本发明涉及镁基阳极技术领域，具体的说是涉及一种热水器用多元镁合金阳极材料及其制备方法。
背景技术：
金属材料的腐蚀造成巨大的经济损失，采用牺牲阳极进行电化学保护是一种防止金属材料腐蚀的有效方法，可提高金属材料的耐腐蚀性能和使用寿命。镁合金的电化学性能较好，常被用作热水器的阳极材料，对阴极材料（热水器内胆）进行保护，以延长其使用寿命。
但是，用于热水器的镁合金阳极材料，如AZ31，强度和电化学性能有限，通常需要加入价格较高的稀土、贵金属或中间合金等进行合金化，导致合金成本大幅上升，还要在铸造后进行挤压变形，导致合金制备工艺复杂，且镁合金塑性较差，挤压变形会产生一些微裂纹，加速阳极材料的腐蚀消耗，影响其对热水器内胆等阴极材料的保护效果。
技术实现要素：
本发明为了解决上述技术问题，提供一种热水器用多元镁合金阳极材料及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：一种热水器用多元镁合金阳极材料，按照质量百分比由以下成分组成：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，余量为Mg和不可避免的杂质，所述杂质中Si、Fe、Cu和Ni总量小于0.2%。
所述Mg、Al和Zn的纯度均为99.8%，所述Bi和Sb的纯度均为99.5%。
一种热水器用多元镁合金阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照权利要求1所述的质量百分比称取纯镁、纯铝、纯锌、纯铋和纯锑，将称取的纯镁、纯铝和纯锌放入刚玉坩埚中备用；
步骤二、将步骤一中的刚玉坩埚在CO2+SF6的混合气体的保护下，进行加热，直至坩埚内的纯镁、纯铝和纯锌完全融化，然后加入纯铋和纯锑，继续加热至710℃备用；
步骤三、将步骤二制备的混合金属液浇注到提前预热至150℃的钢制模具中，冷却凝固后得到产品。
所述步骤二中CO2和SF6的体积比为99:1。
本发明的有益效果：
（1）本发明采用Zn与Al组合使用，为保证铸造性能以及强度和电化学性能，Al的加入量选为3.0～3.5wt%，Zn的加入量选为6.0～6.5wt%；为了均匀组织，加入少量的Bi、Sb生成高熔点Mg3Bi2、Mg3Sb2相以作为有效的形核核心，从而细化晶粒，改善组织，其组织均匀性与单一加入Bi或Sb相比，除了可以使材料强度进一步提高外，还可以使镁合金阳极材料在腐蚀环境中消耗均匀，提高其对阴极材料的保护效果；
（2）本发明是以工业纯镁(Mg)、纯铝(Al)、纯锌 (Zn)、纯铋(Bi)、纯锑(Sb)为原料经过熔炼铸造而成，不需要加入价格较高的稀土、贵金属或中间合金等进行合金化，也不需要在铸造后进行挤压变形，原料来源广泛，制备工艺简单，可有效避免挤压变形造成的微裂纹对后续保护效果的影响，合金成本较低；
（3）本发明加入Bi、Sb元素后组织更为细小均匀，又可使合金在热水器腐蚀环境中消耗均匀且消耗速度慢，保证合金对阴极材料的保护效果，应用前景广阔。
具体实施方式
一种热水器用多元镁合金阳极材料，按照质量百分比由以下成分组成：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，余量为Mg和不可避免的杂质，所述杂质中Si、Fe、Cu和Ni总量小于0.2%。
所述Mg、Al和Zn的纯度均为99.8%，所述Bi和Sb的纯度均为99.5%。
一种热水器用多元镁合金阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照权利要求1所述的质量百分比称取纯镁、纯铝、纯锌、纯铋和纯锑，将称取的纯镁、纯铝和纯锌放入刚玉坩埚中备用；
步骤二、将步骤一中的刚玉坩埚在CO2+SF6的混合气体的保护下，进行加热，直至坩埚内的纯镁、纯铝和纯锌完全融化，然后加入纯铋和纯锑，继续加热至710℃备用；
步骤三、将步骤二制备的混合金属液浇注到提前预热至150℃的钢制模具中，冷却凝固后得到产品。
所述步骤二中CO2和SF6的体积比为99:1。
以下结合具体实施例进一步阐述本发明。
实施例1
一种热水器用多元镁合金阳极材料，按照质量百分比由以下成分组成：3%的Al，6.0%的Zn，0.1%的Bi以及0.1%的Sb，余量为Mg和不可避免的杂质，所述杂质中Si、Fe、Cu和Ni总量小于0.2%。
一种热水器用多元镁合金阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述质量百分比称取纯镁、纯铝、纯锌、纯铋和纯锑，并将称取的纯镁、纯铝和纯锌放入刚玉坩埚中备用；
步骤二、将步骤一中的刚玉坩埚在CO2+SF6的混合气体的保护下，进行加热，直至坩埚内的纯镁、纯铝和纯锌完全融化，然后加入纯铋和纯锑，继续加热至710℃备用；
步骤三、将步骤二制备的混合金属液浇注到提前预热至150℃的钢制模具中，冷却凝固后得到产品。
所述步骤二中CO2和SF6的体积比为99:1。
实施例2
一种热水器用多元镁合金阳极材料，按照质量百分比由以下成分组成： 3.5%的Al，6.5%的Zn，0.3%的Bi以及0.3%的Sb，余量为Mg和不可避免的杂质，所述杂质中Si、Fe、Cu和Ni总量小于0.2%。
本实施例的制备工艺同实施例1
实施例3
一种热水器用多元镁合金阳极材料，按照质量百分比由以下成分组成： 3.2%的Al，6.2%的Zn，0.2%的Bi以及0.2%的Sb，余量为Mg和不可避免的杂质，所述杂质中Si、Fe、Cu和Ni总量小于0.2%。
本实施例的制备工艺同实施例1
对实施例1~3制备的多元镁合金阳极材料进行性能检测，并将检测结果与对比例AZ31镁合金进行比较，结果如表1所示。
表1 实施例1-3所得多元镁合金阳极材料性能检测结果
对比结果表明，本发明制备的镁合金阳极材料，经过铸造制得，制备工艺简单，开路电位为–1.65～–1.70V，电流效率为60～65%，在腐蚀环境中材料消耗均匀，对热水器内胆等阴极材料具有良好的保护效果，应用前景广阔。