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2、領(lǐng)域也越來(lái)越廣。其中AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極以電流效率高,發(fā)生電量大,工作電位穩(wěn)定,表面溶解均勻等優(yōu)異的性能得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極研究領(lǐng)域的進(jìn)展。重點(diǎn)介紹了不同合金元素對(duì)AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極的性能影響,及AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極在不同介質(zhì)環(huán)境中的電化學(xué)性能的研究及應(yīng)用進(jìn)展。并探討了在研究過(guò)程中存在的問(wèn)題,展望了以后的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:AZ63鎂合金;犧牲陽(yáng)極;電化學(xué)性能;綜述中圖分類號(hào):TG174.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-9242(2007)03-0101-04ProcessontheInvestigationofAZ63Mg-base
3、dAlloySacrificialanodeSUPeng,DUCui-wei,LIXiao-gang,CHENXu(UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China)Abstract:Inrecentyears,Mgalloysacrificialanodemakesfastprogress.Anditsapplicationfieldwaslargerandlarger.AZ63Mg-basedalloysacrificialanodewithexcellentpropertyhadalsobeenusedmoreandm
4、orewidely.AZ63hasthecharacteristicsofhighelectricityefficiency,bigquantityofelectricitygeneration/doc/4caa1c6f25c52cc58bd6bedb.html,andstableworkingpotentia.lTheprogressonthestudyofAZ63Mg-basedalloysacrificialanodewasoverviewed.Theinfluencesofalloyingelementsontheperformance
5、softheAZ63anode,andtheresearchandapplicationprogressoftheelectrochemicalperformanceofAZ63anodeinvariousmediumswereintroducedwithemphasis.Theex-istingproblemsinthecurrentresearchwerediscussed.TheprospectofthedevelopmenttrendsofAZ63waspresented.Keywords:AZ63Mg-alloy;sacrificialanode;electrochemicalper
6、formance;overview鎂合金犧牲陽(yáng)極的共同特點(diǎn)是密度小、理論電容量大、電位負(fù)、極化率低,對(duì)鋼鐵的驅(qū)動(dòng)電壓很大(0.6V),適用于高電阻率的環(huán)境介質(zhì)中,如高電阻率的土壤和淡水中。但不足之處是它們的電流效率只有50%左右,所以人們?cè)阪V中加入適量Al、Zn和Mn等元素組成合金,可使鎂陽(yáng)極的電化學(xué)性能得到改善1。而且鎂陽(yáng)極與鋼撞擊會(huì)產(chǎn)生火花,鎂陽(yáng)極溶解時(shí)會(huì)析出氫氣,存在著爆炸危險(xiǎn)。MAZ系列鎂合金的基本組成元素為Al和Zn。根據(jù)Al和Zn的含量不同,確定了該系列合金的多種成分。常見的鎂合金犧牲陽(yáng)極牌號(hào)為AZ31、AZ41、AZ63等。AZ63犧牲陽(yáng)極作為鎂基合金犧收稿日期:2007-04-
7、26基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金十五重大項(xiàng)目(50499333);國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目(2005DKA10400)作者簡(jiǎn)介:蘇鵬(1983-),男,河南洛陽(yáng)人,碩士研究生,研究方向?yàn)殒V合金犧牲陽(yáng)極在土/doc/4caa1c6f25c52cc58bd6bedb.html壤中的腐蝕性。#102#大于50%)2裝備環(huán)境工程 2007年06月牲陽(yáng)極的代表,表面溶解均勻,電流效率高(一般,因此在眾多復(fù)雜的介質(zhì)環(huán)境中應(yīng)用越來(lái)越廣泛(特別是在土壤及淡水中的應(yīng)用)。大量科研工作人員研究了其在不同介質(zhì)條件下的電化學(xué)性能,為其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
8、目前,鎂陽(yáng)極的化學(xué)成分及性能都已有了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3(見表1、表2)。表1 鎂陽(yáng)極的化學(xué)成分Table1 ChemicalcompositionoftheMganode化學(xué)成分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%牌號(hào)AlMGAZ1MGAZ2MGMMG3.5合金元素Zn1.30.03MnMg余量余量余量99.9Fe0.0050.0050.0050.005雜質(zhì)元素(不大于)Cu0.010.010.020.004Ni0.0010.0010.0010.001Si0.050.050.050.01表2 鎂陽(yáng)極的電化學(xué)性能Table2 Electrochemi
9、calperformanceoftheMganode開路電位/V,(不小于)牌號(hào)MGAZ1MGAZ2MGMMG3%NaCl溶液(3mA/cm2)-1.55-1.60-1.60-1.65土壤(填充料)(0.03mA/cm2)-1.55-1.55-1.55-1.60電流效率/%,(不小于)3%NaCl溶液(3mA/cm2)://doc/4caa1c6f25c52cc58bd6bedb.html55605555土壤(填充料)(0.03mA/cm2)50555545發(fā)生電量/(A#h#g-1),(不小于)3%NaCl溶液土壤(填充料)(3mA/cm2)1.201.
