一种高电流效率的镁牺牲阳极及其制备方法 【技术领域】
本发明属于轻金属功能材料的设计和制造领域，涉及一种用铝锰合金和镁钇合金进行合金化的高电流效率镁牺牲阳极的方法。
背景技术
牺牲阳极从发明至今已近200年的历史了。由于牺牲阳极保护法不需要外加电源，对邻近金属设备不会造成干扰，电流分散能力好，设备简单，施工方便不用经常的维护检修等特点，已被广泛用于船舶、海上建筑物、水下设备、地下输油输气管道、地下电缆、地下金属油罐以及海水冷却系统的保护。
随着工业技术的不断发展，牺牲阳极技术也在不断的前进。通常使用的牺牲阳极有镁合金、锌合金和铝合金。由于它们的电化学性质各有所异，因此应用的领域也不同，但在选择上并没有严格的界限，主要是依靠周围环境的导电性能来决定。一般在高电阻率的土壤、淡水中选用镁合金；在低电阻率的土壤中选择锌合金；在海水中选用锌合金和铝合金。国内外已经根据牺牲阳极特有的优点，将其使用于各个领域的金属材料保护。
国外对牺牲阳极的研究开发较早，从材料到应用技术都早已经商品化，例如80年代就有美国的DOW化学公司和HARCO公司生产应用于土壤中的镁合金牺牲阳极，日本也在很早就有了镁合金牺牲阳极的工业标准。国内对于牺牲阳极研究起步较晚，但是现在对牺牲阳极的研究已经有了很大的进展，通过各种不同的方法来改变合金的制备工艺，使不同合金的牺牲阳极在性能上也有了很大的提高。
土壤中金属的牺牲阳极保护，主要集中镁阳极的研究，主要是由于镁不容易钝化，并且镁的激励电压最高。由于这些特性以及其高的电流容量，镁特别适合作为牺牲阳极使用。镁的标准电极电位为-2.37V（EH），在海水中的稳定电位为-1.45V(EH)，镁基牺牲阳极电位较负，阳极输出电流大，发送距离远，阳极极化率低，溶解均匀，保护效果可靠。现在普遍使用的镁合金牺牲阳极有三类：纯镁，Mg-Mn系合金和Mg-AI-Zn-Mn系合金，它们的共同特点是电位比较负、极化率也很低、密度小、理论电容量大，与铁的有效电位差很大，保护半径大。但不足之处是镁的自腐蚀较严重，并随介质中含盐量的增加而增加，因此，纯镁实际有效电流容量较理论电流容量小得多。镁阳极的电流效率也不高，通常只有55%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，而且表面难以形成有效的护膜，在水介质中自腐蚀反应剧烈。因此，镁阳极多用于电阻较高的土壤中和淡水中的金属设备保护。
【发明内容】
本发明的目的是针对现有牺牲阳极电流效率低下的不足进行改进，通过添加稀土元素达到提高牺牲阳极的电流效率，扩大保护半径，延长使用寿命，降低牺牲阳极的消耗的目的。
本发明所述的一种高电流效率的镁牺牲阳极，该阳极的化学成分（质量百分比）为：Al5.8～6.4，Zn3.0～3.5，Mn0.25～0.35，Y0.48～0.52，Mg余量。开路电位1.4~1.5（-V），电流效率63～66%。
一种高电流效率的镁牺牲阳极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）按照配方Al5.8～6.4，Zn3.0～3.5，Mn0.25～0.35，Y0.48～0.52，Mg余量，原材料的配比是：Mg：铝：锌：铝锰合金（AlMn10）：镁钇合金（MgY30）=27.58：1.9：1.03：0.1：0.16；（2）取纯度大于99.95%的镁锭，并将其放入坩埚，表面撒上覆盖剂，在760~780℃熔炼使其成为熔体；（3）向熔体中依次加入经过150～200℃预热烘烤的铝、铝锰合金（AlMn10）、镁钇合金（MgY30），比例为1：0.05：0.08，溶化约20～30分钟；（4）待金属全部溶化均匀后，加入锌，再控制温度在710~730℃下利用精炼剂进行精炼处理，精炼处理时间10～20分钟；（5）720~760℃静置保温20～40分钟，之后将合金液浇入模具中凝固成型。
所述的覆盖剂为RJ-2型熔剂覆盖剂。
所述的精炼剂是RJ-2型熔剂C2Cl6。
精炼处理是指：利用精炼剂与熔液的充分接触来润湿夹杂物，并将其聚合于精炼剂中，随同精炼剂沉析于坩埚底部地一种处理方法。
按照国标IDTAS精炼处理是指：利用精炼剂与熔液的充分接触来润湿夹杂物，并将其聚合于精炼剂中，随同精炼剂沉析于坩埚底部的一种处理方法。TMG97：1997的评价方法测其电流效率为63.8%，而空白对照组的电流效率仅为50%，并且比国家标准中规定的55%高8.8%个百分点；采用该牺牲阳极进行的阴极保护试验，保护效率高达97.29%。
该发明应用于埋地金属的防腐蚀时，通过添加稀土元素能最大程度的提高牺牲阳极以及埋地金属的使用效率，减少资源和能源的消耗，达到节能减排的目的。
【具体实施方式】
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述：首先设计高电流效率的镁牺牲阳极的配方：化学成分（质量百分比）为：Al5.8～6.4，Zn3.0～3.5，Mn0.29～0.33，Y0.48～0.52，Mg余量。按照配方计算出原材料的配比是：Mg：铝：锌：铝锰合金（AlMn10）：镁钇合金（MgY30）=27.58：1.9：1.03：0.1：0.16。
其次制备镁牺牲阳极：按照上述配方称取取符合纯度大于99.95%的镁锭，并将其放入坩埚，在表面撒上覆盖剂，在760-780℃熔炼使其成为熔体；再依次加入已经在150～200℃下预热烘烤的铝、铝锰合金（AlMn10）、镁钇合金（MgY30），比例为1：0.05：0.08，溶化约20～30分钟；金属全部溶化均匀后，加入锌，再控制温度710~730℃下用精炼剂进行精炼处理，精炼处理时间10～20分钟；再在720～760℃下静置保温20～40分钟，之后将合金液浇入模具中凝固成型后制得。