AZ63镁合金牺牲阳极的研究进展

第4卷 第3期

2007年06月

装备环境工程

E QU IP M ENT ENV I RONM ENTA L E NG I NEER I NG

AZ63镁合金牺牲阳极的研究进展

苏鹏,杜翠薇,李晓刚,陈旭

(北京科技大学材料科学与工程学院腐蚀与防护中心,北京100083)

摘要:镁合金牺牲阳极近年来发展速度很快,应用的领域也越来越广。其中AZ63镁合金牺牲阳极以电流效率高,发生电量大,工作电位稳定,表面溶解均匀等优异的性能得到了越来越广泛的应用。综述了近年来国内外在AZ63镁合金牺牲阳极研究领域的进展。重点介绍了不同合金元素对AZ63镁合金牺牲阳极的性能影响,及AZ63镁合金牺牲阳极在不同介质环境中的电化学性能的研究及应用进展。并探讨了在研究过程中存在的问题,展望了以后的发展方向。

关键词:AZ63镁合金;牺牲阳极;电化学性能;综述中图分类号:TG174.41 文献标识码:A 文章编号:1672-9242(2007)03-0101-04

收稿日期:2007-04-26

基金项目:国家自然科学基金十五重大项目(50499333);国家科技基础条件平台建设项目(2005DKA10400)作者简介:苏鹏(1983-),男,河南洛阳人,硕士研究生,研究方向为镁合金牺牲阳极在土壤中的腐蚀性。

P rocess on t he Investigation of AZ 63M g -based A lloy Sacrificial anode

SU P eng,DU Cui -w ei ,LI X iao -gang,C H E N X u

(U n i v ers it y o f Science and T echno l ogy Beiji ng ,Be iji ng 100083,Ch i na)

Abstract :In recent years ,M g all oy sacrificial anode m akes fast prog ress .A nd its app licati on field w as l a rger and larg er .A Z63M g -based all oy sacrific i a l anode w ith exce llent property had a l so been used m ore and m ore w i dely .AZ63has the characte ristics of high electr i c ity e fficiency ,b i g quantity o f electr icity generati on ,and stable w ork i ng po ten tia.l T he prog ress on the st udy o fAZ63M g-based all oy sacrificial anode was ove rv ie w ed .The i nfl uences o f a lloy i ng e l em ents on the pe rf o r m ances o f t he A Z63anode ,and the research and app licati on progress o f t he e l ectrochem i ca l pe rf o r m ance o fA Z63anode i n various m ed i u m s we re i ntroduced w it h e m phasis .T he ex -isti ng prob le m s i n t he current research w ere d iscussed .The prospect o f the deve l op m ent trends o fA Z63w as presented .

K ey w ords :AZ63M g -a ll oy ;sacr ific i a l anode ;electrochem ica l perfor m ance ;ov erv ie w

镁合金牺牲阳极的共同特点是密度小、理论电容量大、电位负、极化率低,对钢铁的驱动电压很大(>0.6V ),适用于高电阻率的环境介质中,如高电阻率的土壤和淡水中。但不足之处是它们的电流效率只有50%左右,所以人们在镁中加入适量A l 、Zn 和M n 等元素组成合金,可使镁阳极的电化学性能

得到改善

[1]

。而且镁阳极与钢撞击会产生火花,镁

阳极溶解时会析出氢气,存在着爆炸危险。

MAZ 系列镁合金的基本组成元素为A l 和Zn 。根据A l 和Zn 的含量不同,确定了该系列合金的多种成分。常见的镁合金牺牲阳极牌号为AZ31、AZ41、AZ63等。AZ63牺牲阳极作为镁基合金牺

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装备环境工程2007年06月

牲阳极的代表,表面溶解均匀,电流效率高(一般大于50%)[2],因此在众多复杂的介质环境中应用越来越广泛(特别是在土壤及淡水中的应用)。大量科研工作人员研究了其在不同介质条件下的电化学性能,为其应用范围的扩大打下了坚实的基础。

目前,镁阳极的化学成分及性能都已有了国家标准[3](见表1、表2)。

表1镁阳极的化学成分

T able1Che m ical co m po siti on o f the M g anode

牌号

化学成分及质量分数/%

合金元素杂质元素(不大于)

A l Zn M n M g Fe Cu N i S i

M GA Z15.3~6.72.5~3.50.15~0.6余量0.0050.010.0010.05 M GA Z22.7~3.50.7~1.30.15~0.6余量0.0050.010.0010.05 M GM<0.050.031.2~2.0余量0.0050.020.0010.05 M G<0.02<0.03<0.01>99.90.0050.0040.0010.01

表2镁阳极的电化学性能

T ab le2E lectroche m ica l pe rf o r m ance of t he M g anode

牌号

开路电位/V,(不小于)电流效率/%,(不小于)发生电量/(A#h#g-1),(不小于) 3%N aC l溶液

(3mA/c m2)

土壤(填充料)

(0.03mA/c m2)

3%N aC l溶液

(3mA/cm2)

土壤(填充料)

(0.03mA/c m2)

3%N aC l溶液

(3mA/c m2)

土壤(填充料)

(0.03mA/c m2)

M GA Z1-1.55-1.5555501.201.10 M GA Z2-1.60-1.5560551.301.20 M GM-1.60-1.5555551.201.10 M G-1.65-1.6055451.101.00注:1.所有电位相对于饱和甘汞电极;2.土壤介质用填包料配方为:硫酸钙75%、硫酸钠5%、膨润土20%。

1合金元素对AZ63阳极性能的影响

向镁中单独添加铝时,可形成大量的M g-A l二元合金,这些金属间化合物的存在,都会增大镁的自腐蚀速度,加速固溶体的破坏。但当将铝、锌与锰同时添加到工业镁中时,则会提高镁的耐蚀性能,这是因为工业镁中的锰能与铝、锌形成A l3M n、A l4M n、A l6M n、Zn4M n、Zn5M n2等金属间化合物,这些金属间化合物的阴极作用相对较弱[4]。铝、锌、锰的同时存在可进一步降低对工业镁中的杂质元素含量的要求[5]。

M n在合金中是一种极好的净化元素,除了能抵消杂质Fe的有害作用外,还可部分抵消N i的有害作用,特别在含盐的环境中效果更明显。当M n 的质量分数接近0.2%时,对Fe的允许限量可达0.035%,但会使电流效率降低,因此要求Fe的质量分数和相应的M n的质量分数都要更低一点[6]。如果要求电流效率超过或达到50%以上,N i的质量分数最高不得超过0.002%[5]。

为了获得良好的电化学性能,合金的杂质含量应严格控制。在相近的合金成分条件下,杂质少的合金的电流效率明显高于含杂质多的合金[7]。

最近,钱宝光等人[8]尝试把Ca加入到AZ63镁合金牺牲阳极中,并检测了其电化学性能。结果表明:随着Ca的加入,起初AZ63镁合金牺牲阳极的晶粒变细,后来开始变得粗大。当Ca的加入量为0.15%时,呈现出很好的电化学性质,其电流效率达到55.65%,而且腐蚀速度也降低了许多。

崔红卫等人[9]研究了Ca和Ba对镁合金AZ63的燃点与熔体黏度的影响,发现:随着C a或Ba量的增加,镁合金的燃点逐渐增大,随着温度的降低,镁合金熔体的动力黏度逐步增加,并且在963K处降低;加B a和加Ca的AZ63的燃点与黏滞性之间

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