CN107142483B - 一种含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料及其制备方法，属于牺牲阳极材料技术领域。本发明的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料由以下质量百分比的组分组成：Zn 6.0％～6.4％、Sm 0.4％～0.6％、Ca 0.6％～0.8％、Sb 0.1％～0.3％，余量为Mg和不可避免的杂质。本发明的镁合金牺牲阳极材料中不含Al，避免了网状Mg17Al12相的生成，为保证性能和控制成本，Zn的加入量选为6.6～6.8wt％；加入微量的Sm、Ca、Sb，生成高熔点的Mg12Sm、Mg2Ca、Mg13Sb2相，可作为有效的形核核心，细化晶粒，提高组织的均匀性，进而使镁合金阳极材料在腐蚀环境中消耗均匀。
Description
技术领域
本发明涉及一种含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料及其制备方法，属于牺牲阳极材料技术领域。
背景技术
金属材料的腐蚀造成的经济损失巨大，采用牺牲阳极进行电化学保护是一种防止金属材料腐蚀的有效方法，对金属材料耐腐蚀性能的提高和使用寿命的延长具有重要意义。镁合金的电化学性能较好，常被用作牺牲阳极材料，对设备装置的阴极材料进行保护，以延长阴极材料的使用寿命。
但是，现有技术中普通镁合金阳极材料，如常用牌号AZ91(Al 8.5-9.5wt％，Zn0.45-0.9wt％，Mn 0.17-0.40wt％)等，由于成分设计和制备工艺上的原因，导致合金晶粒粗大，组织不均匀，且元素铝与镁形成Mg17Al12相，并以网状分布于晶界，容易与镁基体形成微电池，加速牺牲阳极材料的消耗，同时使阳极材料的消耗不均匀，影响牺牲阳极材料的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，解决现有镁合金牺牲阳极材料在腐蚀环境中消耗不均匀，影响使用寿命的问题。
本发明还提供上述镁合金牺牲阳极材料的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，：由以下质量百分比的组分组成：Zn 6.0％～6.4％、Sm 0.4％～0.6％、Ca 0.6％～0.8％、Sb 0.1％～0.3％，余量为Mg和不可避免的杂质。
本发明的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，合金组分为Mg-Zn-Sm-Ca-Sb，该合金不含Al，避免了网状Mg17Al12相的生成，以Zn为主加合金元素，为保证性能和控制成本，Zn的加入量选为6.6～6.8wt％；加入微量的Sm(0.2～0.4wt％)、Ca(0.3％～0.5％)、Sb(0.4％～0.6％)，生成高熔点的Mg12Sm、Mg2Ca、Mg13Sb2相，可作为有效的形核核心，从而细化晶粒，改善组织，提高组织的均匀性，进而使镁合金阳极材料在腐蚀环境中消耗均匀。
所得镁合金牺牲阳极材料在腐蚀环境中不仅消耗均匀，而且消耗速度慢、使用寿命长的特点，适用于土壤、海水、热水器等腐蚀环境下的阴极保护，有着广阔的应用前景。
上述的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，由以下质量百分比的组分组成：Zn6.0％、Sm 0.6％、Ca 0.8％、Sb 0.1％，余量为Mg和不可避免的杂质。
所述杂质为Si、Fe、Cu和Ni元素。
所述杂质在牺牲阳极材料中的总质量含量小于0.2％。
所述Sm的原料为Mg-Sm中间合金。
所述Ca的原料为Mg-Ca中间合金。
上述的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤：取配方量的Mg、Zn、Sb、Mg-Sm中间合金和Mg-Ca中间合金，在CO2+SF6混合气体保护下，升温至680-700℃后保温4-6min，浇铸即得。
优选的，上述的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤：取配方量的Mg、Zn、Sb、Mg-Sm中间合金和Mg-Ca中间合金，在CO2+SF6混合气体保护下，熔化后升温至680-700℃后保温4-6min，浇铸即得。
步骤1)中所述升温为在感应炉进行。所述升温采用刚玉坩埚。
步骤2)中所述浇铸是将镁液浇入钢制模具中。
上述的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，是以纯镁、纯锌、纯锑和镁钐、镁钙中间合金为原料进行感应炉熔炼和金属型铸造制得的。该制备方法工艺简单，原料来源广泛。
具体实施方式
实施例中所用的原料纯镁(Mg)、纯铝(Al)、纯锌(Zn)、镁钐中间合金(Mg-Sm)、镁钙(Mg-Ca)中间合金均为市售产品(工业品)。其中，原料纯镁(Mg)、纯锌(Zn)、纯锑(Sb)的纯度为99.8％，原料镁钐(Mg-Sm)、镁钙(Mg-Ca)中间合金的纯度为99.5％。
实施例1
本实施例的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，由以下质量百分比的组分组成：Zn6.0％、Sm 0.6％、Ca 0.8％、Sb 0.1％，余量为Mg和不可避免的杂质。其中杂质元素Si、Fe、Cu和Ni在牺牲阳极材料中的总质量含量小于0.2％。
