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
#
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 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
# 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。当M g开始自溶的时候, M g比A l和Zn优先开始溶解,形成局部电池。晶界或者杂质作为局部电池的阴极,M g固溶体作为阳极。阳极溶解是不均匀的。
战广深等人[15]研究了AZ63镁合金牺牲阳极合金在海水中的接触腐蚀行为,发现:与A3钢偶接后的4h内,偶对阳极电偶电流密度随偶接时间延长均明显减小;4h后,3种电偶对阳极电偶电流密度随时间延长则有不同的变化趋势。偶对阳极电偶电流密度与阴阳极面积比成正比关系,两者关系曲线的斜率与不同阳极合金的溶解活性有关。在溶液温度高于20e的实验温度范围内,偶对阳极电偶电流密度随温度升高明显增大。阴极材料不同对偶对阳极电偶电流密度有较大影响,其值按A3钢>SS钢> Cu的顺序减小。偶对阳极电偶电流密度大小与阴阳极偶接前起始电势差大小无相关性。电偶对中阴阳极材料不同,对电偶电势的影响程度不同。
2.2在土壤介质中的研究进展
镁合金在土壤中比较耐蚀,可以认为土壤中的钙与镁盐能在一定程度上抑制镁合金的腐蚀。这点可从腐蚀过的镁表面上许多含钙的沉积物得到证明。在土壤中,碳酸氢根能促使镁阳极钝化,而氯离子则促进它的点蚀。相对而言,镁合金在黏土或无盐的沙土中耐蚀性最好,但在含盐的沙土中则最差。
镁合金在土壤环境中的研究主要集中于填包料环境中。作为阳极的化学填包料由多种成分组成,有的配方中可溶性盐含量较高,最初效果好,以后盐分随水流失,阳极地床接地电阻逐渐增大。石膏粉是改善锌、镁阳极性能,活化阳极,使它溶解均匀的重要成分,要保证量足够。多年实践证明:镁、锌阳极最佳填包料配方以下列质量比为宜,即生石膏B膨润土B硫酸钠=75B20B5[16]。
齐公台等人[17]采用恒电流方法测定了不同牺牲阳极材料在宝浪油田土壤中的电化学性能。结果表明:M g阳极电位较负,但电流效率偏低。测得的宝1井土壤电阻率为31098#c m,马2井土壤电阻率为19568#c m,均高于1k8#c m。因此,在这两个区域实施阴极保护,如果金属构件埋地不深时,土壤层较干燥,最好选用镁合金阳极材料。试验中控制土壤含水量为30%时,镁合金和锌合金,均可用作宝北区土壤中的牺牲阳极材料,且以选择锌合金为宜,因为镁合金电流效率较低。
勇艳华[18]模拟了青藏高原冻土环境,测定了镁合金阳极在-4e和4e青藏高原土壤中的腐蚀电位,并通过极化曲线测试,交流阻抗、恒电位和电流效率测试方法,表明在-4e和4e青藏高原土壤
#
103
#
装备环境工程2007年06月
中的AZ63镁合金牺牲阳极呈活性溶解状态且溶解活性和反应活性都为最优。4e和-4e时镁合金在土壤中溶解反应均为吸热反应,随着温度的升高,反应平衡常数变大,电极反应速率加快,故镁合金阳极在4e青藏高原土壤中的反应活性、电流效率以及-850mV(CSE)恒电位时的电流密度均高于-4 e时。镁合金在青藏高原土壤中4e比-4e腐蚀严重,腐蚀产物主要为M g(OH)2。
3A Z63镁合金牺牲阳极的应用
1)AZ63镁合金牺牲阳极性能优良,电流效率高,发生电量大,工作电位稳定,表面溶解均匀,是一种用于保护地下金属构筑物的理想材料。
2)镁合金牺牲阳极在水环境中较少应用,原因是在水环境中活性较高。但是在电阻率较高的淡水中也得到了应用。据文献[19]报道,AZ63镁合金牺牲阳极在长江水质中的电化学性能,保护系统运行一年后,各测点的保护电位测量结果都已经完全达到了设计要求,保护效果良好。镁合金阳极处于良好的工作状态,完全可以用于长江水介质中常年处于水下的难以维修、难以更换金属结构物的防腐蚀保护。
3)挤压AZ63镁合金牺牲阳极也广泛用于对贮水式家用电热水器的阴极保护[20-21],保护其热水器内胆。经过50e试验7天。发现加阴极保护的涂搪瓷试片不出现锈斑,而不加阴极保护,24h就出现明显的锈斑[22]。
4结语
1)AZ63镁合金牺牲阳极由于电流效率不高等瓶颈,受到了严重限制。虽然在高电阻土壤等领域也大量应用,但是其优势不能充分的表现出来。要进一步加大冶金工作的力度,找出更好的冶金元素来提高其电流效率等综合电化学性能。
2)目前AZ63镁合金牺牲阳极的合金成分基本确定,但是在不同环境中腐蚀数据的积累和研究,特别是在土壤环境中的研究少之又少。进一步研究新一代复合阳极,做大量的基础数据积累工作显得尤为重要。
3)土壤中镁合金阳极的研究总体都是基于填包料的环境下,但是在真实填包料环境中的腐蚀行为的研究,国内基本处于空白。研究在不同填包环境下的腐蚀,对选择合适的牺牲阳极有着积极的意义。
参考文献:
[1]马丽杰,郭忠诚,宋日海,等.镁合金牺牲阳极及其
在防腐蚀工程中的应用[J].四川化工与腐蚀控制,
2003,6(3):38-42.
[2]宋日海,郭忠诚,樊爱民,等.牺牲阳极材料的研究现
状[J].腐蚀科学与防护技术,2004,16(1):24-28.
[3]GB/T17731-1999,镁合金牺牲阳极[S].
[4]齐公台,郭稚弧,林汉同,等.腐蚀保护常用的几种
牺牲阳极材料[J].材料开发与应用,2001,16(1):
36-40.
[5]火时中.电化学保护[M].北京:化学工业出版社,
1988.
[6]龙晋明,郭忠诚,樊爱民,等.牺牲材料及其在金属防腐
工程中的应用[J].云南冶金,2002,31(3):142-148. [7]李异,李建三,郝小军.镁合金牺牲阳极研究[J].化工
腐蚀与防护,1997,(4):13-16.
[8]Q I AO Bao-guang,GENG H ao-ran,TAO Zhen-
dong,et a.l E ffects of Ca A dditi on on M icrostructure
and P roperties o f A Z63M agnes i u m A lloy[J].N onfer-
rous M et,14(5):987-991.
[9]崔红卫,刘俊成,耿浩然.Ca和Ba对镁合金A Z63的
燃点与熔体粘度的影响[J].铸造技术,2005,26
(11):1049-1053.
[10]ASTM G97-89,Standard T est M e t hod f o r L abo ra t o ry
Eva l uati on o f M agnesi u m Sacrific i a l A node T est spec-i
m ens f o r U nderground Appli cations[S].
[11]范燕青,王建朝,赵斌.A Z63B镁牺牲阳极的电化学
性能研究[J].青海师范大学学报(自然科学版),
2003,12(1):56-58.
[12]曾爱平,张承典,徐乃欣.温度和电流密度对A Z63
镁合金牺牲阳极在淡水中电化学行为的影响[J].腐
蚀与防护,1999,20(7):314-317.
[13]曾爱平,张承典,徐乃欣.淡水中镁基牺牲阳极上的
析氢行为[J].中国腐蚀与防护学报,1999,19(2):
85-89.
