本发明属于镁合金材料技术领域，具体涉及一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料及其制备方法。
背景技术：
随着国家经济发展战略从陆地转向海洋，海洋石油、天然气开发迅速崛起。由于严酷的海洋腐蚀环境，海洋腐蚀一直是困扰海洋石油开发的重大课题。腐蚀不仅造成材料的浪费，因设备维护而迫使停工停产，更严重地是因腐蚀而造成油、气泄露引发灾难性的事故。
国家规定钢铁在海水中的保护电位范围-0.8~-0.95V（Ag/AgCl），保护电流密度30~50%，当低于保护点位下限时，钢铁不能得到有效的保护。海水管道用阳极一般为铝阳极或锌阳极。铝阳极的电容量大，可达2970A·h/kg，电位范围-0.97~-1.12V（Ag/AgCl）。锌阳极的电容量大，可达780A·h/kg，电位范围在-1.12V（Ag/AgCl）左右。
但是铝阳极和锌阳极都比较重，大型的阳极放入管道需要增加很多的人力和物力。而镁合金是最轻的金属材料，其电化学性能也较好，常被用于牺牲阳极材料，对设备装置的阴极进行保护，以延长阴极材料的使用寿命。镁合金的电容量大于1210 A·h/kg，电位范围1.51~-1.53V（Ag/AgCl），电流效率55%以上。但是普通镁合金都含有一定量Si、Fe、Cu和Ni等杂质元素，而这些元素电位较高，容易引起寄生腐蚀，使镁合金阳极腐蚀效率降低，这些元素与镁反应以网状形式分布于晶界，容易与镁基体形成微电池，加速牺牲阳极材料的消耗，并使阳极消耗不均匀，影响牺牲阳极材料的使用寿命和利用率。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术中镁合金阳极中杂质元素对牺牲阳极材料的使用寿命和利用率的不利影响，提供一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料及其制备方法。
本发明采用如下技术方案实现：
一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料，包括以下质量分数的组分：Al ：5.1%~6.9%、Zn ：2.2%~3.9%、Mn ：0.1%~2.5%，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni含量＜0.015%，其余部分为Mg。
一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将镁锭、铝锭、锌锭及氯化锰分别预热；
（2）将镁锭在坩埚中加热熔化，然后加入铝锭、锌锭，锌锭和铝锭熔化后，搅拌均匀，搅拌时间10~20min；
（3）升温至700-740℃，加入氯化锰，待其熔化，搅拌均匀，搅拌时间5~15min；
（4）除渣后进行精炼10~20min，静置40~80min，精炼温度725~755℃；
（5）在SF6气体保护下，采用顶注式低压连续浇铸系统在650~680℃浇铸镁合金阳极；
（6）将镁合金阳极进行环氧漆涂装处理。
第一步所述镁锭中镁的含量≥99%，铝锭中铝的含量≥99%，所述锌锭中锌的含量≥99%。
第一步所述预热温度为250-300℃。
所述环氧漆涂装温度10~30℃，涂装湿度60-85RH，涂装厚度120-200μm。
所述海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极的尺寸是普通阳极的3~5倍，其重量是普通阳极的5倍及以上。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明镁合金牺牲阳极可以替代原先使用的海水用铝阳极及锌阳极；
（2）针对镁合金腐蚀较快的问题，按照合金不同的配比，使一些杂质元素减少，从而减少了寄生腐蚀，使镁合金牺牲阳极材料消耗均匀、使用效率高，寿命长；
（3）采用低压铸造可以提高材料利用率，并减少铸件内部缺陷，提高铸造制备效率；
（4）采用环氧漆涂装，进一步提高了的阳极材料的耐腐蚀性能，从而增加了该镁合金阳极材料在海水环境中的使用时间；
（5）镁合金材料的制备流程简单、易操作。
具体实施方式
实施例1，一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料，包括以下质量分数的组分：Al 5.1%、Zn 2.2%、Mn 0.1%，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni含量均小于0.015%，其余部分为Mg。
一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤（1）将镁锭、铝锭、锌锭及氯化锰分别250℃预热；
（2）将镁锭在坩埚中加热熔化，然后加入铝锭、锌锭，至锌锭和铝锭熔化，搅拌均匀，搅拌时间10min；
（3）升温至700℃，加入氯化锰，待其熔化，搅拌均匀，搅拌时间5min；
（4）除渣后进行精炼10min、静置40min，精炼温度725℃；
（5）在SF6气体保护下，采用低压连续浇铸系统在650℃浇铸镁合金阳极，得到镁合金牺牲阳极；
