛玉坩堝在感應爐中升溫至680℃后保溫5min,澆入鋼制模具,得到鎂合金鑄錠,即為所述鎂合金犧牲陽極材料。
實施例2
本實施例的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料,由以下質(zhì)量百分比的組分組成:zn6.2%、sm0.5%、ca0.7%、sb0.2%,余量為mg和不可避免的雜質(zhì);其中雜質(zhì)元素si、fe、cu和ni在陽極材料中的總質(zhì)量含量小于0.2%。
本實施例的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料的制備方法,包括如下步驟:
取合金原料純鎂(mg)、純鋅(zn)、純銻(sb)和鎂釤(mg-sm)中間合金、鎂鈣(mg-ca)中間合金,在co2+sf6混合氣體保護下,采用剛玉坩堝在感應爐中升溫至690℃后保溫5min,澆入鋼制模具,得到鎂合金鑄錠,即為所述鎂合金犧牲陽極材料。
實施例3
本實施例的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料,由以下質(zhì)量百分比的組分組成:6.4%、sm0.4%、ca0.6%、sb0.3%,余量為mg和不可避免的雜質(zhì);其中雜質(zhì)元素si、fe、cu和ni在陽極材料中的總質(zhì)量含量小于0.2%。
本實施例的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料的制備方法,包括如下步驟:
取合金原料純鎂(mg)、純鋅(zn)、純銻(sb)和鎂釤(mg-sm)中間合金、鎂鈣(mg-ca)中間合金,在co2+sf6混合氣體保護下,采用剛玉坩堝在感應爐中升溫至700℃后保溫5min,澆入鋼制模具,得到鎂合金鑄錠,即為所述鎂合金犧牲陽極材料。
對比例1
本對比例的鎂合金犧牲陽極材料為商用鎂合金az91。
對比例2
本對比例的鎂合金犧牲陽極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成:6.4%的zn、0.6%的ca、0.3%的sb,余量為鎂。
本對比例的鎂合金犧牲陽極材料的制備方法,包括如下步驟:
取合金原料純鎂(mg)、純鋅(zn)、純銻(sb)和鎂釤(mg-sm)中間合金、鎂鈣(mg-ca)中間合金,在co2+sf6混合氣體保護下,采用剛玉坩堝在感應爐中升溫至680℃后保溫5min,澆入鋼制模具,得到鎂合金鑄錠,即為所述鎂合金犧牲陽極材料。
試驗例
實施例1-3及對比例1-2中制得的鎂合金犧牲陽極材料進行檢測,結果如表1所示。
表1實施例及對比例中鎂合金犧牲陽極材料性能檢測結果
從表1可以看出,本發(fā)明所得多元鎂合金犧牲陽極材料,開路電位為–1.70~–1.80v,電流效率為58%~62%,在腐蝕環(huán)境中材料消耗均勻,具有廣闊的應用前景。