[14]YAM AUCH I K asu m,i NAKADE K azuh i ko,ASAKURA
Syukuj.i A Study on D issoluti on Behav i or o fT ype A Z63
M g A lloy A node fo r Cathod i c P ro tecti on i n F resh W ate r
[J].Za iryo to K ankyo/Corro si on Eng i neeri ng,2002,
51(7),320-325.
(下转第109页)
# 104 #
第4卷第3期聂向晖等:金属材料腐蚀检(监)测常用方法概述
num A ll oys Exfo liati on Corrosi on[J].NDT&E In terna-
ti ona,l2002,35(6):385-392.
[7]GARC I A L A C J,J O I A C J B M,C ARDO S O E M.E lec-
troche m ica lM e t hods i n Co rrosion on P etro l eu m Industry
Labora tory and F ield R es u lts[J].E lec tro ch i m ica A cta,
2001,46(24-25):3879-3886.
[8]GAM AL A h m ed,E l M ahdy,ASU S H I N ishika ta,et a.l
E l ec tro che m i ca l Corrosi on M on it o ring o fG a l van i zed S tee l
under Cyc lic W et-dry Cond iti ons[J].Co rrosion Sc-i
ence,2000,46(1):169-181.
[9]周玉波.腐蚀监测技术现状及发展趋势[J].海洋科
学,2005,29(7):77-80.[10]YANG D a-zh,i L I U Cheng-l ong,L I U X i ao-peng,et
a.l E IS D i agno si s on t he Co rrosion Behav i o r o f T i N Coa-
ted N i T i Surg ica l A ll oy[J].Current A pp lied Physics,
2005,5(5):417-421.
[11]S H I Zh i-m i ng,S ONG Guang-li ng,CAO Chu-nan,et
a.l E l ectrochem ica l Po tential N o i se o f321Sta i n less Stee l
Stressed under Constant Strain R a te T esti ng Conditi ons
[J].E lectroch i m i ca A cta,2007,52(5):2123-2133. [12]张鉴清,张昭,曹楚南.电化学噪声的分析与应
用)))电化学噪声的分析原理[J].中国腐蚀与防护
学报,2001,21(5):310-320.
(上接第39页)
量的土壤中腐蚀轻微。X70钢在45e、10%含水量土壤中15天时腐蚀率最大。
2)在含水量与时间相同的条件下,X70钢腐蚀率随着温度(室温、30e、45e)的升高而增大。
3)通过对X70钢表面形貌的宏观和微观观察及分析,结果表明X70钢的腐蚀机理主要是均匀腐蚀和点蚀。
4)对腐蚀产物的能谱分析表明,X70钢在包头土壤中的腐蚀产物主要为Fe的氧化物。
参考文献:
[1]董旭,胡士信.西气东输工程及其管道腐蚀概况[J].
材料保护,2001,34(12):1.
[2]武俊伟,李晓刚,杜翠薇,等.X70钢在库尔勒土壤中
短期腐蚀行为研究[J].中国腐蚀与防护学报,2005,
25(1):15-19.
[3]TANG H Y,SONG G L,CAO C N,et a.l Study on Cor-
rosion o f Carbon Stee l i n So ils by P olar i zati on M eas u re-
m ents[J].Co rros Sc i P rot T echno,l1995,7(4):285-
292.
[4]刘剑锋,王文娟,马健伟.埋地管道腐蚀机理及应对
措施[J].石油化工腐蚀与防护,2006,23(6):20-22.
[5]柳大扬,魏开金.金属在南海海域腐蚀电位研究[J].
腐蚀科学与防护技术,1999,11(6):330.
(上接第104页)
[15]战广深,姚春玲.牺牲阳极合金在海水中的接触腐
蚀行为[J].材料保护,1999,32(2):31-33. [16]王芷芳,朱安纲.牺牲阳极应用中的几个问题[J].
石油化工腐蚀与防护,2003,20(2),32-34. [17]齐公台,郭稚弧,李文革.宝浪油田土壤用牺牲阳极性
能评价[J].油气田地面工程,2000,19(6):33-34. [18]勇艳华.青藏高原冻土层中镁合金阳极电化学性能
研究[D].大连:大连理工大学,2005.
[19]葛燕,朱锡昶,朱雅仙,等.镁合金牺牲阳极在长江
水介质中的应用[J].全面腐蚀控制,2002,16(3):
17-19.
[20]巴国华.电热水器及家用锅炉中的镁合金牺牲阳极
棒[J].红宝丽配件报道,2000,(2):56.
[21]巴国华.容积式电热水器牺牲阳极内胆防腐技术
[J].新技术应用,1996,(6):36-37.
[22]曾爱平,张承典,徐乃欣.镁合金牺牲阳极对贮水式
家用电热水器的阴极保护[J].腐蚀与防护,1999,
20(2):78-80.
#
109
#
稀土镁合金的研究现状及应用 杨素媛,张丽娟,张堡垒 (北京理工大学材料科学与工程学院,北京 100081) 摘 要:镁合金具有质轻、高比强度、高比刚度等优异性能。但其强度不高,高温性能较差,为了改善其性能,在熔炼过程中加入稀土制成具有高强、耐热、耐蚀等性能的稀土镁合金,大大增加了材料的抗拉强度、延展性及抗蠕变性能,从而使镁合金在航空航天、汽车工业及电子通讯行业得到了广泛应用。总结了稀土对镁合金的净化和阻燃作用,分析了稀土元素对合金组织和性能的影响,综述了稀土耐热镁合金、稀土高强镁合金、稀土阻燃镁合金的研究现状,并简述了稀土镁合金的应用及发展前景。 关键词:稀土镁合金;组织;力学性能;应用 中图分类号:TG146 2 文献标识码:A 文章编号:1004 0277(2008)04 0081 06 镁及镁合金是目前最轻的结构金属材料,具有高的比强度和比刚度,很好的抗磁性,高的电负性和导热性,良好的消震性和切削加工性能。但是镁合金的强度不高,特别是高温性能较差,大大限制了其应用。所以提高镁合金的室温强度和高温强度是镁合金研究中要解决的首要问题[1,2]。 大部分稀土元素与镁的原子尺寸半径相差在 15%范围内,在镁中有较大固溶度,具有良好的固溶强化、沉淀强化作用;可以有效地改善合金组织和微观结构、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性和耐热性等;稀土元素原子扩散能力差,对提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程有显著作用;稀土元素还有很好的时效强化作用,可以析出非常稳定的弥散相粒子,从而能大幅度提高镁合金的高温强度和蠕变抗力。