高电位镁合金牺牲阳极熔铸技术研究项目实施方案

一．    主要研究内容

二．    项目市场分析

三．    项目目标

基于现有镁合金牺牲阳极的基础上，通过调整合金成分、控制生产工艺等措施开发新型高电位镁合金牺牲阳极

四．项目实施方案

4.1 设备方案

购进国内先进的镁合金熔铸系统、挤压成型系统及阳极加工组装系统。具体设备列表如下：

表4-1 项目所需设备一览标

项次    设      备  用      途

    系    统    设备名称    数量   

1   镁合金熔铸系统  镁合金熔炼炉    3   合金制备

        镁合金保温炉    1   合金静置

        镁合金铸棒机    1   合金棒材制备

2   镁合金挤压系统  镁合金挤压机    2   牺牲阳极挤压

        车      床  2   阳极棒加工

        锯      床  1   合金棒材锯切

3   质量检测系统    火花光谱直读仪  1   合金成分分析

        电位测试仪  1   阳极电位测试

        电阻测试仪  1   阳极电阻测试

        光学显微镜  1   合金显微组织观察

4   环保系统    废弃处理系统    1   熔炼过程中废气处理

4.2 材料开发制备方案

4.2.1 合金成分

该项目研发合金方案参考表4-2，在此合金方案上搞清楚各个成分对合金电位、容量及电流效率等性能的影响规律，并调整各个成分使其达到最佳。同时开发牌号为SGYJ-1,自有知识产权的一种牺牲阳极合金。

表4-2 镁合金牺牲阳极成分表

牌号    成分/%

    合金元素    杂质元素≤

    Al  Zn  Mn  Mg  Fe  Ni  Cu  Si  Ca  其它

                                        单个    总计

AZ31B   2.5-3.5 0.6-1.4 0.20-1.0    余量    0.003   0.001   0.01    0.08    0.04    0.05    0.30

AZ63B   5.3-6.7 2.5-3.5 0.15-0.60   余量    0.003   0.001   0.01    0.08    -   -   0.30

M1C ≤0.01  -   0.50-1.30   余量    0.01    0.001   0.01    0.08    -   0.05    0.30

SGYJ-1  ≤0.01  0.0-0.4 0.0-0.50    余量    0.002   0.001   0.005   0.02    -   0.005   0.20

4.2.2 镁合金生产的配料

镁合金生产时配料的准确性将影响到所制合金的成分，合金的成分又会影响到合金的最终性能，所以合金生产中的配料环节是关系到最后合金质量的大事。以下以采用2.5Ton的坩埚每次出料2.0Ton为例列举各种合金的配料情况。

                        表4-3 不同合金配料表           (每炉按出料2.0Ton计算)

项 次   原材料  各种合金原料用量(Kg)

        AZ31B   AZ63B   M1C

1   Mg  1934.1  1818.8  1999.0

2   Al  57.1    121.2   2.0

3   Zn  15.0    60.0    -

4   MnClB2B 23.0    34.0    72.0

5   Al-Be(1%Be) 3.0 -   -

6   熔解熔剂    50.0    50.0    50.0

7   精炼熔剂    60.0    60.0    60.0

4.2.3. 镁合金的制备的工艺流程

图4-1为采用合金熔解系统制备镁合金牺牲阳极时合金温度与时间曲线，不同合金及熔解系统的工作曲线不尽相同，但基本趋势及工序大同小异。

制备时将精炼好的纯镁液转入合金坩埚中或直接加入纯镁锭，并加热升温到740℃，此过程中要不断撒入熔解助熔剂防止熔汤着火。当熔体温度到达720℃时，依次加入铝、锌、铝铍合金等金属元素。待熔体温度到达740℃后，将预热好的搅拌装置缓缓安置入熔体中开始精炼搅拌，同时撒入MnClB2B颗粒及精炼熔剂。精炼一般持续30分钟的时间，确保熔体中的杂质全部与熔剂络合。精炼后取出搅拌器并关掉加热装置开始降温到660℃，待熔体中的杂质含量沉降到一定指标后需检测合金的成分，合格后将熔体转入保温炉中。

图4-1 AZ91D生产工艺曲线图

保温炉中合格的镁液静置完毕后，可以浇入锭模直接浇铸为镁合金D型阳极，也可以拉铸为镁合金棒材再挤压成镁合金阳极。

铸棒时要先打开铸棒机冷却循环水系统，镁液由浇铸泵打入铸棒系统结晶器中，同时引锭头慢慢向下移动拉铸出镁合金棒材。

镁棒拉铸完毕后用天车将其从拉铸井中吊出，运到据切车间锯切并扒皮到为Φ100×500mm尺寸。

将挤压模具预热后装到挤压机上，将加热后的镁合金棒装入挤压机盛锭桶挤压出相应尺寸的镁合金阳极。

4.3 镁合金阳极的检测方案

镁合金阳极的检测方案如表4-5所示。

表4-5 镁合金阳极的测试项目及方案

项次    检测项目    检测手段    备注

1   合金成分    火花光谱只读仪  需要各牌号合金之标样校准

2   电化学性能  电位测试仪  以甘汞电极作为参比电极

3   接触电阻测试    电阻测试仪  可自制

4   阳极尺寸测试    游标卡尺，千分尺，米尺等    因不同尺寸之阳极而异

4.4研究方向及控制目标

4. 4.1 电化学性能

试产及开发之合金电化学性能要求如表4-4所示，其中自主开发之合金的电话学性能预期达到更高的性能。

表4-4 镁合金牺牲阳极电化学性能表

合金牌号    开路电位

-V, Cu/CuSO4    闭路电位

-V,Cu/CuSO4 实际电容量/

(A●h/Kg)   电流效率/

%

AZ31B   1.57-1.67   1.47-1.57   ≥1210  55

AZ63B   1.57-1.67   1.52-1.57   ≥1210  55

M1C 1.77-1.82   1.64-1.69   ≥1100  50

SGYJ-1  1.80-1.90   1.75-1.85   ≥1210  55

4. 4.2 接触电阻性能

阳极制成后对其镁合金与钢芯间的接触电阻有严格的要求，要求其间接触电阻小于0.001Ω。