一种AZ31M合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种AZ31M合金，其特征是，该合金成分各元素按质量百分比表达式是Mg

【技术实现步骤摘要】
一种AZ31M合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及合金材料领域，具体涉及一种AZ31M合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在电力系统中，为保证发变电站安全运行，需要将接地装置埋置在土壤中，但接地装置面临着严重的自然腐蚀，且随着近年来我国电力容量的增大，交直流接地装置强制腐蚀愈发严重，国内屡屡发生因接地网腐蚀而导致的重大电力安全事故。防止金属腐蚀的方法有很多，主要为改善金属本身耐蚀性、涂层法、腐蚀介质处理法以及阴极保护法。阴极保护是通过外加电流或牺牲阳极来达到金属防腐作用，其中牺牲阳极法因具有对临近构筑物干扰小，无需外加电源，保护电流分布均匀，施工简便等优点，被应用在土壤、淡水及海洋环境金属构筑物的防护中，且发挥着越来越重要的作用。因此，市场上对牺牲阳极材料的需求也在稳定增长中。
[0003]常用的镁基牺牲阳极合金系是AZ(Mg
‑
Al
‑
Zn)系列、AK(Mg
‑
Zn
‑
Zr)系列，相比于AK系列，AZ系列镁合金具有有效电容量大、电极电位较负等优点，适用于淡水以及高电阻率土壤中的阴极保护。然而就AZ系列镁阳极而言，合金中某些元素(如低析氧过电位的元素)会促进镁在腐蚀介质中的自溶解，而且在熔炼过程中存在的Fe、Ni、Cu等杂质元素会作为阴极相，加速微电偶腐蚀的形成，从而降低电流效率。由于以上原因，现有的镁基牺牲阳极不能很好对金属材料起到防腐蚀的作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，在镁中添加一定量的合金元素来减弱杂质元素的不良影响，从热力学方面探讨组织结构、腐蚀电位、电流效率、晶粒细化等对Mg
‑
Al基牺牲阳极性能的影响，从而达到成分设计、显微结构、性能和制备工艺之间搭桥，从而达到从材料微观结构到宏观性能的预测和设计，研制出高效低能耗的AZ31M合金，给出了AZ31M合金的制备方法，提出了AZ31M合金具体应用。
[0005]实现本专利技术采用的具体技术方案之一是：一种AZ31M合金，其特征是，该合金成分各元素按质量百分比表达式是Mg
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3Al
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1Zn
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xM，其中x为0、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3wt％，Mg为94.7％—95.7％、Al为3％、Zn为1％、M为0.3％—1.3％。
[0006]优选地，该合金成分各元素质量百分比如下，Mg：94.9％，Al：3％，Zn：1％，M：1.1％。
[0007]实现本专利技术采用的具体技术方案之二是：一种AZ31M合金制备方法采用RLL
‑
1100轻合金熔炼炉制备，具体包括以下步骤：
[0008]1)采用CALPHAD方法，根据TCS Mg
‑
based ally Datebase 3.0数据库，利用Thermo
‑
calc软件，进行Mg
‑
Al二元、AZ三元、AZ31+xM四元合金垂直截面图进行计算，初步拟定成分并进行各相的相对含量与分布的计算，确定拟定成分的合金在凝固过程中各相的转变及成分，最终确定室温下合金中各相分布情况，合金成分的原子百分比表达式为AZ31M，
再将确定后原料的原子百分比换算成质量比，分别称取各个原料，包括纯镁：99.99％、纯铝：99.99％、纯锌：99.99％以及Mg
‑
25M中间合金；
[0009]2)将切割的镁块表面进行打磨，去除其表面的氧化膜，将熔炼用的坩埚清洗干净后，在坩埚内放入镁合金、覆盖剂，覆盖剂为MgCl2：KCl＝1：1，再将坩埚放入烘箱内，在80℃的温度下干燥30min；熔炼前5min，将通气阀门打开注入二氧化碳保护气体；熔炼前1min，将循环冷却水阀打开；