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土的镁合金,使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能,将有效地拓展镁合金的应用领域。 1 稀土在镁合金中的作用 1 1 稀土对镁合金熔体的净化作用 稀土对镁合金熔体有很好的净化作用,具有除氢净化及除氧化夹杂物的作用。 在熔炼过程中,由于镁的化学性质非常活泼,易与水气发生反应使镁合金具有较强的析氢倾向。在镁合金液有较大的溶解度的氢,会导致铸件产生气孔、针孔及缩松等铸造缺陷。在镁合金熔炼过程中加入稀土,稀土元素与水气和镁液中的氢反应,生成高熔点的稀土氢化物和稀土氧化物,比重较轻的稀土氢化物和稀土氧化物上浮成固体渣,从而达到除氢的目的[3]。 镁与氧结合形成稳定的MgO,是镁合金中形成氧化夹杂物的主要原因。夹杂物使合金的力学性能和耐蚀性能降低,且易使合金产生疲劳裂纹等[4]。由于稀土元素与氧的亲和力更大,因此在镁溶液中加入稀土元素,稀土将优先与氧结合而生成稀土氧化物,从而达到去除氧化物夹杂的作用。 1 2 稀土的阻燃作用 由于镁与氧极易发生反应,因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。镁与氧反应生成的表面MgO膜,致密度系数 Mg<1,疏松多孔,不能有效阻止氧穿透该氧化膜;且MgO的导热系数小,不利于热量的扩散,会加剧镁的氧化和燃烧。稀土元素加入镁合金后,与氧发生反应或与MgO中氧发生置换反应生成稀土氧化物RE2O3,该稀土氧化物的致密度系数 >1,能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。 第29卷第4期2008年8月 稀 土 Chinese Rare Earths Vol 29,No 4 August2008 收稿日期:2008 02 22 作者简介:杨素媛(1966 ),女,内蒙古锡林浩特人,硕士,教授,研究方向:金属材料。
浅论镁合金牺牲阳极与危险化学品的关系 房中学 光钰科技（临沂）有限公司山东费县273400 摘要：本文旨在通过对镁合金牺牲阳极特性及加工储运和应用过程的简要分析，说明镁合金牺牲阳极产品与危险化学品名录中与镁有关的危险货物的不同点，进而说明镁合金牺牲阳极不属于危险化学品（以下简称危化品）的范畴。同时，就其他镁合金制品也作了进一步说明，以解决困扰镁合金制品生产企业在GB/T28001职业健康安全管理体系建立和认证过程中是否需要取得安全生产许可证的问题。 关键词：镁合金牺牲阳极危化品危险货物职业健康安全认证 中图分类号：TG174.1；TG171；X928.7 牺牲阳极法阴极保护是用比钢铁的对地电位还要低的金属和合金制成的阳极与被保护物（如石油管线和热水器内胆等）连接，以阳极的腐蚀为代价，使被保护物不被腐蚀。为这种目的生产的阳极称为牺牲阳极。牺牲阳极材料的材料主要有镁合金、铝合金和锌合金三类，这三类材料的功能虽然相同，在实际应用生产过程、安全管理监督和职业健康安全认证过程中所受到的待遇却是不一样的，主要原因是这些部门都把包括镁合金牺牲阳极在内的所有镁合金制品都视为危化品进行管理，从而企业在安全生产运行和进行GB/T28001职业健康安全认证过程中需要做大量的辅助工作才能完成，企业运营成本大为上升。那么，镁合金牺牲阳极到底应不应该列入危化品的范畴呢？ 首先让我们看一下危化品的定义和《危险化学品名录》中与镁有关的危险货物。根据《危险化学品安全管理条例》第三条，危险化学品是指具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品。根据《危险化学品名录》（2002版），目前与镁有关的危险化学品大约有30项，我把把其中最主要摘录出来，见表1。 表1与镁有关的危险化学品 危险货物编号名称别名UN号41502镁[片状、带状或条状]1869 41502镁合金[片状、带状或条状,含镁＞50%] 43012镁粉 43012镁合金粉，如： 43012铈镁合金粉 43012镁铝粉1418 43019氢化镁二氢化镁2010 43030硅化镁2624 43035磷化镁二磷化三镁2011 43037磷化铝镁1419 43048甲基溴化镁[浸在乙醚中]1928 43501镁粒[有涂层的,粒度≥149微米]2950 51005过氧化镁二氧化镁1476 51021高氯酸镁过氯酸镁1475 51032氯酸镁2723 51510溴酸镁1473 61012砷酸镁1622从表1可以看出，与包括镁合金牺牲阳极在内的镁合金制品有或多或少关联的主要是第4类第1项易燃固体的41502和第3项遇湿易燃物品的43012。下面将从三个方面进行具体
牺牲阳极使用说明 一、阳极的埋设： 1、在施工前搬运过程中要轻搬轻放，避免刮破阳极包。 2、使用前,请先将阳极包外面的包装袋（聚乙烯编织袋）除去，然后将阳极包（棉布袋）浸泡在清水中2小时左右，或者置入阳极坑后往坑内注水，使阳极包内填包料完全浸透。 3、将阳极组的两只阳极分别埋设在管道两边1.5米-3米左右范围内，阳极体与管道底部齐平，如果阳极埋设点附近有其他障碍物，可以在管道方向上前后5米范围内移动。阳极埋设示意图如图： 二、阳极电缆的连接 1、将盘圈的阳极电缆夹用剪刀剪开拉直引到被保护管道表面。
2、将管道欲焊接部位（大约50mm×50mm）用砂轮处理干净至光亮，表面无灰尘、油渍。处理完毕后，将电缆使用铝热焊焊接管道上（参照放热焊使用说明书）。 3、焊接完毕后用热熔胶补伤片补伤，补伤片范围不小于70mm×70mm（参照补伤片补伤说明书）。 用在电力接地网上时： 1.牺牲阳极布置 牺牲阳极按照均匀分布的原则进行水平布置，距离扁钢1m左右，但不小于0.5米，垂直埋深1m（与接地网扁钢同深）左右。 2.阳极电缆选用VV1×10 mm2铜芯电缆，长度为2米，末端焊接一段与扁钢焊接用的钢片。 3.阳极安装：按照设计要求，在埋设点挖好阳极坑,检查袋装阳极电缆接头的导电性能，如有损坏及时修补；将袋装阳极放入阳极坑中就位。 将阳极电缆末端钢片的与接地网采用四周角焊连接，焊缝长度不小于100 mm，焊接必须牢固，保证电气上的导电性。 阳极电缆的埋设深度不应小于0.7米，回填土中应无石块或其它杂物，以免损坏电缆的绝缘层；电缆敷设时应留有10%的裕量，以防止土壤沉降变形造成电缆接头损坏。 确认各焊点、连接点符合要求后，回填土壤。在干燥地区，回填土将阳极布袋埋住之后，向阳极坑内灌水，使阳极填充料吸满水后，将回填土夯实、恢复地貌。 备注：若电缆末端因其他原因不焊接钢片，那么可直接在接地网扁钢上进