10、301.201.10(0.03mA/cm2)01.00注:1.所有電位相對(duì)于飽和甘汞電極;2.土壤介質(zhì)用填包料配方為:硫酸鈣75%、硫酸鈉5%、膨潤(rùn)土20%。6分?jǐn)?shù)和相應(yīng)的Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都要更低一點(diǎn)。如1 合金元素對(duì)AZ63陽(yáng)極性能的影響向鎂中單獨(dú)添加鋁時(shí),可形成大量的Mg-Al二元合金,這些金屬間化合物的存在,都會(huì)增大鎂的自腐蝕速度,加速固溶體的破壞。但當(dāng)將鋁、鋅與錳同時(shí)添加到工業(yè)鎂中時(shí),則會(huì)提高鎂的耐蝕性能,這是因?yàn)楣I(yè)鎂中的錳能與鋁、鋅形成Al3Mn、Al4Mn、Al6Mn、Zn4Mn、Zn5Mn2等金屬間化合物,這些金屬間化合物的陰極作用相對(duì)較弱要求54果要求電流
11、效率超過(guò)或達(dá)到50%以上,Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高不得超過(guò)0.002%5。為了獲得良好的電化學(xué)性能,合金的雜質(zhì)含量應(yīng)嚴(yán)格控制。在相近的合金成分條件下,雜質(zhì)少的合金的電流效率明顯高于含雜質(zhì)多的合金最近,錢寶光等人87。嘗試把Ca加入到AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極中,并檢測(cè)了其電化學(xué)性能。結(jié)果表明:隨著Ca的加入,起初AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極的晶粒變細(xì),后來(lái)開始變得粗大。當(dāng)Ca的加入量為0.15%時(shí),呈現(xiàn)出很好的電化學(xué)性質(zhì),其電流效率達(dá)到55.65%,而且腐蝕速度也降低了許多。崔紅衛(wèi)等人9。鋁、鋅、錳的同時(shí)存在可進(jìn)一步降低對(duì)工業(yè)鎂中的雜質(zhì)元素含量的://doc/4caa1c
12、6f25c52cc58bd6bedb.htmlpar。Mn在合金中是一種極好的凈化元素,除了能抵消雜質(zhì)Fe的有害作用外,還可部分抵消Ni的有害作用,特別在含鹽的環(huán)境中效果更明顯。當(dāng)Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近0.2%時(shí),對(duì)Fe的允許限量可達(dá)0.研究了Ca和Ba對(duì)鎂合金AZ63的燃點(diǎn)與熔體黏度的影響,發(fā)現(xiàn):隨著Ca或Ba量的增加,鎂合金的燃點(diǎn)逐漸增大,隨著溫度的降低,鎂合金熔體的動(dòng)力黏度逐步增加,并且在963K處加Ba的AZ63存在著某種關(guān)系,即黏滯性增大,鎂合金燃點(diǎn)則提高。因此,可以通過(guò)測(cè)定不同的合金元素與鎂合金的黏滯性的關(guān)系來(lái)判斷該元素的阻燃作用,這是一條尋找有效阻燃合金元素的新思路。金在海水中的接觸
