鎂含量對鋁陽(yáng)極材料組織和電化學(xué)性能的影響 船用鋁板

摘要：運用合金相電化學(xué)原理，向鋁中添加合金元素鎂，制備成Al－Mg二元合金，試驗研究了鎂含量對鋁合金陽(yáng)極材料組織與電化學(xué)性能的影響。結果表明，合金中Mg₅Al₈相隨鎂含量增加而增加且分布均勻。組織組成物的陽(yáng)極性能良好，在濃度為3.5％的NaCl介質(zhì)中，當w（Mg）從1％提高至30％時(shí)，進(jìn)入穩定狀態(tài)的開(kāi)路電位從－0.79 V負移至－1.18 V，陽(yáng)極極化率亦降低。

　　關(guān)鍵詞：鋁－鎂合金；犧牲陽(yáng)極；陽(yáng)極相；電化學(xué)性能

　　鋁陽(yáng)極具有理論發(fā)生電量大，資源豐富，制造工藝較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在理論上是一種很好的犧牲陽(yáng)極材料。但是鋁陽(yáng)極在使用中存在易鈍化，電流效率不高等問(wèn)題^[1]。目前改善鋁基陽(yáng)極使用性能的有效途徑是向純鋁中添加活化元素。添加的主要合金元素有Zn、In、Cd、Sn、Mg、Bi、Hg等。但是有些合金元素，如Cd、Hg會(huì )污染環(huán)境。所以選擇合適的添加元素成為目前國內外鋁陽(yáng)極的研究重點(diǎn)之一^[2-4]。Al-Zn-In系陽(yáng)極是研究較為活躍的鋁陽(yáng)極，在此基礎上再添加其他合金元素如Si、Sn、Mg等，還相繼開(kāi)發(fā)出了一系列的陽(yáng)極材料^[5-8]。Mg的加入量一般為w（Mg）≤2％^[9-11]，關(guān)于Mg元素對鋁陽(yáng)極活化作用的研究方面的報道較少。

　　本文依據合金相電化學(xué)原理^[12]，向易于在表面產(chǎn)生氧化膜而鈍化的純鋁（E_SEC＝－0.78 V）中添加易于活化溶解的Mg元素（E_SCE=－l.5 V），試驗研究了隨Mg含量增加，合金的組織狀態(tài)、開(kāi)路電位以及極化率的變化，以考察Al-Mg合金中α（Al）固溶體和金屬間化合物Mg₅Al₈相在介質(zhì)中的電比學(xué)行為。

　　1 試驗方法

　　1.1 鋁合金熔煉

　　試驗原料采用工業(yè)高純鋁l A85和l號純鎂。1號至5號試樣分別為（元素符號前數字為該元素的質(zhì)量分數）：Al-1Mg，Al-5Mg，Al-10Mg，Al-20Mg，Al-30Mg。按質(zhì)量分數稱(chēng)取合金元素，將鋁錠置入坩堝，放入電阻爐中，在760℃下完全熔化后，加入鎂錠，并且迅速在熔體表面均勻撒上阻燃覆蓋劑。待Mg完全熔化后，攪拌均勻，用ZnCl₂精煉，澆鑄成Φ20mm×120mm的鑄錠，自然冷卻。

　　l.2 顯微組織分析

　　采用光學(xué)顯微鏡觀(guān)察組織。

　　1.3 開(kāi)路電位的測量

　　試樣尺寸為Φ20mm×10mm，在其一端面鉆孔，引出銅線(xiàn)。另一端面經(jīng)240＃、360＃、500＃、800＃水砂紙逐級打磨平整光滑后，用丙酮除油，留出100mm2的工作面積。試樣其他部分用石蠟涂封。測量裝置采用的是三電極測量體系，輔助電極為Pt電極，參比電極為飽和甘汞電極。試驗介質(zhì)為NaCl溶液，C(NaCl)=3.5％。

　　1.4 陽(yáng)極極化曲線(xiàn)的測量

　　采用北京中腐公司PS-268A型電化學(xué)測量系統。待試樣開(kāi)路電位穩定后，動(dòng)電位掃描法測量極化曲線(xiàn)。電極面積設置為100 mm²，掃描速度為10mV／min，掃描區間Ek在-20mV～-500 mV。

　　2 試驗結果與分析

　　2.1 顯微組織

　　鎂在鋁中的溶解度很大，由Al－Mg二元狀態(tài)圖[13]可以看出，在共晶溫度時(shí)，較大溶解度為17.4％。在450℃時(shí)w（Mg）=35.0％處，發(fā)生共晶反應：L＝α（Al）十β（Mg₅Al₈）。當Mg含量較高時(shí)，其室溫下的組織特征為α（Al）相和β（Mg₅Al₈）相共晶。圖1為1號～5號試樣的金相照片。從圖中可以看出在α固溶體上彌散分布著(zhù)第二相β，第二相或呈粒狀，或呈枝杈狀。隨著(zhù)Mg含量的增加，第二相的數量和面積也大幅度地增加，相與相之間的間隔減小，特別是當w（Mg）≥20％時(shí)，第二相分布更為密集。由于金屬間化合物呈脆性，當β（Mg₅Al₈）相單一且均勻分布于鋁基體中時(shí)，是一種較理想的組織狀態(tài)，否則鑄錠易脆裂，而且對鋁陽(yáng)極材料的使用性能有不利影響。