一种连续热浸镀用Al-Si-Mg-Mn牺牲阳极合金及其制备方法

本发明属于牺牲阳极铝合金领域，特别涉及一种连续热浸镀用al-si-mg-mn牺牲阳极合金及其制备方法。

背景技术：

1、锌基合金的使用已有100多年的历史,是最早的牺牲阳极材料，对基体钢材的保护性能优良。但地球探明的锌储量极低，锌在地壳中的平均含量仅为0.004％，其储备量仅够使用22年，资源短缺形势严峻。因此开发可替代锌的牺牲阳极材料是发展的必然趋势和要求。铝基牺牲阳极合金因其电化学性能较好，腐蚀产物易脱落，在防腐工程领域逐渐推广应用，是目前国内最有发展前景的牺牲阳极材料。

2、纯al极易自钝化形成al2o3保护膜，提供了良好的保护，但同时也使合金失去了牺牲阳极保护。其电位较正，一般呈阴性，在与钢材接触时发生严重的电偶腐蚀，不能满足牺牲阳极阴极保护对驱动电压的要求。另外，在连续热浸镀过程中，会加入一定量的si元素提高镀层合金的流动性和力学性能，减少合金的铸造缺陷；但单质硅相对于基体以阴极相存在，与铝基体构成的微电池增多，发生局部晶间腐蚀，使铝基合金的电流效率和耐蚀性降低。同时，铝液中不可避免地熔入杂质元素fe，生成电极电位较正的针状富铁相，与铝基体构成的微电池增多，使铝基合金的电流效率降低，并降低镀层合金的力学性能。上述问题严重损害铝基镀层合金的牺牲阳极性能，不利于牺牲阳极铝合金镀层的推广和应用。

技术实现思路

1、基于铝基合金的牺牲阳极性能不足，本发明提供了一种连续热浸镀用al-si-mg-mn牺牲阳极合金及其制备方法。

2、本发明提供的牺牲阳极合金按照元素质量百分比，其组成为si：8-10％，mg：1-3％，mn：0.3-1.2％，其余为al和不可避免的杂质。

3、本发明还提供了一种连续热浸镀用al-si-mg-mn牺牲阳极合金的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将烘干后的纯al和al-si中间合金加入熔炉，升温至720℃并保温1h，加入纯mg和纯mn，不断搅拌使成分均匀，控制合金组成为si：8-10％，mg：1-3％，mn：0.3-1.2％。

5、其中，al-si中间合金和纯al加入熔炉前放入干燥箱中，在100℃烘干1h；纯mg和纯mn使用高纯铝箔纸包裹压入合金液中，避免mg和mn的损耗。

6、al-si中间合金的硅含量为12.24％；纯al、纯mg和纯mn的纯度均达到99.99％。

7、(2)待合金完全熔化后，撇去表面氧化杂质，加入kcl和nacl按质量比1：1混合而成的覆盖剂除渣后，在720℃保温静置2h。

8、(3)将铸铁模具置于熔锡炉中，在350℃预热1h，然后将步骤(2)处理后的熔融态合金进行浇注，并与模具空冷制成铸坯。

9、本发明的有益效果为：

10、1，含mg的第二相分布在al基体中作为阳极优先溶解，第二相的溶解会导致al基体的裸露，进而促进al合金活性溶解，故而“第二相优先溶解”机理是mg最主要的活化机理之一。mg加入到镀层合金中，会生成偏析相mg2si相，其腐蚀电位低于al基体发生优先溶解，因而该第二相成为腐蚀中心，使得钝化膜容易受到破坏，导致晶界优先腐蚀并诱发al基体活性溶解。同时，可以使针状的al9fe2si2相转化为板状的al8femg3si6相。mg2si相具有高硬度、低密度和良好的热稳定性等优点，使其成为一种非常理想的颗粒增强相。mg2si相与al8femg3si6相都具有较低的腐蚀电位，在牺牲阳极中优先腐蚀，提供阴极保护，提高铝基牺牲阳极合金的电化学性能。同时，mn可以结合一部分si和fe元素，使合金中针状的富铁相feal3相和al9fe2si2相，改变结晶形态为汉字状得到al8(fe，mn)2si、(fe，mn)al6相，提高了合金内部组织的均匀性，同时，其偏析相(fe,mn)al6与基体α-al电极电位相当，降低合金自腐蚀电流，提高镀层电流效率和耐蚀性。在克服fe元素带来的牺牲阳极性能和力学性能不足的同时，减少了镁硅相之间的晶间腐蚀现象，增强牺牲阳极铝合金的牺牲保护能力。

11、2，mg和mn元素的添加，促进了合金表面生成电极电位较低的腐蚀产物，如mg(oh)2、mg2si、mno2等，进一步降低合金的腐蚀电位，提高铝基合金的牺牲阳极性能。

12、3，mg和mn元素的加入，促进合金表面生成al8femg3si6和al8(fe，mn)2si等四元相，有效减少了针状相对合金力学性能的影响。

13、4，本发明的铝基牺牲阳极镀层合金的原材料来源广泛，制造成本低。si是地壳中含量仅次于o的元素，价格低廉，容易购买，它的加入大大降低了合金成本。si能够提高铝液的流动性，降低镀液中的氧化物杂质含量和降低热浸镀铝的温度，提升合金的铸造性能和加工性能。

14、附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

技术特征：

1.一种连续热浸镀用al-si-mg-mn牺牲阳极合金，其特征在于，所述牺牲阳极合金按元素质量百分比，其组成为si：8-10％，mg：1-3％，mn：0.3-1.2％，其余为al和不可避免的杂质。

2.一种如权利要求1所述的连续热浸镀用al-si-mg-mn牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的连续热浸镀用al-si-mg-mn牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)的烘干的具体操作为：将al-si中间合金和纯al放入干燥箱中，在100℃烘干1h；纯mg和纯mn使用高纯铝箔纸包裹压入合金液中，避免mg和mn的损耗。

4.根据权利要求2所述的连续热浸镀用al-si-mg-mn牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的al-si中间合金的硅含量为12.24％；纯al、纯mg和纯mn的纯度均达到99.99％。

5.根据权利要求2所述的连续热浸镀用al-si-mg-mn牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述覆盖剂为kcl和nacl按质量比1：1混合而成，以高纯铝箔包覆的形式加入合金溶液中，防止合金元素氧化或蒸发；保温静置的条件为：在720℃保温静置2h。

6.根据权利要求2所述的连续热浸镀用al-si-mg-mn牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述铸铁模具加热的具体操作为：将铸铁模具置于熔锡炉中，在350℃预热1h。

技术总结
本发明属于牺牲阳极铝合金领域，具体涉及一种连续热浸镀用Al‑Si‑Mg‑Mn牺牲阳极合金及其制备方法。所述牺牲阳极合金按元素质量百分比，其组成为Si：8‑10％，Mg：1‑3％，Mn：0.3‑1.2％，其余为Al和不可避免的杂质。本发明的牺牲阳极合金加入Mg元素，形成了Mg2Si相与Al8FeMg3Si6相，有效降低了铝基合金的电极电位；加入Mn元素，使针状的FeAl3相，改变结晶形态为汉字状的Al8(Fe，Mn)2Si和(Fe，Mn)Al6相，中和了Fe元素的有害作用，并细化晶粒，使相分布均匀，提高了铝基合金的牺牲阳极性能。

技术研发人员：苏旭平,吴昱锋,王琦,吴长军,彭浩平,刘亚
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14