13、腐蝕行為,發(fā)現(xiàn):與A3鋼偶接后的4h內(nèi),偶對(duì)陽(yáng)極電偶電流密度隨偶接時(shí)間延長(zhǎng)均明顯減小;4h后,3種電偶對(duì)陽(yáng)極電偶電流密度隨時(shí)間延長(zhǎng)則有不同的變化趨勢(shì)。偶對(duì)陽(yáng)極電偶電流密度與陰陽(yáng)極面積比成正比關(guān)系,兩者關(guān)系曲線的斜率與不同陽(yáng)極合金的溶解活性有關(guān)。在溶液溫度高于20e的實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi),偶對(duì)陽(yáng)極電偶電流密度隨溫度升高明顯增大。陰極材料不同對(duì)偶對(duì)陽(yáng)極電偶電流密度有較大影響,其值按A3鋼SS鋼Cu的順序減小。偶對(duì)陽(yáng)極電偶電流密度大小與陰陽(yáng)極偶接前起始電勢(shì)差大小無(wú)相關(guān)性。電偶對(duì)中陰陽(yáng)極材料不同,對(duì)電偶電勢(shì)的影響程度不同。2 介質(zhì)環(huán)境中AZ63陽(yáng)極的研究進(jìn)展現(xiàn)今檢驗(yàn)手段主要有兩種:常規(guī)的在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下的模擬溶
14、液或?qū)嶋H土壤中進(jìn)行;美國(guó)ASTM關(guān)于實(shí)驗(yàn)室評(píng)定土壤中使用的鎂合金犧牲陽(yáng)極的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法10。2.1 在模擬溶液中的研究進(jìn)展范燕青等人112.2 在土壤介質(zhì)中的研究進(jìn)展鎂合金在土壤中比較耐蝕,可以認(rèn)為土壤中的鈣與鎂鹽能在一定程度上抑制鎂合金的腐蝕。這點(diǎn)可從腐蝕過(guò)的鎂表面上許多含鈣的沉積物得到證明。在土壤中,碳酸氫根能促使鎂陽(yáng)極鈍化,而氯離子則促進(jìn)它的點(diǎn)蝕。相對(duì)而言,鎂合金在黏土或無(wú)鹽的沙土中耐蝕性最好,但在含鹽的沙土中則最差。://doc/4caa1c6f25c52cc58bd6bedb.htmlr鎂合金在土壤環(huán)境中的研究主要集中于填包料環(huán)境中。作為陽(yáng)極的化
15、學(xué)填包料由多種成分組成,有的配方中可溶性鹽含量較高,最初效果好,以后鹽分隨水流失,陽(yáng)極地床接地電阻逐漸增大。石膏粉是改善鋅、鎂陽(yáng)極性能,活化陽(yáng)極,使它溶解均勻的重要成分,要保證量足夠。多年實(shí)踐證明:鎂、鋅陽(yáng)極最佳填包料配方以下列質(zhì)量比為宜,即生石膏B膨潤(rùn)土B硫酸鈉=75B20B5齊公臺(tái)等人1716通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,利用恒電流法得到了AZ63B鎂犧牲陽(yáng)極的開路電位在4h和14d時(shí)分別為-1.553V和-1.5292V;電流效率為61.8%。曾愛(ài)平等人12采用恒電流陽(yáng)極放電和腐蝕形2貌金相觀察,考察了在淡水溫度2080e、電流密度0.0151.20mA/cm的范圍內(nèi),不同工作溫度和電流密度下AZ63鎂