稀土镁合金的研究现状 摘要：镁合金是目前最轻的结构金属材料，稀土的加入对改善其组织和提高耐腐蚀性，特别是高温性能具有重要作用。本文介绍了稀土镁合金的研究现状以及压铸和快速成型稀土镁合金。 关键词：稀土镁合金；压铸；快速成型 Abstract :Magnesium alloys are the most light structure metal materials ,the rare earth to improve their organization and improve corrosion resistance, especially high temperature performance has an important role,Study situation of Rare-earth Magnesium Alloys were introduced in the paper and pressure casting and rapid prototyping the rare earth magnesium alloys were introduced. Key words: Rare-earth Magnesium Alloys; Pressure Casting; Rapid Prototyping 镁合金是最轻的工程结构材料，具有密度小、比强度和比刚度高、导热导电性好、
阻尼减震性能高、电磁屏蔽性好、良好的铸造性能、易于加工成型、废料容易回收等一系列优点，因此，目前被广泛应用于汽车、电子、航空航天等诸多领域，具有极为广阔的应用前景。稀土元素由于具有独特的核外电子排布，表现出独特的性质，对0、S和其他非金属元素有较强的亲和力，在冶金过程中可以净化合金熔体、改善合金组织、提高合金室温力学性能、增强合金耐腐蚀性能等。近年来，根据对材料的性能要求而研制开发了一系列含稀土的高强、耐热、抗蠕变、阻燃等镁合金，稀土作为主要的合金元素或微合金化元素在镁合金研究领域发挥愈来愈重要的作用[1]。 1稀土在镁中的性质 1.1 稀土镁合金与氢和氧的相互作用 由于镁与氧极易发生反应，因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。镁与氧反应生成的表面MgO膜，致密度系数αMg<1，疏松多孔，不能有效阻止氧穿透该氧化膜；且MgO的导热系数小，不利于热量的扩散，会加剧镁的氧化和燃烧。稀土元素加入镁合金后，与氧发生反应或与MgO中氧发生置换反应生成稀土氧化物RE203，该稀土氧化物的致密度系数a>1，能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。 在镁合金中，已知Mg-Be，Mg-Ca，Mg-Ce-La合金系的氧化速度都比纯镁小，稀土对改善镁合金熔体的氧化性质有益。 氢在镁中有较大的溶解度，比其在铝中高1～2个数量级，在液态镁中，随温度升高，压力增大，氢的溶解度也增大。氢的主要来源是潮湿的气氛，在熔炼过程中与空气中的水反应： Mg(l)+H2O(g) →MgO(s)+2[H] 氢和镁不形成化合物，在镁中呈间隙式固溶体存在，含氢量过高会使镁合金出现显微气孔。稀土对除去镁合金中的氢有明显作用。在加入稀土后，稀土与氢反应生成REH2相； [RE]+2[H] →REH2 同时，稀土与MgO发生反应： 2 [RE]+3MgO →RE2O3+ 3Mg 此反应有较强的驱动力，因此可生成稀土氢化物和氧化物而达到合金溶液除氢的效果。特别对于含锆的镁合金，由于[H]与Zr生成稳定的化合物ZrH2，使锆在镁合金中溶
镁合金牺牲阳极的作用及原理 河南汇龙合金材料有限公司 2018年5月 技术部刘珍
1.纯镁牺牲阳极 镁为活泼金属，其电化学性能受杂质和合金元素的影响很大。当其含有少量杂质，特别是含有析氢过电位较低的杂质时，会使镁的自溶倾向增大，电流效率降低。镁中的一些杂质元素，如Fe,Co,Mn是以单质的形式固溶于镁基体中的，而另一些杂质，如Al,Zn,Ni,Cu等元素则易与镁形成金属间化合物，无论哪类杂质元素，它们相对于镁固溶体都呈现出强烈的阴极性，能增大析氢的有效面积，进一步增大镁的腐蚀速度。尽可能降低纯镁阳极中杂质元素的含量是必要的。杂质元素的质量分数(%)应控在:Zn<0.03.Mn<0.01.Fe<0.02,Ni<0.001} Cu<0.001.Si<0.01.但这给纯镁阳极的生产带来了困难。一般采用合金化方法，向工业镁中加入一定量的合金元素如Mn,Al,Zn等，就可消除杂质元素的不良影响，获得性能优良的镁合金牺牲阳极材料。一般的纯镁阳极由于电流效率很低(仅为30%左右)，使用寿命短，故目前己很少使用。 2.Mg-Mn牺牲阳极 锰在镁中的溶解度为3.4％，如果熔炼方法控制适当，可得到含有少量Mn 晶体的Mg-Mn单相固溶体组织。锰是控制镁中杂质的一种很有效的净化元素，可消除杂质的不良影响，降低镁的自腐蚀速度。在镁合金熔炼过程中，锰与铁能生成比较大的Fe-Mn化合物而沉积于溶体底部，而残留在合金中的铁则溶解于锰中或被锰所包围，不产生阴极杂质的有害作用。但Mn在镁合金中有偏析现象，过量的Mn反而会造成合金耐蚀性及塑性的下降。国内外生产的Mg-Mn系合金阳极的锰含量一般为0.5%-1.3%，所允许的杂质铁和铜的含量分别小于0.03%和0.02%，比纯镁阳极中允许的杂质量高出十多倍。锰的另外一个作用是
随着城市建设事业的飞速发展，埋地管道的数量剧增。这些管道多采用碳钢材质，为了延长管道的使用寿命，采取相应的防护措施尤为重要，其中涂层防腐和牺牲阳极保护联合防护取得了良好的效果。本文结合一些建设案例，针对牺牲阳极保护设计和施工中的问题提出一些建议。 管道防腐通常采用涂层加牺牲阳极保护，常规阴极保护有两种方法：外加电流法和牺牲阳极法。土壤电阻率约20Ω·m，保护电流密度为0.2mA/m2，自然电位为-0.4～-0.6V，管道保护电位(参比电极Cu/Cu-SO4)低于-0.95V。经过技术经济比较，牺牲阳极保护采用牺牲阳极法较适宜，该法施工简单，安全可靠，对邻近金属管道电干扰少，不用专人管理，可延长管道寿命1倍以上。 ②带状镁阳极的使用 带状镁阳极由纯镁或镁锰合金冷轧压制而成，开路电位(参比电极Cu/CuSO4)为-1.7V，单位长度质量为0.37kg/m，宜在电阻率≥100Ω·m的环境中使用。镁带在电阻率为50Ω·m的土壤中输出电流为10mA/m，在电阻率为150Ω·m的淡水中输出电流为3mA/m。同等质量带状镁阳极比锭状镁阳极表面积大很多，如11kg 镁锭表面积为0.27m2，而11 kg镁带长度为30m，表面积为1.9m2，是前者的7倍。阳极输出电流与表面积成正比，与电阻率成反比。阳极质量决定阳极寿命。设计上应考虑当地土壤电阻率，在穿越段或套管内管道上缠绕镁带要考虑它的使用寿命应该与管道寿命相当。如果设计寿命为20年，而当地土壤电阻率较低，就不宜采用镁带，而应采用锭状镁阳极。 常规设计穿越段或套管内管道通常采用镁带缠绕安装方法。绍兴天然气利用工程中采用的带状镁阳极断面尺寸为(19±0.5)mm×(9.5±0.5)mm，每根钢管缠绕2条带状镁阳极，缠绕方式为对称分布于管道两侧，每隔1～2m设一处捆绑带，其材料为尼龙带。电缆与镁阳极采用灌锡焊。绝缘层采用复合绝缘结构，从内向外为环氧树脂、电工胶布、塑料胶布、热缩套、防腐胶布，各层胶布缠绕时搭接。电缆与管道采用双点铝热焊连接，电缆蛇行并留有余量，两焊点间距＞10cm，涂层破口尺寸为3cm×3cm，补口尺寸大于5cm×5cm。