一種含Sm的多元鎂合金犧牲陽極材料及其製備方法與流程
2024-02-12 04:04:15
本發明涉及一種含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料及其製備方法，屬於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濟損失巨大，採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，由於成分設計和製備工藝上的原因，導致合金晶粒粗大，組織不均勻，且元素鋁與鎂形成mg17al12相，並以網狀分布於晶界，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。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料，解決現有鎂合金犧牲陽極材料在腐蝕環境中消耗不均勻，影響使用壽命的問題。
本發明還提供上述鎂合金犧牲陽極材料的製備方法。
為了實現以上目的，本發明所採用的技術方案是：
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％，餘量為mg和不可避免的雜質。
本發明的含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境中消耗均勻。
所得鎂合金犧牲陽極材料在腐蝕環境中不僅消耗均勻，而且消耗速度慢、使用壽命長的特點，適用於土壤、海水、熱水器等腐蝕環境下的陰極保護，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，由以下質量百分比的組分組成：zn6.0％、sm0.6％、ca0.8％、sb0.1％，餘量為mg和不可避免的雜質。
所述雜質為si、fe、cu和ni元素。
所述雜質在犧牲陽極材料中的總質量含量小於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製備方法，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℃後保溫4-6min，澆鑄即得。
優選的，上述的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料的製備方法，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，熔化後升溫至680-700℃後保溫4-6min，澆鑄即得。
步驟1)中所述升溫為在感應爐進行。所述升溫採用剛玉坩堝。
步驟2)中所述澆鑄是將鎂液澆入鋼製模具中。
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製得的。該製備方法工藝簡單，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品(工業品)。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，由以下質量百分比的組分組成：zn6.0％、sm0.6％、ca0.8％、sb0.1％，餘量為mg和不可避免的雜質。其中雜質元素si、fe、cu和ni在犧牲陽極材料中的總質量含量小於0.2％。
本實施例的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料的製備方法，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，採用剛玉坩堝在感應爐中升溫至680℃後保溫5min，澆入鋼製模具，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，由以下質量百分比的組分組成：zn6.2％、sm0.5％、ca0.7％、sb0.2％，餘量為mg和不可避免的雜質；其中雜質元素si、fe、cu和ni在陽極材料中的總質量含量小於0.2％。
本實施例的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料的製備方法，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，採用剛玉坩堝在感應爐中升溫至690℃後保溫5min，澆入鋼製模具，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，由以下質量百分比的組分組成：6.4％、sm0.4％、ca0.6％、sb0.3％，餘量為mg和不可避免的雜質；其中雜質元素si、fe、cu和ni在陽極材料中的總質量含量小於0.2％。
本實施例的含sm的多元鎂合金犧牲陽極材料的製備方法，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，採用剛玉坩堝在感應爐中升溫至700℃後保溫5min，澆入鋼製模具，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量百分比的組分組成：6.4％的zn、0.6％的ca、0.3％的sb，餘量為鎂。
本對比例的鎂合金犧牲陽極材料的製備方法，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，採用剛玉坩堝在感應爐中升溫至680℃後保溫5min，澆入鋼製模具，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中製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％，在腐蝕環境中材料消耗均勻，具有廣闊的應用前景。