水淬对镁合金高电位牺牲阳极性能的影响

王前进

（山东银光钰源轻金属精密成型有限公司，山东 临沂 273400）

镁合金牺牲阳极具有较高的开路电位且单位质量的阳极输出的电流较大，因此被广泛的应用于陆地石油、天然气设施、深海和中海洋平台等电阻率较高的环境中来保护其钢结构[1]。其中镁合金牺牲阳极按照开路电位高低可分为高电位牺牲阳极和低点位牺牲阳极。由于高电位牺牲阳极具有较高的开路电位，因此其已成为镁合金牺牲阳极中的主导产品[2-3]。

目前广泛使用的高电位镁阳极是DOW Chemical公司研制的Mg-Mn合金，其开路电位为-1.8V(CU/CUSO2)，电流效率在50%左右。目前实际生产中所生产的Mg-Mn高电位牺牲阳极的电流效率不能保证均在50%以上，因此许多科研工作者通过添加合金元素和热处理的方式来提高高电位牺牲阳极的电流效率。国内阳极生产厂家多数采用水冷模具浇铸，通过快速冷却达到晶粒细化，延缓阳极腐蚀脱落，从而达到电流效率的提高，也有个别厂家使用水淬处理，但对水温和时间上的要求没有明确指导参数。因此本文主要介绍了水淬处理对高电位牺牲阳极性能的影响。

1 试验方法

表1 取样方式

（1）试样的制备。本实验选用普通纯镁为原材料，在电阻坩埚炉中熔炼。坩埚预热后加入纯镁，并覆盖适量的1号溶剂，待镁锭完全熔化后，升温至710℃～720℃，扒去液面浮渣，用扁铲均匀撒入MnCl2，进行精炼。精炼过程中撒入1号溶剂，精炼结束后合金液面应呈现银白色，之后进行扒渣并撒入适量的1号溶剂。浇铸光谱试样，成分合格后静置降温至680℃后再升温至700℃进行保温，浇铸到水冷金属型中，待合金液在金属型中刚成形后取出进行不同的7钟热处理，热处理方式如表1中所示。

（2）电化学性能检测。镁合金牺牲阳极的电化学性能的检测，参照GBT 24488-2009进行。从镁合金牺牲阳极棒上采用机械加工方法截取圆柱形试样（Φ12.7mm×152mm），实验前称取阳极棒的重量。用圆形钢制坩埚作为阳极，饱和甘汞电极作为参比电极，饱和CaSO4·Mg(OH)2溶液作为电解液。在实验过程中，通以1.6mA的直流电，连续进行336h。在测试过程中要多次测量试样的电位。待实验结束后，清洗干净每个试样，之后进行干燥、称量，计算镁合金牺牲阳极的电流效率。

2 结果与分析

2.1 电化学检测结果

图1 不同处理条件得到的试样的电流效率

如图1所示为实验所得到的试样的电流效率。从图中可以看出1#未经过任何处理试样的电流效率最低如表2中所示为48.95%。在30℃的水中水淬2min中的试样的电流效率有所升高，随着水淬时间的延长，当水淬时间达到4min中时，牺牲阳极的电流效率进一步提高到52.40%。但随着水淬温度升高到50℃时，牺牲阳极的电流效率相对3#试样的电流效率有所降低，但在50℃水中水淬4min时电流效率要比水淬2min4#试样和没有水淬处理1#试样的电流效率高。当水温继续升高到70℃时，水淬对提高牺牲阳极的电流效率的作用明显减弱。但从图中还是可以看出在70℃水中，试样水淬4min后的电流效率要比水淬2min的高。

图2 金相试样

表2 电性能实验结果

2.2 金相实验结果

如图2所示为对水淬的牺牲阳极试样做的金相观察。由于晶粒尺寸较大，用刻度尺进行测量。从图中可以看出，1#试样的晶粒尺寸较大，经过水淬处理后的试样晶粒尺寸有所减小。3#试样的晶粒尺寸相对较小且晶粒大小比较均匀，因此3#应具有更好的耐腐蚀性能，这与电性能实验的结果相对应。在50℃水中水淬4min的5#试样的晶粒尺寸比4#试样更加均匀。但随着水温的升高，到达70℃时水淬得到的试样的晶粒尺寸比2-5#试样的晶粒尺寸大，但比1#试样的晶粒尺寸小。金相得到的结果与电性能的结果一致，即随着水淬温度的降低，得到的试样的晶粒尺寸减小，试样的耐腐蚀性能增强，从而使得试样的电流效率增大。

3 结论

（1）在30℃水中水淬4min中后的试样的电流效率最高，随着水淬温度的降低和水淬时间的延长，牺牲阳极的电流效率逐渐升高。

（2）随着牺牲阳极水淬温度的降低和水淬时间的延长，牺牲阳极内部晶粒逐渐减小，从而是牺牲阳极的耐腐蚀性能增强，电流效率升高。