但在实际施工中这种镁带缠绕安装方法操作起来有困难，尤其是穿越段管道回拖时，缠绕的镁带会增加回拖阻力，且镁带容易脱落和断裂。因此，对于穿越段管道，建议不采用镁带，而是在出、入土点两处增设锭状镁阳极，并设置测试桩，定时检测阳极消耗量。对套管内管道，建议镁带的安装方法不采用缠绕，而是在不减少镁带量的前提下和管道平行安装，这样便于管道进入套管内而不损伤镁带。 ③三层PE涂层的优越性 在当前管道防腐涂层中，三层PE是诸多涂层中性能较优的一种，它不但有良好的机械性能，而且有良好的抗腐蚀性能和抗阴极剥离性能。三层PE涂层与阴极保护配合使用，大大降低阴极保护电流密度，从而降低阴极保护的造价。众多实例证实，新建PE涂层陆地管道所需保护电流密度约1～20μA/m2，海水管道所需保护电流密度约500μA/m2大大低于其他防腐层。但在当前设计中，由于缺乏对三层PE性能及使用寿命的认识，往往设计过于保守，造成牺牲阳极材料使用量过大。 ④绝缘装置的安装 阴极保护管道上的绝缘装置有多种形式，主要是绝缘法兰和绝缘接头。绝缘法兰必须架空，绝缘接头可直埋入地。安装绝缘装置会出现两个问题：a．如何保护绝缘装置不受强电电涌的破坏。目前绝缘接头有整体自放电型和无自放电型两种。整体自放电型绝缘接头由于内部有释放高压的装置，可省去具有相同功能的
镁合金防腐蚀方案汇总 化学转化处理 镁合金的化学转化膜按溶液可分为：铬酸盐系、有机酸系、磷酸盐系、KMnO4系、稀土元素系和锡酸盐系等。 传统的铬酸盐膜以Cr为骨架的结构很致密，含结构水的Cr则具有很好的自修复功能，耐蚀性很强。但Cr具有较大的毒性，废水处理成本较高，开发无铬转化处理势在必行。镁合金在KMnO4溶液中处理可得到无定型组织的化学转化膜，耐蚀性与铬酸盐膜相当。碱性锡酸盐的化学转化处理可作为镁合金化学镀镍的前处理，取代传统的含Cr、F或CN等有害离子的工艺。化学转化膜多孔的结构在镀前的活化中表现出很好的吸附性，并能改镀镍层的结合力与耐蚀性。 有机酸系处理所获得的转化膜能同时具备腐蚀保护和光学、电子学等综合性能，在化学转化处理的新发展中占有很重要的地位。 化学转化膜较薄、软，防护能力弱，一般只用作装饰或防护层中间层。 阳极氧化 阳极氧化可得到比化学转化更好的耐磨损、耐腐蚀的涂料基底涂层，并兼有良好的结合力、电绝缘性和耐热冲击等性能，是镁合金常用的表面处理技术之一。 传统镁合金阳极氧化的电解液一般都含铬、氟、磷等元素，不仅污染环境，也损害人类健康。近年来研究开发的环保型工艺所获得的氧化膜耐腐蚀等性能较经典工艺Dow17和HAE有大程度的提高。优良
的耐蚀性来源于阳极氧化后Al、Si等元素在其表面均匀分布，使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。 一般认为氧化膜中存在的孔隙是影响镁合金耐蚀性能的主要因素。研究发现通过向阳极氧化溶液中加入适量的硅-铝溶胶成分，一定程度上能改善氧化膜层厚度、致密度，降低孔隙率。而且溶胶成分会使成膜速度出现阶段性快速和缓慢增长，但基本上不影响膜层的X 射线衍射相结构。 但阳极氧化膜的脆性较大、多孔，在复杂工件上难以得到均匀的氧化膜层。 金属涂层 镁及镁合金是最难镀的金属，其原因如下： (1)镁合金表面极易形成的氧化镁，不易清除干净，严重影响镀层结合力; (2)镁的电化学活性太高，所有酸性镀液都会造成镁基体的迅速腐蚀，或与其它金属离子的置换反应十分强烈，置换后的镀层结合十分松散; (3)第二相(如稀土相、γ相等)具有不同的电化学特性，可能导致沉积不均匀; (4)镀层标准电位远高于镁合金基体，任何一处通孔都会增大腐蚀电流，引起严重的电化学腐蚀，而镁的电极电位很负，施镀时造成针孔的析氢很难避免; (5)镁合金铸件的致密性都不是很高，表面存在杂质，可能成为
高性能稀土镁合金及其研究进展 镁合金作为一种轻质的绿色工程材料具有很大的应用前景，被称为21世纪的“绿色工程材料”。然而，大部分镁合金的力学性能（尤其高温力学性能）较差，使其应用受到限制。因此，如何改善其力学性能成为亟待解决的问题。添加合金化元素是常用来改善镁合金力学性能的手段之一，尤其是添加稀土元素。稀土元素对镁合金具有“净化”“细化”“强化”“合金化”的四重作用。Mg-RE系合金因其优异的高温拉伸性能、抗蠕变性能及良好的塑性成形能力而备受青睐，被认为是最具有应用前景的高温高强合金体系。因此，本文主要综述近年来国内外在高性能稀土镁合金方面的研究进展，重点介绍制备高性能镁合金的制备方法、加工技术、热处理工艺、强韧化机制及目前研究中存在的问题与不足。 1.Mg-RE系合金 Mg-RE系合金是目前镁合金中最重要的高强耐热镁合金体系，尤其是含有重稀土元素（Gd、Y、Dy、Ho、Er等）的镁合金。Mg-RE系二元合金的时效硬化特性、强度与稀土添加量成正比关系，如在 Mg-Gd二元合金体系中Gd的质量百分含量若低于10%则合金的时效析出偏低或者无析出，直接导致合金的强度及耐热性能降低。为了降低稀土的添加量且不影响时效硬化特性效果，在Mg-RE二元合金的基础上添加其它合金化元素开发出了三元、四元等稀土镁合金。目前，稀土镁合金主要包括在Mg-Gd体系上形成的Mg-Gd-Y、Mg-Gd-Er、Mg-Gd-Ho、Mg-Gd-Dy等系列合金，在Mg-Y体系上形成的Mg-Y-Gd、Mg-Y-Nd、Mg-Y-Sc-Mn 等系列合金，为了细化晶粒稀土镁合金中常常加入Zr元素。 除了早期的WE54、WE43合金，Mordike等通过添加Sc及Mn等元素，开发了抗蠕变性能优于WE43合金的Mg-4Y-1Sc-1Mn(wt.%)合金；He等用普通铸造+挤压+峰值时效的方法制备了高强耐热Mg-10Gd-2Y-0.5Zr(wt.%)合金，其室温下的屈服强度、抗拉强度、延伸率分别可高达331 MPa、397 MPa、1%。最近，Li等通过轧制+时效的方法制备了Mg-14Gd-0.5Zr 合金，其屈服强度、延伸率分别可高达445 MPa、2%。Mg-RE系合金是目前最适合、最有前途的可应用在航空航天或汽车上的镁合金材料，多数单位都将此系列合金的目标性能提高到550Mpa-600Mpa，稳定使用温度在200 o C。晶粒细化、形变强化、沉淀强化是目前稀土镁合金采用的强化手段。目前的研究主要集中在沉淀强化方面。Mg-RE系合金主要的时效析出强 化相为β′′ (DO 19)、β′(cbco)，其中，β′′相的化学成分为Mg 3 RE， β′相的化学成分为Mg15RE3。 β′相与基体具有半共格关系，匹配较好，大量、致密、规则析出的β′相，可有效阻止位错运动，被认为是合金强度提高的主要原因之一。 目前的研究仍有不足，主要表现在以下几个方面：（1）合金中含有大量的稀土，导致合金成本偏高；（2）合金的塑性加工性能偏差，有必要寻找改善合金塑性的新方法、新理论；（3）合金的塑性变形机制研究较少，需大研究稀土溶质原子、晶粒尺寸、晶界类型、织构等对滑移系机制的影响规律。 2.Mg-RE-Zn系合金 Mg-RE-Zn合金是现在研究的一个热点，一方面因为Kawamura于2001年用快速凝固粉/