本实施例的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤：
取合金原料纯镁(Mg)、纯锌(Zn)、纯锑(Sb)和镁钐(Mg-Sm)中间合金、镁钙(Mg-Ca)中间合金，在CO2+SF6混合气体保护下，采用刚玉坩埚在感应炉中升温至680℃后保温5min，浇入钢制模具，得到镁合金铸锭，即为所述镁合金牺牲阳极材料。
实施例2
本实施例的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，由以下质量百分比的组分组成：Zn6.2％、Sm 0.5％、Ca 0.7％、Sb 0.2％，余量为Mg和不可避免的杂质；其中杂质元素Si、Fe、Cu和Ni在阳极材料中的总质量含量小于0.2％。
本实施例的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤：
取合金原料纯镁(Mg)、纯锌(Zn)、纯锑(Sb)和镁钐(Mg-Sm)中间合金、镁钙(Mg-Ca)中间合金，在CO2+SF6混合气体保护下，采用刚玉坩埚在感应炉中升温至690℃后保温5min，浇入钢制模具，得到镁合金铸锭，即为所述镁合金牺牲阳极材料。
实施例3
本实施例的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，由以下质量百分比的组分组成：6.4％、Sm 0.4％、Ca 0.6％、Sb 0.3％，余量为Mg和不可避免的杂质；其中杂质元素Si、Fe、Cu和Ni在阳极材料中的总质量含量小于0.2％。
本实施例的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤：
取合金原料纯镁(Mg)、纯锌(Zn)、纯锑(Sb)和镁钐(Mg-Sm)中间合金、镁钙(Mg-Ca)中间合金，在CO2+SF6混合气体保护下，采用刚玉坩埚在感应炉中升温至700℃后保温5min，浇入钢制模具，得到镁合金铸锭，即为所述镁合金牺牲阳极材料。
对比例1
本对比例的镁合金牺牲阳极材料为商用镁合金AZ91。
对比例2
本对比例的镁合金牺牲阳极材料由以下质量百分比的组分组成：6.4％的Zn、0.6％的Ca、0.3％的Sb，余量为镁。
本对比例的镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤：
取合金原料纯镁(Mg)、纯锌(Zn)、纯锑(Sb)和镁钐(Mg-Sm)中间合金、镁钙(Mg-Ca)中间合金，在CO2+SF6混合气体保护下，采用刚玉坩埚在感应炉中升温至680℃后保温5min，浇入钢制模具，得到镁合金铸锭，即为所述镁合金牺牲阳极材料。
试验例
实施例1-3及对比例1-2中制得的镁合金牺牲阳极材料进行检测，结果如表1所示。
表1实施例及对比例中镁合金牺牲阳极材料性能检测结果
从表1可以看出，本发明所得多元镁合金牺牲阳极材料，开路电位为–1.70～–1.80V，电流效率为58％～62％，在腐蚀环境中材料消耗均匀，具有广阔的应用前景。
Claims (7)
1.一种含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：Zn 6.0%～6.4%、Sm 0.4%～0.6%、Ca 0.6%～0.8%、Sb 0.1%～0.3%，余量为Mg和不可避免的杂质；
所述含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤：取配方量的Mg、Zn、Sb、Mg-Sm中间合金和Mg-Ca中间合金，在CO2+SF6混合气体保护下，升温至680-700℃后保温4-6min，浇铸即得。
2.根据权利要求1所述的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：Zn 6.0%、Sm 0.6%、Ca 0.8%、Sb 0.1%，余量为Mg和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，其特征在于：所述杂质为Si、Fe、Cu和Ni元素。
4.根据权利要求1所述的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料，其特征在于：所述杂质在牺牲阳极材料中的总质量含量小于0.2%。
5.一种如权利要求1所述的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：取配方量的Mg、Zn、Sb、Mg-Sm中间合金和Mg-Ca中间合金，在CO2+SF6混合气体保护下，升温至680-700℃后保温4-6min，浇铸即得。
6.根据权利要求5所述的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料的制备方法，其特征在于：所述升温在感应炉进行。
7.根据权利要求5所述的含Sm的多元镁合金牺牲阳极材料的制备方法，其特征在于：所述浇铸是将镁液浇入钢制模具中。
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