[发明专利]一种高电位镁合金牺牲阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金牺牲阳极，特别涉及一种新型的低成本高电位镁合金牺牲阳极。 

背景技术

金属材料的腐蚀遍布国民经济的各个领域，由腐蚀造成的直接和间接的经济损失非常巨大，腐蚀对环境和生态平衡所产生的影响也十分重大。因此，有关金属腐蚀与防护的问题受到人们的广泛关注，成为材料学科的一个重要研究领域。 

防止金属腐蚀的方法很多，采用电化学阴极保护是最重要的方法之一，利用阴极保护是一种重要的金属腐蚀防护措施。当金属浸泡在电解液中时容易发生化学反应，根据电化学原理可知，金属周围电解液成分、粘附杂质、应力和透气性等的不同都有可能发生电化学腐蚀。在电化学腐蚀过程中，金属本身形成了许多原电池，某些部位充当阴极，另一些部位充当阳极，在阳极区域金属粒子进入溶液当中，电子通过溶液流向阴极，而进入溶液中的正离子通过电解液从阳极流向阴极区域，因此形成了电流回路，导致阳极的腐蚀，钢结构的阴极保护就是使被保护的钢结构成为阴极，电负性更高的其它金属，如镁作为阳极并形成回路，电子从阳极流向作为阴极的钢结构，使钢不能成为正离子进入溶液，这样钢结构就得到保护。为了达到这一目的，牺牲阳极材料必须具有足够负并且稳定的电位以保证有足够的驱动电压。 

由于牺牲阳极具有不需要外加电源、不会干扰临近金属设施、电流分散能力好、易于管理和维护等优点，因而在防腐蚀工程中得到广泛应用。镁合金牺牲阳极是对金属进行电化学保护的材料之一，它被广泛地应用于土壤、淡水、海水、城建中的供排水、煤气、天然气、供暖、输油管道等的金属设施的阴极保护，对金属起到防腐作用，具有广阔的应用前景。与其它牺牲阳极相比，镁合金牺牲阳极具有密度小、理论电容量大、电位负、极化率低，对钢铁的驱动电压很大，适用于电阻率较高的土壤和淡水中金属构件的保护。 

镁合金牺牲阳极分为高电位和低电位的两种。高电位镁合金牺牲阳极是镁锰合金，其成分要求是(重量百分比wt％)Mn0.5-1.3％，Al≤0.01％，Fe≤0.01％，Ni≤0.001％，Cu≤0.01％，Si≤0.05％，其余单个杂质含量不超过0.05％，并且要求其电性能满足美国的镁合金牺牲阳极标准ASTM843-1993(2003)规定的开路电位大于-1.7V，电流效率大于50％。低电位镁合金牺牲阳极是镁铝锌合金，主要有AZ31系列和AZ63系列，对锰都有一定的要求。无论高电位镁合金牺牲阳极还是低电位镁合金牺牲阳极，都需要添加Mn元素。特别是高电位镁合金牺牲阳极，Mn的含量甚至达到0.5-1.3％。高电位镁合金牺牲阳极材料是由美国的Dow Chemical公司发明的，并且美国的镁合金牺牲阳极标准ASTM843-1993(2003)也是由该公司起草制定。中国的标准GB/T 17731-2004是采用的美国标准。因此高电位镁合金牺牲阳极的锰含量与ASTM标准一致。而且，目前世界各地的生产商和供应商都是采用参照ASTM标准制定的标准，对Mn含量都有一定的要求。 

然而，Dow Chemical公司进行高电位镁合金牺牲阳极研发生产时，采用的是由电解法生产出来的金属镁。而电解法生产的金属镁，其铁含量很高，一般的在0.08-0.4％之间，铁在镁合金中是一个非常有害的金属元素，严重影响到镁合金的抗腐蚀性能，例如当铁含量由0.01％降到0.005％时，其耐腐蚀性可以提高将近两个数量级左右。因此在制备高电位镁合金牺牲阳极的时候，需要把这些大量的铁去除。Mn元素与铁发生反应可以生产锰铁合金，在熔炼过程中，由于产生的锰铁合金密度比较大，可以沉到熔炼锅的底部，因此在生产的过程中需要加大量的锰元素来保证降低铁的含量。另外，加入锰可以提高镁合金的应力腐蚀。 

中国生产的金属镁，95％以上是由皮江法制备的，其铁含量一般在(重量百分比wt％)0.01％以下，在这种情况下，是否还需要添加锰来降低铁含量？中国国内现行的高电位镁合金牺牲阳极生产工艺是通过添加电解锰或者MnCl₂来使锰含量达到0.5-1.3％的ASTM标准。由于金属锰的熔点为1244℃远高于镁的650℃，需要在比较高的温度下添加。而高温，则会使镁熔体更加容易氧化，带进来更多的氧化物，而氧化物则会严重降低高电位镁合金牺牲阳极的电位和电流效率。而氯化锰(MnCl2)又容易吸潮，而水蒸气对熔融态的镁非常危险，甚至有爆炸的可能，并且氯化锰中的镍和铁的含量很高，在使用过程中会引入新的杂质。因此目前需要一种不添加锰或用别的其它低熔点金属代替锰而能达到现在ASTM标准所规定的电性能的新型镁合金牺牲阳极。

发明内容