镁合金牺牲阳极 知识讲座 镁合金牺牲阳极的使用 镁合金牺牲阳极的生产 一镁合金牺牲阳极使用 (一)镁合金牺牲阳极简介 (二)镁合金牺牲阳极工作原理 (三)镁合金牺牲阳极应用 (一)镁合金牺牲阳极简介 镁基牺牲阳极 镁是电化学阴极保护工程中常用的一种牺牲阳极材料，具有较高的化学活性，它的电极电位较负，驱动电压高。同时，镁表面难以形成有效的保护膜。因此，在水介质中，镁表面的微观腐蚀电池驱动力大，保护膜易于溶解，镁的自腐蚀很强烈，在阴极上发生析氢反应2H++2e— H2。镁基牺牲阳极有纯镁、Mg-Mn系合金和Mg-AI-Zn-Mn系合金等三类，其共同的特点是密度小、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)，适用于电阻率较高的土壤和淡水中金属构件的保护。但不足之处是它们的电流效率都不高，通常只有50%左右，比锌基合金和铝基合金牺牲阳极的电流效率要低得多。在镁中加入适量Al, Zn和Mn等元素组成合金，可使镁阳极的电化学性能得到改善。 纯镁牺牲阳极
镁为活泼金属，其电化学性能受杂质和合金元素的影响很大。当其含有少量杂质，特别是含有析氢过电位较低的杂质时，会使镁的自溶倾向增大，电流效率降低。镁中的一些杂质元素，如Fe, Co, Mn 是以单质的形式固溶于镁基体中的，而另一些杂质，如Al, Zn, Ni, Cu等元素则易与镁形成金属间化合物，无论哪类杂质元素，它们相对于镁固溶体都呈现出强烈的阴极性，能增大析氢的有效面积，进一步增大镁的腐蚀速度。尽可能降低纯镁阳极中杂质元素的含量是必要的。杂质元素的质量分数(%)应控在:Zn<0.03，Mn<0.01，Fe<0.02, Ni<0.001 ,Cu<0.001，Si<0.01。但这给纯镁阳极的生产带来了困难。一般采用合金化方法，向工业镁中加入一定量的合金元素如Mn, Al, Zn等，就可消除杂质元素的不良影响，获得性能优良的镁合金牺牲阳极材料。一般的纯镁阳极由于电流效率很低(仅为30%左右)，使用寿命短，故目前己很少使用。 Mg-Mn牺牲阳极 锰在镁中的溶解度为3.4％，如果熔炼方法控制适当，可得到含有少量Mn晶体的Mg-Mn单相固溶体组织。锰是控制镁中杂质的一种很有效的净化元素，可消除杂质的不良影响，降低镁的自腐蚀速度。在镁合金熔炼过程中，锰与铁能生成比较大的Fe-Mn化合物而沉积于溶体底部，而残留在合金中的铁则溶解于锰中或被锰所包围，不产生阴极杂质的有害作用。但Mn在镁合金中有偏析现象，过量的Mn反而会造成合金耐蚀性及塑性的下降。国内外生产的Mg-Mn系合金阳极的锰含量一般为0.5%-1.3%，所允许的杂质铁和铜的含量分别小于0.03%和0.02%，比纯镁阳极中允许的杂质量高出十多倍。锰的另外
牺牲阳极在使用过程中的优缺点！ 作者：代银 公司：河南汇龙合金材料有限公司 一直以来，不同的防腐类型产品无论是在工业范畴仍是日常日子中都十分的受欢迎，特别是工业范畴，它首要用于不耐腐蚀的产品中，所以许多厂家对防腐蚀性的产品需求量十分大，而牺牲阳极产品是腐蚀产品中功能与实践效益最为杰出的防腐产品。那么，牺牲阳极在运用中优缺陷有哪些呢? 据区域专业从事锌阳极产品研制出产方面的专家指出，牺牲阳极是将活性不同的两种金属衔接后，处于同一电解质中，活性强的金属失去电子，遭到腐蚀，活性差的金属得到电子遭到维护。因为在这一过程中，活性强的金属被腐蚀，所以称为牺牲阳极阴极维护。 牺牲阳极的长处有整个阴极维护体系的设备都不需求外部电源;对被维护管道铺设位置周围的金属结构物影响很小;设备设备完结今后的办理维护作业少;维护管道的长度越长体系设备费用越高，工程费用的多少与维护管道的长度成正比;运用牺牲阳极维护电流能够均匀的分布在管线上，并且阳极资料利用率十分高。 牺牲阳极的缺陷是当需求维护管道铺设的环境中电阻很高的情况下不适合运用;整个阴极维护体系的维护电流巨细不能够调理;对管道自身的防腐涂层的质量要求比较高;维护原理首要是耗费有色金属，所以在金属耗费完今后要定时替换阳极;周围环境中的杂散电流搅扰过的时分，不能够运用牺牲阳极阴极维护法。
而铝阳极它是一种比较更为生动的金属，当发作电化腐蚀时，被腐蚀的是那种比铁更生动的金属，而铁被维护了。它通常在轮船的尾部和在船壳的水线以下部分，装上一定数量的锌块，来避免船壳等的腐蚀，就是使用的这种方法。 维护电流的利用率较高，不会产生过维护。牺牲阳极对附近的地下金属设备无搅扰影响，适用于厂区和无电源的长输管道，以及小规划的涣散管道维护。牺牲阳极具有接地和维护统筹的效果。牺牲阳极施工技术简略，平常不需求特别专业维护办理。 据专业从事铝合金阳极产品方面的专家阐明，牺牲阳极驱动电位低，维护电流调理规模窄，维护规模小。牺牲阳极在存在激烈杂散电流搅扰区，特别受交流搅扰时，阳极功能有可能发作逆转。牺牲阳极有用阴极维护年限受牺牲阳极寿数的约束，需求定时替换。
浅谈镁合金防腐蚀技术的现状及发展方向 摘要：镁合金以其强度、比模量和优异的力学性能,已在众多领域受到广泛关注。但是,由于镁合金化学活性高、耐蚀性能差的缺陷制约了其应用范围。因此,镁合金的表面防护处理(耐腐蚀)极为重要。 关键词：镁合金防腐蚀表面处理现状发展方向 前言：镁合金由于具有质轻兼顾，易于回收等诸多优点，正在成为钢铁、铝合 金、工程塑料的一种重要替代材料。但镁是极活泼的金属，耐蚀性极差，在潮湿空气和中性、酸性溶液中都容易受到腐蚀。耐蚀性能差成为制约镁合金扩大应用的主要因素之一。改善镁合金的耐蚀性主要有两条途径，一是通过添加合金元素，减少杂质含量，进行适当的热处理等方法改善合金材料本身的耐蚀性，二是对镁合金制品进行适当的表面处理，实现和外部环境的隔绝，阻碍腐蚀的发生。镁合金表面处理常用的方法有化学氧化、电化学氧化、电镀等。 镁在地壳中储量丰富,仅次于铝、铁居第三位。镁属于轻金属,密度为1.74g/cm3,约为铝的2/3、钢的1/5,作为结构性材料有着非常广泛的应用前景。镁合金具有密度小,比强度、比刚度高,阻尼性、切削加工性、导电导热性好,电磁屏蔽能力强,尺寸稳定,易回收等优点,使镁合金在航空工业、汽车、机械设备、电子产品等领域有着非常广阔的应用前景,被称为“21世纪的绿色工程材料”。我国是世界原镁生产和出口大国。但是,我国镁合金的研究和应用开发却相对滞后,其中一个重要的原因是镁合金的防腐问题没有很好地解决。镁是所有工业合金中化学活性最高的金属元素,其标准电极电位为-2.37V,在常用介质中的电位也相当低。镁合金在大气中的耐蚀性主要取决于大气的湿度与污染程度,腐蚀形成的氧化膜(MgO),但氧化膜多孔而疏松,会使腐蚀加剧,并且会阻碍表面处理的进行。在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中均会遭受严重的化学腐蚀。另外,镁合金与其它金属接触时,一般作为阳极发生电化学腐蚀,阴极是与镁直接有外部接触的异种金属,也可以是镁合金内部的第二相或杂质相,后者在宏观上表现为全面腐蚀。要扩大镁合金使用范围,充分发挥其优越性能,更好的服务人类,就必须解决腐蚀的问题。一方面是从镁合金材质的本身着手,开发更耐腐蚀的镁合金;另一方面就是进行适当的表面处理。 1.镁合金表面处理的常见方法 镁合金的表面处理方法主要有:阳极氧化处理、微弧氧化处理、化学转化膜 处理、有机涂层或有机镀膜、金属涂层(热喷涂防护层)、激光表面改性、气相沉积和离子注入等。 1.1阳极氧化处理 镁合金阳极氧化膜耐蚀性高,也可以作为涂装的底层。镁在阳极氧化的过程 中先形成一层致密的阻挡层,当氧化膜达到一定厚度时,由于其拉应力过大而发生局部断裂,膜层下面的金属又逐渐生成新的膜,整个膜层不断增厚。这种膜不仅包含了合金元素的氧化物,而且还包含了溶液中通过热分解并沉淀到镁合金工件表面的其他氧化物。 镁合金可以在酸性溶液中阳极化,也可以在碱性溶液中阳极化。早期的阳极化是利用含铬的有毒化合物的处理液,如Dow17,Cr22以及HAE,这三种工艺都是 MDCC移动开发者大会精彩荟萃智能硬件移动开发产品体验粉丝经济社交游戏