（6） 将镁合金牺牲阳极材料进行环氧漆涂装处理。环氧漆涂装温度10℃，涂装湿度60RH，涂装厚度120μm。
本实施例所得到的海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料尺寸为普通阳极的3倍，重量是普通阳极的5倍。
实施例2，一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料，包括以下质量分数的组分：Al 5.5%、Zn 2.9%、Mn 1.2%，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni含量均小于0.015%，其余部分为Mg。
一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将镁锭、铝锭、锌锭及氯化锰分别270℃预热；
（2）将镁锭在坩埚中加热熔化，然后加入铝锭、锌锭，至锌锭和铝锭熔化，搅拌均匀，搅拌时间12min；
（3）升温至720℃，加入氯化锰，待其熔化，搅拌均匀，搅拌时间8min；
（4）除渣后进行精炼12min、静置50min，精炼温度730℃；
（5）在SF6气体保护下，采用低压连续浇铸系统在660℃浇铸镁合金阳极，得到镁合金牺牲阳极；
（6） 将镁合金牺牲阳极材料进行环氧漆涂装处理，环氧漆涂装温度15℃，涂装湿度65RH，涂装厚度150μm。
本实施例所得到的海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料尺寸为普通阳极的3.2倍，重量是普通阳极的5.5倍。
实施例3，一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料，包括以下质量分数的组分：Al 6.0%、Zn 3.1%、Mn 1.5%，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni含量均小于0.015%，其余部分为Mg。
一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将镁锭、铝锭、锌锭及氯化锰分别在280℃预热；
（2）将镁锭在坩埚中加热熔化，然后加入铝锭、锌锭，至锌锭和铝锭熔化，搅拌均匀，搅拌时间15min；
（3）升温至730℃，加入氯化锰，待其熔化，搅拌均匀，搅拌时间10min；
（4）除渣后进行精炼15min、静置60min，精炼温度740℃；
（5）在SF6气体保护下，采用顶注式低压连续浇铸系统在670℃浇铸镁合金阳极，得到镁合金牺牲阳极；
（6）将牺牲阳极材料进行环氧漆涂装处理，环氧漆涂装温度20℃，涂装湿度75RH，涂装厚度180μm。
本实施例所得到的海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料尺寸为普通阳极的4倍，重量是普通阳极的6.2倍。
实施例4，一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料，包括以下质量分数的组分：Al 6.9%、Zn 3.9%、Mn2.5%，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni含量均小于0.015%，其余部分为Mg。
一种海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将镁锭、铝锭、锌锭及氯化锰分别在300℃预热；
（2）将镁锭在坩埚中加热熔化，然后加入铝锭、锌锭，至锌锭和铝锭熔化，搅拌均匀，搅拌时间20min；
（3）升温至740℃，加入氯化锰，待其熔化，搅拌均匀，搅拌时间15min；
（4）除渣后进行精炼20min、静置80min，精炼温度755℃；
（5）在SF6气体保护下，采用顶注式低压连续浇铸系统在680℃浇铸镁合金阳极，得到镁合金牺牲阳极；
（6）将牺牲阳极材料进行环氧漆涂装处理，环氧漆涂装温度30℃，涂装湿度85RH，涂装厚度200μm。
本实施例所得到的海水管道用大型低电位镁合金牺牲阳极材料尺寸为普通阳极的5倍，重量是普通阳极的7.5倍。
对比例1，市面上购买的AZ31B阳极B1。
对比例2，市面上购买的AZ63B阳极B2。
将上述实施例1-4中制备的镁合金牺牲阳极和B1-B2按照GB/T 24488方法检测其电性能参数结果；按照GB/T 10125 中性盐雾试验方法检测其耐腐蚀性，并按照GB/T 6461方法进行腐蚀评级。检测结果如下表所述。
通过表1可以看出，在本发明范围内制得的镁合金牺牲阳极的电性能指标及耐蚀性能明显优于常规合金阳极，在本发明范围外制得的镁合金牺牲阳极电性能指标则偏低，同时，在本发明优选范围内制得的镁合金牺牲阳极的电性能结果及耐腐蚀性能则更优，因而大大扩大了其使用范围，延长了使用寿命。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，上述具体实施方式中所描述的各个具体的技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。