16、基合金犧牲陽(yáng)極的電化學(xué)行為。結(jié)果表明:在淡水中,工作溫度上升對(duì)AZ63鎂陽(yáng)極的電流效率和腐蝕形貌影響不大,工作電位略有負(fù)移;隨陽(yáng)極極化電流密度的增大,AZ63鎂陽(yáng)極的電流效率變化不大,工作電位正移明顯,腐蝕形貌變得更加凹凸不平,但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鎂陽(yáng)極出現(xiàn)晶間腐蝕。曾愛(ài)平等人13也進(jìn)行了AZ63鎂合金在水中的析氫行為的研究。發(fā)現(xiàn)在淡水中鎂陽(yáng)極處于活性溶解狀態(tài),淡水中鎂陽(yáng)極上的析氫速度與電流密度呈線性關(guān)系,與0.5mol/LNaCl Mg(OH)2(pH=10.2)溶液中的情況類似,但負(fù)差效應(yīng)常數(shù)小于純鎂在0.5mol/LNaCl Mg(OH)2(pH=10.2)溶液中的數(shù)值,析氫不是鎂陽(yáng)極電流效率不高
17、的唯一原因,陽(yáng)極溶解過(guò)程中發(fā)生顆粒脫落是其中的又一原因。Yamauchi等人14。采用恒電流方法測(cè)定了不同犧牲陽(yáng)極材料在寶浪油田土壤中的電化學(xué)性能。結(jié)果表明:Mg陽(yáng)極電位較負(fù),但電流效率偏低。測(cè)得的寶1井土壤電阻率為31098#c/doc/4caa1c6f25c52cc58bd6bedb.htmlm,馬2井土壤電阻率為19568#cm,均高于1k8#cm。因此,在這兩個(gè)區(qū)域?qū)嵤╆帢O保護(hù),如果金屬構(gòu)件埋地不深時(shí),土壤層較干燥,最好選用鎂合金陽(yáng)極材料。試驗(yàn)中控制土壤含水量為30%時(shí),鎂合金和鋅合金,均可用作寶北區(qū)土壤中的犧牲陽(yáng)極材料,且以選擇鋅合金
18、為宜,因?yàn)殒V合金電流效率較低。勇艷華18研究了AZ63鎂合金陽(yáng)極在飲用水中的溶解行為,發(fā)現(xiàn)這種合金陽(yáng)極的晶粒是由Mg固溶少量的Al組成,晶界是由A-lMg混合相和A-lZn-Mg混合相組成。當(dāng)Mg開始自溶的時(shí)候,Mg比Al和Zn優(yōu)先開始溶解,形成局部電池。晶界或者雜質(zhì)作為局部電池的陰極,Mg固溶體作為陽(yáng)極。陽(yáng)極溶解是不均勻的。15模擬了青藏高原凍土環(huán)境,測(cè)定了鎂合金陽(yáng)極在-4e和4e青藏高原土壤中的腐蝕電位,并通過(guò)極化曲線測(cè)試,交流阻抗、恒電位和電流44中的AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極呈活性溶解狀態(tài)且溶解活性和反應(yīng)活性都為最優(yōu)。4e和-4e時(shí)鎂合金在土壤中溶解反應(yīng)均為吸熱反應(yīng),隨著溫度的升高,反應(yīng)平
19、衡常數(shù)變大,電極反應(yīng)速率加快,故鎂合金陽(yáng)極在4e青藏高原土壤中的反應(yīng)活性、電流效率以及-850mV(CSE)恒電位時(shí)的電流密度均高于-4e時(shí)。鎂合金在青藏高原土壤中4e比-4e腐蝕嚴(yán)重,腐蝕產(chǎn)物主要為Mg(OH)2。包料的環(huán)境下,但是在真實(shí)填包料環(huán)境中的腐蝕行為的研究,國(guó)內(nèi)基本處于空白。研究在不同填包環(huán)境下的腐蝕,對(duì)選擇合適的犧牲陽(yáng)極有著積極的意義。參考文獻(xiàn):1 馬麗杰,郭忠誠(chéng),宋日海,等.鎂合金犧牲陽(yáng)極及其在防腐蝕工程中的應(yīng)用J.四川化工與腐蝕控制,2003,6(3):38-42.2 宋日海,郭忠誠(chéng),樊愛(ài)民,等.犧牲陽(yáng)極材料的研究現(xiàn)狀J.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2004,16(1):24-28.