牺牲阳极安装技术要求、安装步骤和施工要求 1技术要求 （1）将牺牲阳极与管网电性连接，通过牺牲阳极自身消耗向被保护金属构筑物提供直流电流，通过土壤构成电流回路，使被保护的金属构筑物极化到保护电位一0.85—1.5V，即达到了良好的保护状态。 （2）施加阴极保护后，发现旁流严重而明显影响保护范围和保护效果时，应采用绝缘予以绝缘断流，确保被保护的金属构筑物全面达标。 （3）系统中的所有电缆接头质量均应满足设计与使用要求，其接触电阻应低于0.0lQ，密封处理应经久耐用、密封效果可靠，对外界不允许存在导通点，确保阴极保护系统在有效保护期内正常运行。 2安装步骤 牺牲阳极安装步骤：①阳极检验工作;②阳极表面活化处理;③牺牲阳极组装;④牺牲阳极埋设;⑤与管道电性连接。
3施工要求 （1）阳极检验工作 阳极组装前应对阳极电缆封头进行外观封涂质量检查，电缆机械强度检查和接触电阻测试。因电缆损坏或电缆接头损坏将导致阳极失效，失去保护作用，要求阳极铁芯绝缘封涂质量好，阳极电缆机械强度以能够随阳极自身重量，阳极接触电阻小于0.001n。（2）阳极表面活化处理 组装牺牲阳极之前，为加速阳极表面活化，应将阳极表面的附着的油污及氧化物除净。首先采用机械处理方法，用手动砂轮或钢刷将阳极表面均匀打磨，再用粗砂纸打磨一遍。必要时进行化学处理，阳极表面火花处理与组装间隔时间不宜超过24h。 （3）牺牲阳极组装 先将特制白布袋内放人15kg填包料，再将经过检验和表面活化处理的阳极放入布袋轴线正中填包料中固定，并在阳极四周及顶部填装填充料约35kg;阳极不应与布袋接触，组装时应防止阳极偏心。 （4）阳极的埋设
稀土镁合金的研究现状及应用 张晓 （中北大学材料科学与工程学院，山西太原030051） 摘要：镁合金具有许多优异的性能，如高比强度、高比刚度等。但它强度不高，高温抗蠕变性能差。稀土的加入对改善其组织和提高耐腐蚀性，特别是高温性能具有重要作用。本文介绍了国内外稀土镁合金的研究现状，并展望了稀土镁合金的应用前景。 关键词：镁合金；稀土；现状 Study Situation And Application Of Rare-earth Magnesium Alloys Zhang Xiao (North University Of China School Of Material Science And Engineering, Taiyuan Shanxi 030051) Abstract: Magnesium Alloy has many inherent advantages of Magnesium Alloy, such as high specific strength，high specific stiffness and so on. But it is not high strength and high temperature creep resistance is poor.the rare earth to improve their organization and improve corrosion resistance, especially high temperature performance has an important role,Study situation of Rare-earth Magnesium Alloys were introduced at home and abroad in the paper and the prospect of application in Rare-earth alloys Magnesium Alloy was looked. Key words: Magnesium Alloy; Rare-earth; situation
轻合金技术新进展 铝、镁、钛等金属的密度小，分别为2.7g/cm3、1.7g/cm3、和4.5g/cm3、，因此，这几种金属通常被称为轻金属，其相应的铝合金、镁合金、钛合金则称为轻合金[1,2]。铝合金具有比重小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金[3~5]。镁合金具有比重小，比强度、比刚度高，阻尼性、切削加工性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富，易回收，无污染等优点，因此，在汽车工业、通信电子工业和航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用，近年来全世界镁合金产量的年增长率高达20％，显示出了极为广泛的应用前景[1,15]。钛合金比重小、耐蚀性好、耐热性高、比刚度和比强度高，是航天航空、石油化工、生物医学等领域的理想材料；同时，钛的无磁性、钛铌合金的超导性、钛铁合金的储氢能力等特性，使得钛合金在尖端科学和高技术方面发挥着重要作用[1,32]。 本文简要综述目前国内外在轻合金方面的研究开发、应用现状及最新进展，分析了我国在轻合金材料发展及其应用方面存在的问题，提出了今后一段时间我国在轻合金材料研究、开发与应用方面的对策。 －、铝合金 1.铝合金的发展 铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。铝材应用的迅速发展是世界铝工业界不断开发新的铝合金材料的结果[3~5]。表1列出了铝合金的特性及主要应用领域[2]。 铝合金的发展可追溯到1906年时效强化现象在柏林被Alfred Wilm偶然发现，硬铝 Duralumin、随之研制成功并用于飞机结构件上[7]。在此基础上随后开发出的Al-Cu-Mg系合金，如2014和2024，其抗拉强度为350~480MPa'，至今仍在使用。第二次世界大战期间，由于军用航空材料的需要，抗拉强度超过500ＭＰ'的Al-Zn_Mg_Cu.合金发展起来，其中最
腐蚀对于国民的经济发展，人类的生活和社会环境造成很大的破坏，大多数长输管道埋在地下，由于土壤中的水份、空气、水溶性矿物盐和酸、碱这些成分都会使金属管道遭到腐蚀和破坏。因此人们利用牺牲阳极阴极保护的方式进行腐蚀防护。阴极保护在我国的应用始于1958年，到了60年代，阴极保护已经广泛的应用于输油管道。到目前为止，几乎所有输油气管道、储罐、海洋结构都施加了阴极保护。 牺牲阳极阴极保护的原理是利用不同金属的电位差异，为受保护的金属提供电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，金属表面各点电位降低到同一负电位，使金属表面各点之间不再有电位差，不再有电子的流动，金属原子不再失去电子而变成离子溶入溶液。最终达到减缓腐蚀的目的。由于在实现阴极保护过程中，较活泼的金属被腐蚀，所以，被称为牺牲阳极阴极保护。这种方法简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型或处于低土壤电阻率环境下的金属结构。 常见的牺牲阳极有镁阳极，铝阳极和锌阳极等。镁是电化学阴极保护工程中常用的一种牺牲阳极材料，具有较高的化学活性，它的电极电位较负，驱动电压高。同时，镁表面难以形成有效的保护膜。因此，在水介质中，镁表面的微观腐蚀电池驱动力大，保护膜易于溶解，镁的自腐蚀很强烈，适用于电阻率较高的土壤和淡水中金属构件的保护。它由纯镁和镁合金组成，它具有高驱动电压、低电流效率、高造价的特点。
