水淬對鎂合金高電位犧牲陽極性能的影響

王前進(jìn)

（山東銀光鈺源輕金屬精密成型有限公司，山東 臨沂 273400）

鎂合金犧牲陽極具有較高的開路電位且單位質(zhì)量的陽極輸出的電流較大，因此被廣泛的應(yīng)用于陸地石油、天然氣設(shè)施、深海和中海洋平臺等電阻率較高的環(huán)境中來保護(hù)其鋼結(jié)構(gòu)[1]。其中鎂合金犧牲陽極按照開路電位高低可分為高電位犧牲陽極和低點(diǎn)位犧牲陽極。由于高電位犧牲陽極具有較高的開路電位，因此其已成為鎂合金犧牲陽極中的主導(dǎo)產(chǎn)品[2-3]。

目前廣泛使用的高電位鎂陽極是DOW Chemical公司研制的Mg-Mn合金，其開路電位為-1.8V(CU/CUSO2)，電流效率在50%左右。目前實(shí)際生產(chǎn)中所生產(chǎn)的Mg-Mn高電位犧牲陽極的電流效率不能保證均在50%以上，因此許多科研工作者通過添加合金元素和熱處理的方式來提高高電位犧牲陽極的電流效率。國內(nèi)陽極生產(chǎn)廠家多數(shù)采用水冷模具澆鑄，通過快速冷卻達(dá)到晶粒細(xì)化，延緩陽極腐蝕脫落，從而達(dá)到電流效率的提高，也有個(gè)別廠家使用水淬處理，但對水溫和時(shí)間上的要求沒有明確指導(dǎo)參數(shù)。因此本文主要介紹了水淬處理對高電位犧牲陽極性能的影響。

1 試驗(yàn)方法

表1 取樣方式

（1）試樣的制備。本實(shí)驗(yàn)選用普通純鎂為原材料，在電阻坩堝爐中熔煉。坩堝預(yù)熱后加入純鎂，并覆蓋適量的1號溶劑，待鎂錠完全熔化后，升溫至710℃～720℃，扒去液面浮渣，用扁鏟均勻撒入MnCl2，進(jìn)行精煉。精煉過程中撒入1號溶劑，精煉結(jié)束后合金液面應(yīng)呈現(xiàn)銀白色，之后進(jìn)行扒渣并撒入適量的1號溶劑。澆鑄光譜試樣，成分合格后靜置降溫至680℃后再升溫至700℃進(jìn)行保溫，澆鑄到水冷金屬型中，待合金液在金屬型中剛成形后取出進(jìn)行不同的7鐘熱處理，熱處理方式如表1中所示。

（2）電化學(xué)性能檢測。鎂合金犧牲陽極的電化學(xué)性能的檢測，參照GBT 24488-2009進(jìn)行。從鎂合金犧牲陽極棒上采用機(jī)械加工方法截取圓柱形試樣（Φ12.7mm×152mm），實(shí)驗(yàn)前稱取陽極棒的重量。用圓形鋼制坩堝作為陽極，飽和甘汞電極作為參比電極，飽和CaSO4·Mg(OH)2溶液作為電解液。在實(shí)驗(yàn)過程中，通以1.6mA的直流電，連續(xù)進(jìn)行336h。在測試過程中要多次測量試樣的電位。待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，清洗干凈每個(gè)試樣，之后進(jìn)行干燥、稱量，計(jì)算鎂合金犧牲陽極的電流效率。

2 結(jié)果與分析

2.1 電化學(xué)檢測結(jié)果

圖1 不同處理?xiàng)l件得到的試樣的電流效率

如圖1所示為實(shí)驗(yàn)所得到的試樣的電流效率。從圖中可以看出1#未經(jīng)過任何處理試樣的電流效率最低如表2中所示為48.95%。在30℃的水中水淬2min中的試樣的電流效率有所升高，隨著水淬時(shí)間的延長，當(dāng)水淬時(shí)間達(dá)到4min中時(shí)，犧牲陽極的電流效率進(jìn)一步提高到52.40%。但隨著水淬溫度升高到50℃時(shí)，犧牲陽極的電流效率相對3#試樣的電流效率有所降低，但在50℃水中水淬4min時(shí)電流效率要比水淬2min4#試樣和沒有水淬處理1#試樣的電流效率高。當(dāng)水溫繼續(xù)升高到70℃時(shí)，水淬對提高犧牲陽極的電流效率的作用明顯減弱。但從圖中還是可以看出在70℃水中，試樣水淬4min后的電流效率要比水淬2min的高。

圖2 金相試樣

表2 電性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 金相實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如圖2所示為對水淬的犧牲陽極試樣做的金相觀察。由于晶粒尺寸較大，用刻度尺進(jìn)行測量。從圖中可以看出，1#試樣的晶粒尺寸較大，經(jīng)過水淬處理后的試樣晶粒尺寸有所減小。3#試樣的晶粒尺寸相對較小且晶粒大小比較均勻，因此3#應(yīng)具有更好的耐腐蝕性能，這與電性能實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相對應(yīng)。在50℃水中水淬4min的5#試樣的晶粒尺寸比4#試樣更加均勻。但隨著水溫的升高，到達(dá)70℃時(shí)水淬得到的試樣的晶粒尺寸比2-5#試樣的晶粒尺寸大，但比1#試樣的晶粒尺寸小。金相得到的結(jié)果與電性能的結(jié)果一致，即隨著水淬溫度的降低，得到的試樣的晶粒尺寸減小，試樣的耐腐蝕性能增強(qiáng)，從而使得試樣的電流效率增大。

3 結(jié)論

（1）在30℃水中水淬4min中后的試樣的電流效率最高，隨著水淬溫度的降低和水淬時(shí)間的延長，犧牲陽極的電流效率逐漸升高。

（2）隨著犧牲陽極水淬溫度的降低和水淬時(shí)間的延長，犧牲陽極內(nèi)部晶粒逐漸減小，從而是犧牲陽極的耐腐蝕性能增強(qiáng)，電流效率升高。