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 NGAZ63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 anodeSU 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#101#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 iM 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# 102 #第4卷第3期苏鹏等:AZ63镁合金牺牲阳极的研究进展存在着某种关系,即黏滞性增大,镁合金燃点则提高。

因此,可以通过测定不同的合金元素与镁合金的黏滞性的关系来判断该元素的阻燃作用,这是一条寻找有效阻燃合金元素的新思路。

2介质环境中AZ63阳极的研究进展现今检验手段主要有两种:常规的在国家标准下的模拟溶液或实际土壤中进行;美国AST M关于实验室评定土壤中使用的镁合金牺牲阳极的标准测试方法[10]。

2.1在模拟溶液中的研究进展范燕青等人[11]通过实验测定,利用恒电流法得到了AZ63B镁牺牲阳极的开路电位在4h和14d时分别为-1.553V和-1.5292V;电流效率为61.8%。

曾爱平等人[12]采用恒电流阳极放电和腐蚀形貌金相观察,考察了在淡水温度20~80e、电流密度0.015~1.20mA/c m2的范围内,不同工作温度和电流密度下AZ63镁基合金牺牲阳极的电化学行为。

结果表明:在淡水中,工作温度上升对AZ63镁阳极的电流效率和腐蚀形貌影响不大,工作电位略有负移;随阳极极化电流密度的增大,AZ63镁阳极的电流效率变化不大,工作电位正移明显,腐蚀形貌变得更加凹凸不平,但没有发现镁阳极出现晶间腐蚀。

曾爱平等人[13]也进行了AZ63镁合金在水中的析氢行为的研究。

发现在淡水中镁阳极处于活性溶解状态,淡水中镁阳极上的析氢速度与电流密度呈线性关系,与0.5m o l/L NaC l+M g(OH)2(pH= 10.2)溶液中的情况类似,但负差效应常数小于纯镁在0.5m o l/L NaC l+M g(OH)2(p H=10.2)溶液中的数值,析氢不是镁阳极电流效率不高的唯一原因,阳极溶解过程中发生颗粒脱落是其中的又一原因。

Y a m auc h i等人[14]研究了AZ63镁合金阳极在饮用水中的溶解行为,发现这种合金阳极的晶粒是由M g固溶少量的A l组成,晶界是由A-l M g混合相和A-l Zn-M g混合相组成。