20、3 GB/T17731-1999,鎂合金犧牲陽(yáng)極S.4 齊公臺(tái),郭稚弧,林漢同,等.腐蝕保護(hù)常用的幾種://doc/4caa1c6f25c52cc58bd6bedb.htmlpar犧牲陽(yáng)極材料J.材料開發(fā)與應(yīng)用,2001,16(1):36-40.5 火時(shí)中.電化學(xué)保護(hù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1988.6 龍晉明,郭忠誠(chéng),樊愛(ài)民,等.犧牲材料及其在金屬防腐工程中的應(yīng)用J.云南冶金,2002,31(3):142-148.7 李異,李建三,郝小軍.鎂合金犧牲陽(yáng)極研究J.化工腐蝕與防護(hù),1997,(4):13-16.8QIAOBao-guang,GENGHao-
21、ran,TAOZhen-dong,eta.lEffectsofCaAdditiononMicrostructureandPropertiesofAZ63MagnesiumAlloyJ.Nonfer-rousMet,14(5):987-991.9 崔紅衛(wèi),劉俊成,耿浩然.Ca和Ba對(duì)鎂合金AZ63的燃點(diǎn)與熔體粘度的影響J.鑄造技術(shù),(11):1049-1053.10 ASTMG97-89,StandardTestMethodforLaboratoryEvaluationofMagnesiumSacrificialAnodeTestspec-imensforUndergroundApplicati
22、onsS.11 范燕青,王建朝,趙斌.AZ63B鎂犧牲陽(yáng)極的電化學(xué)性能研究J.青海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,12(1):56-58.12 曾愛(ài)平,張承典,徐乃欣.溫度和電流密度對(duì)AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極在淡水中電化學(xué)行為的影響J.腐蝕與防護(hù),1999,20(7):314-317.13 曾愛(ài)平,張承典,徐乃欣.淡水中鎂基犧牲陽(yáng)極上的析氫行為J.中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào),1999,19(2):85-89.14 YAMAUCHIKasum,iNAKADEKazuhi/doc/4caa1c6f25c52cc58bd6bedb.htmlko,ASAK
23、URASyukuj.iAStudyonDissolutionBehaviorofTypeAZ63MgAlloyAnodeforCathodicProtectioninFreshWaterJ.ZairyotoKankyo/CorrosionEngineering,2002,51(7),320-325.2005,263 AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極的應(yīng)用1)AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極性能優(yōu)良,電流效率高,發(fā)生電量大,工作電位穩(wěn)定,表面溶解均勻,是一種用于保護(hù)地下金屬構(gòu)筑物的理想材料。2)鎂合金犧牲陽(yáng)極在水環(huán)境中較少應(yīng)用,原因是在水環(huán)境中活性較高。但是在電阻率較高的淡水中也得到了應(yīng)用。據(jù)文獻(xiàn)19報(bào)道,AZ63
24、鎂合金犧牲陽(yáng)極在長(zhǎng)江水質(zhì)中的電化學(xué)性能,保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行一年后,各測(cè)點(diǎn)的保護(hù)電位測(cè)量結(jié)果都已經(jīng)完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,保護(hù)效果良好。鎂合金陽(yáng)極處于良好的工作狀態(tài),完全可以用于長(zhǎng)江水介質(zhì)中常年處于水下的難以維修、難以更換金屬結(jié)構(gòu)物的防腐蝕保護(hù)。3)擠壓AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極也廣泛用于對(duì)貯水式家用電熱水器的陰極保護(hù)20-21,保護(hù)其熱水器內(nèi)膽。經(jīng)過(guò)50e試驗(yàn)7天。發(fā)現(xiàn)加陰極保護(hù)的涂搪瓷試片不出現(xiàn)銹斑,而不加陰極保護(hù),24h就出現(xiàn)明顯的銹斑22。4 結(jié)語(yǔ)1)AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極由于電流效率不高等瓶頸,受到了嚴(yán)重限制。雖然在高電阻土壤等領(lǐng)域也大量應(yīng)用,但是其優(yōu)勢(shì)不能充分的表現(xiàn)出來(lái)。要進(jìn)一步加大冶金工作的力度
25、,找出更好的冶金元素來(lái)提高其電流效率等綜合電化學(xué)性能。2)目前AZ63鎂合金犧牲陽(yáng)極的合金成分基本確定,但是在不同環(huán)境中腐蝕數(shù)據(jù)的積累和研究,特別是在土壤環(huán)境中的研究少之又少。進(jìn)一步研究新一代復(fù)合陽(yáng)極,做大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累工作顯得尤為重要。numAlloysExfoliationCorrosionJ.NDT&EInterna-tiona,l20/doc/4caa1c6f25c52cc58bd6bedb.html02,35(6):385-392.7 GARCIALACJ,JOIACJBM,CARDOSOEM.Elec-trochemicalMet
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