[0010]3)开启轻合金熔炼炉，炉盖上升，炉体左行，将干燥后的坩埚平稳放入炉内，将镁锭放入坩埚中间位置，将覆盖剂均匀覆盖镁锭周围，炉体右行，炉盖下降；
[0011]4)采用10℃/min的升温速度快速升温，加热至720℃，待镁合金熔化后，开打炉体，用加药勺加入干燥后的合金化元素，还原炉体；
[0012]5)启动搅拌装置，使元素Al、Zn均匀地分散合金液中，搅拌时间为3min，继续升温至750℃，保温30min；
[0013]6)关闭电源，炉体自然冷却，完成熔炼。
[0014]实现本专利技术采用的具体技术方案之三是：一种AZ31M合金，其特征是，所述AZ31M合金的镁阳极对碳钢的阴极保护上的应用。
[0015]本专利技术一种AZ31M合金及其制备方法和应用的有益效果体现在：
[0016]1、一种AZ31M合金成分含量不同，直接影响合金的微观相组织结构，进而影响合金的电化学性能，Al主要是以金属间化合物的形式在镁合金中存在，可与密排六方(hcp)基体形成微电偶，促进腐蚀的发生，固溶时析出可强化镁合金，晶界处金属间化合物阻碍hcp基体腐蚀；Zn具有较高的活性、较负的电位可以改善镁阳极综合性能；M主要是以正交晶系固溶体形式存在，少量正交固溶体会作为阴极相加速腐蚀，也可与金属间化合物协同阻碍腐蚀；
[0017]2、一种AZ31M合金的制备方法，采用的是RLL
‑
1100轻合金熔炼炉，操作方便，工艺简单；
[0018]3、一种AZ31M合金的镁合金阳极对碳钢的阴极保护上的应用后，AZ31M合金的镁合金阳极在运行60天后的失重比率仅为0.57％，而且该阳极对Q235不锈钢试片在进行阴极保护中钢片的失重速率为仅为0.0033g/(m2·
h)，保护效果明显，所有镁阳极中，AZ31M的保护效果更好且具有更佳的电流效率。
附图说明
[0019]图1是AZ31+xM(a
‑
g分别为x＝0,0.3,0.5,0.7,0.9,1.1,1.3wt.％)XRD图谱；
[0020]图2是AZ31+xM(a
‑
g分别为x＝0,0.3,0.5,0.7,0.9,1.1,1.3wt.％)组织形貌图；
[0021]图3是AZ31+xM(x＝0,0.3,0.5,0.7,0.9,1.1,1.3wt.％)在0.62mol/LNaCl溶液中的自腐蚀放电速率曲线；
[0022]图4是AZ31+xM(x＝0,0.3,0.5,0.7,0.9,1.1,1.3wt.％)在0.62mol/LNa2SO4溶液中的自腐蚀放电速率曲线；
[0023]图5是AZ31+xM(x＝0,0.3,0.5,0.7,0.9,1.1,1.3wt.％)在0.62mol/LNaCl溶液中的极化曲线；
[0024]图6是AZ31+xM(x＝0,0.3,0.5,0.7,0.9,1.1,1.3wt.％)在0.62mol/LNa2SO4溶液
中的极化曲线；
[0025]图7是为隔断式土壤箱示意图；
[0026]图8是袋装牺牲阳极安装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AZ31M合金，其特征是，该合金成分各元素按质量百分比表达式是Mg
‑
3Al
‑
1Zn
‑
xM，其中x为0、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3wt％，Mg为94.7％—95.7％、Al为3％、Zn为1％、M为0.3％—1.3％。2.根据权利要求1所述的一种AZ31M合金，其特征是，该合金成分各元素质量百分比如下，Mg：94.9％，Al：3％，Zn：1％，M：1.1％。3.根据权利要求1或2所述的一种AZ31M合金，其特征是，其制备方法采用RLL
‑
1100轻合金熔炼炉制备，具体包括以下步骤：1)采用CALPHAD方法，根据TCS Mg
‑
based ally Datebase 3.0数据库，利用Thermo
‑
calc软件，进行Mg
‑
Al二元、AZ三元、AZ31+xM四元合金垂直截面图进行计算，初步拟定成分并进行各相的相对含量与分布的计算，确定拟定成分的合金在凝固过程中各相的转变及成分，最终确定室温下合金中各相分布情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：王嵬，刘倩，马月，魏大卫，刘艇安，纪翰林，吴春华，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：