锌阳极的种类很多，可以根据顾客的要求提供不同形状的锌阳极, 如矩形, 方形, 镯式, 以及其他各种异型。锌牺牲阳极自腐蚀速率小，电流效率高，使用寿命长，具有自动调节电流性的特性，锌阳极的阴极保护法是在被保护钢铁设备上连接一种更易失去电子的金属或合金。它是一种比较活泼的金属，当发生电化学腐蚀时，被腐蚀的是那种比铁更活泼的金属，而铁被保护了。通常在轮船的尾部和在船壳的水线以下部分，装上一定数量的锌块，来防止船壳的腐蚀。 目前使用最广泛的是铝合金阳极，它的特点是容量大、寿命长、易安装，制造工艺简单。大多数是用在海水环境金属结构或原油储罐内底板的阴极保护上，不能用于氯离子含量较低的土壤环境。铝阳极直接可以固定在被保护结构上，无需填料。 中国防腐材料行业在国内的发展已日趋成熟，随着行业及国家标准的日趋完善，阴极保护专业技术与实际性能也越来越被长输管线及储油罐大型项目的投资者所重视，过去投资过的项目通过几年的检测与评估确实达到了良好的效果。 详情咨询河南汇龙合金材料有限公司刘珍
表面工程技术 镁合金表面处理国内外研究应用现状Magnesium alloy surface treatment of domestic and foreignresearch and application status 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：复合材料1101 学生姓名：曹成成 学号： 3110706055 指导教师：张松立
2014 年 6 月 摘要：介绍了国内外镁合金表面处理的最新研究进展，其中包括 化学转化、自组装单分子膜、阳极氧化、电镀与化学镀、液相沉积 与溶胶凝胶涂层、气相沉积、喷涂、激光熔覆合金技术等，并对镁 合金表面处理的发展趋势作了展望。 关键词：镁合金表面处理涂层 引言 镁是金属结构材料中最轻的一种# 纯镁的力学性能很差。但镁合金 因体积质量小、比强度高、加工性能好、电磁屏蔽性好、具有良好 的减振及导电、导热性能而备受关注。镁合金从早期被用于航天航 空工业到目前在汽车材料、光学仪器、电子电信、军工工业等方 面的应用有了很大发展。但是镁的化学稳定性低、电极电位很负、 镁合金的耐磨性、硬度及耐高温性能也较差。在某种程度上又制约 了镁合金材料的广泛应用，因此，如何提高镁合金的强度、硬度、耐磨、耐热及耐腐蚀等综合性能，进行适当的表面强化，已成为当 今材料发展的重要课题。 镁合金是最轻的金属结构材料之一，密度仅为1.3g/cm3 ~ 1.9 g/cm3，约为Al 的2/3，Fe 的1/4。镁合金具有比强度高，比刚度高，减震性、导电性、导热性好、电磁屏蔽性和尺寸稳定性好，易回收 等优点。以质轻和综合性能优良而被称为21 世纪最有发展潜力的绿 色材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯等各个领域。 但是镁合金的化学和电化学活性较高，严重制约了镁合金的应用， 采用适当的表面处理能够提高镁合金的耐蚀性。 一、微弧氧化处理 微弧氧化技术又称微等离子体氧化或阳极火花沉积, 实质上是 一种高压的阳极氧化, 是一种新型的金属表面处理技术。该工艺是 在适当的脉冲电参数和电解液条件下, 使阳极表面产生微区等离子 弧光放电现象, 阳极上原有的氧化物瞬间熔化, 同时又受电解液冷 却作用, 进而在金属表面原位生长出陶瓷质氧化膜的过程。与普通 阳极氧化膜相比, 这种膜的空隙率大大降低, 从而使耐蚀性和耐磨 性有了较大提高。目前, 微弧氧化技术主要应用于Al、Mg、Ti 等有 色金属或其合金的表面处理中。镁合金微弧氧化技术所形成的氧化
国外镁及镁合金的应用研究现状与前景 https://www.doczj.com/doc/4c15221052.html, 2005-12-28 国外对于镁及其合金的研究开发较早，到目前镁及其合金材料的开发及应用已进入相对比较成熟的阶段，并已达到产业化的工业规模，其中北美是目前镁及其合金材料用量最多的地区。近年来随着油价的不断上升，作为镁合金的主要应用产业的汽车工业，对镁合金应用需求也在增长，导致世界范围内的镁合金应用竞争更趋激烈，并有对中国进行合围趋势。 参加前不久在重庆召开的"中英先进材料研讨会"的中外专家介绍，无论镁金属的供应基础怎样变化，传统的最终用户市场仍然是汽车工业，汽车工业仍然是可以依靠的推动世界镁工业产量增长的主要工业。为减轻汽车自重，利用镁合金高强度重量比的固有优势，镁及镁合金将在汽车上用作结构和非结构件。镁在汽车非结构件上的应用包括变速箱外壳、传动箱外壳、阀和凸轮轴外壳、离合器罩、电机罩、发电机外壳、进气支管和油盘。在汽车结构件上的应用包括方向盘、仪表盘横梁、离合器支架、方向盘轴结构和气袋外壳。 在过去１０年里，欧洲汽车用镁合金压铸件年平均增长率为１５％，在未来５年里欧洲每辆汽车平均用镁量为２．５公斤／辆。在未来１０年里，该数字将达到５公斤。欧洲汽车的方向盘，目前有８５％采用镁合金制造，各种类型汽车用的镁部件达到３００个。目前北美国家生产的汽车上平均每辆汽车用镁量为３．５公斤，２０１０年前每辆汽车用镁量会以每年１５％速度增长，到２０１０年达到每辆汽车用镁量超过１０公斤。 美国通用汽车公司开发的抗蠕变镁合金使抗拉伸蠕变性能提高４０％；美国福特公司已经成功将挪威海德鲁集团下属Ｍｅｒｉｄｉａｎ技术公司开发研制的整体压铸ＡＭ５０镁合金梁用于新型福特Ｆ－１５０载重汽车上。这个过去由２１个部件组成的总成，现在为一体化的镁合金整件，减轻重量２２磅。德国宝马汽车公司已经在宝马７系列和５系列车型上的某些部件采用了镁合金；德国大众汽车公司在奥迪Ｖ８Ｑｕａｔｔｒｏ轿车的发动机上采用了镁合金部件，和其他奥迪Ａ８八缸发动机相比重量减轻４．９９公斤；德国奔驰汽车公司新开发的７速自动变速系统也采用了镁合金部件，用来取代５速自动变速系统，可以比原来５速自动变速系统每１００公里节省燃料０．６升。 世界汽车工业镁的消费量还在迅速增长，在汽车工业应用的新型镁合金的研究开发和汽车用镁合金部件及其生产技术方面的科学研究都在进行之中，世界上各大汽车公司都在不断减轻汽车自重，提高汽车性能方面下工夫。镁及镁合金材料是汽车工业的最佳选择。此外，由于镁合金在手动工具上具有突出的轻质、减震效果，因此目前镁合金在国外电动工具的应用也如火如荼，包括各种射钉枪、打磨机、电钻、割草机、电动剪刀等众多品种。国外许多电动工具制造商都把镁合金部件作为一大卖点，并在显著位置标注"Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ"字样。