本發(fā)明涉及鎂基陽極技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種熱水器用多元鎂合金陽極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
金屬材料的腐蝕造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，采用犧牲陽極進(jìn)行電化學(xué)保護(hù)是一種防止金屬材料腐蝕的有效方法，可提高金屬材料的耐腐蝕性能和使用壽命。鎂合金的電化學(xué)性能較好，常被用作熱水器的陽極材料，對(duì)陰極材料（熱水器內(nèi)膽）進(jìn)行保護(hù)，以延長其使用壽命。
但是，用于熱水器的鎂合金陽極材料，如AZ31，強(qiáng)度和電化學(xué)性能有限，通常需要加入價(jià)格較高的稀土、貴金屬或中間合金等進(jìn)行合金化，導(dǎo)致合金成本大幅上升，還要在鑄造后進(jìn)行擠壓變形，導(dǎo)致合金制備工藝復(fù)雜，且鎂合金塑性較差，擠壓變形會(huì)產(chǎn)生一些微裂紋，加速陽極材料的腐蝕消耗，影響其對(duì)熱水器內(nèi)膽等陰極材料的保護(hù)效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供一種熱水器用多元鎂合金陽極材料及其制備方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種熱水器用多元鎂合金陽極材料，按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：3.0～3.5%的Al，6.0～6.5%的Zn，0.1～0.3%的Bi以及0.1～0.3%的Sb，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)中Si、Fe、Cu和Ni總量小于0.2%。
所述Mg、Al和Zn的純度均為99.8%，所述Bi和Sb的純度均為99.5%。
一種熱水器用多元鎂合金陽極材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一、按照權(quán)利要求1所述的質(zhì)量百分比稱取純鎂、純鋁、純鋅、純鉍和純銻，將稱取的純鎂、純鋁和純鋅放入剛玉坩堝中備用；
步驟二、將步驟一中的剛玉坩堝在CO2+SF6的混合氣體的保護(hù)下，進(jìn)行加熱，直至坩堝內(nèi)的純鎂、純鋁和純鋅完全融化，然后加入純鉍和純銻，繼續(xù)加熱至710℃?zhèn)溆茫?/p>
步驟三、將步驟二制備的混合金屬液澆注到提前預(yù)熱至150℃的鋼制模具中，冷卻凝固后得到產(chǎn)品。
所述步驟二中CO2和SF6的體積比為99:1。
本發(fā)明的有益效果：
（1）本發(fā)明采用Zn與Al組合使用，為保證鑄造性能以及強(qiáng)度和電化學(xué)性能，Al的加入量選為3.0～3.5wt%，Zn的加入量選為6.0～6.5wt%；為了均勻組織，加入少量的Bi、Sb生成高熔點(diǎn)Mg3Bi2、Mg3Sb2相以作為有效的形核核心，從而細(xì)化晶粒，改善組織，其組織均勻性與單一加入Bi或Sb相比，除了可以使材料強(qiáng)度進(jìn)一步提高外，還可以使鎂合金陽極材料在腐蝕環(huán)境中消耗均勻，提高其對(duì)陰極材料的保護(hù)效果；
（2）本發(fā)明是以工業(yè)純鎂(Mg)、純鋁(Al)、純鋅 (Zn)、純鉍(Bi)、純銻(Sb)為原料經(jīng)過熔煉鑄造而成，不需要加入價(jià)格較高的稀土、貴金屬或中間合金等進(jìn)行合金化，也不需要在鑄造后進(jìn)行擠壓變形，原料來源廣泛，制備工藝簡單，可有效避免擠壓變形造成的微裂紋對(duì)后續(xù)保護(hù)效果的影響，合金成本較低；
（3）本發(fā)明加入Bi、Sb元素后組織更為細(xì)小均勻，又可使合金在熱水器腐蝕環(huán)境中消耗均勻且消耗速度慢，保證合金對(duì)陰極材料的保護(hù)效果，應(yīng)用前景廣闊。
具體實(shí)施方式
一種熱水器用多元鎂合金陽極材料，按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：3.0～3.5%的Al，6.0～6.5%的Zn，0.1～0.3%的Bi以及0.1～0.3%的Sb，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)中Si、Fe、Cu和Ni總量小于0.2%。
所述Mg、Al和Zn的純度均為99.8%，所述Bi和Sb的純度均為99.5%。
一種熱水器用多元鎂合金陽極材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一、按照權(quán)利要求1所述的質(zhì)量百分比稱取純鎂、純鋁、純鋅、純鉍和純銻，將稱取的純鎂、純鋁和純鋅放入剛玉坩堝中備用；
步驟二、將步驟一中的剛玉坩堝在CO2+SF6的混合氣體的保護(hù)下，進(jìn)行加熱，直至坩堝內(nèi)的純鎂、純鋁和純鋅完全融化，然后加入純鉍和純銻，繼續(xù)加熱至710℃?zhèn)溆茫?/p>
步驟三、將步驟二制備的混合金屬液澆注到提前預(yù)熱至150℃的鋼制模具中，冷卻凝固后得到產(chǎn)品。
所述步驟二中CO2和SF6的體積比為99:1。
以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例1
一種熱水器用多元鎂合金陽極材料，按照質(zhì)量百分比由以下成分組成：3%的Al，6.0%的Zn，0.1%的Bi以及0.1%的Sb，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)中Si、Fe、Cu和Ni總量小于0.2%。
一種熱水器用多元鎂合金陽極材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一、按照上述質(zhì)量百分比稱取純鎂、純鋁、純鋅、純鉍和純銻，并將稱取的純鎂、純鋁和純鋅放入剛玉坩堝中備用；
步驟二、將步驟一中的剛玉坩堝在CO2+SF6的混合氣體的保護(hù)下，進(jìn)行加熱，直至坩堝內(nèi)的純鎂、純鋁和純鋅完全融化，然后加入純鉍和純銻，繼續(xù)加熱至710℃?zhèn)溆茫?/p>
步驟三、將步驟二制備的混合金屬液澆注到提前預(yù)熱至150℃的鋼制模具中，冷卻凝固后得到產(chǎn)品。
所述步驟二中CO2和SF6的體積比為99:1。
實(shí)施例2
一種熱水器用多元鎂合金陽極材料，按照質(zhì)量百分比由以下成分組成： 3.5%的Al，6.5%的Zn，0.3%的Bi以及0.3%的Sb，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)中Si、Fe、Cu和Ni總量小于0.2%。
本實(shí)施例的制備工藝同實(shí)施例1
實(shí)施例3
一種熱水器用多元鎂合金陽極材料，按照質(zhì)量百分比由以下成分組成： 3.2%的Al，6.2%的Zn，0.2%的Bi以及0.2%的Sb，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)中Si、Fe、Cu和Ni總量小于0.2%。
本實(shí)施例的制備工藝同實(shí)施例1
對(duì)實(shí)施例1~3制備的多元鎂合金陽極材料進(jìn)行性能檢測，并將檢測結(jié)果與對(duì)比例AZ31鎂合金進(jìn)行比較，結(jié)果如表1所示。
表1 實(shí)施例1-3所得多元鎂合金陽極材料性能檢測結(jié)果
對(duì)比結(jié)果表明，本發(fā)明制備的鎂合金陽極材料，經(jīng)過鑄造制得，制備工藝簡單，開路電位為–1.65～–1.70V，電流效率為60～65%，在腐蝕環(huán)境中材料消耗均勻，對(duì)熱水器內(nèi)膽等陰極材料具有良好的保護(hù)效果，應(yīng)用前景廣闊。