高電位鎂合金犧牲陽極熔鑄技術(shù)研究項目實施方案

一. 主要研究內(nèi)容

二. 項目市場分析

三. 項目目標(biāo)

基于現(xiàn)有鎂合金犧牲陽極的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整合金成分、控制生產(chǎn)工藝等措施開發(fā)新型高電位鎂合金犧牲陽極

四.項目實施方案

4.1 設(shè)備方案

購進國內(nèi)先進的鎂合金熔鑄系統(tǒng)、擠壓成型系統(tǒng)及陽極加工組裝系統(tǒng)。具體設(shè)備列表如下：

表4-1 項目所需設(shè)備一覽標(biāo)

項次 設(shè) 備 用 途

系 統(tǒng) 設(shè)備名稱 數(shù)量

1 鎂合金熔鑄系統(tǒng) 鎂合金熔煉爐 3 合金制備

鎂合金保溫爐 1 合金靜置

鎂合金鑄棒機 1 合金棒材制備

2 鎂合金擠壓系統(tǒng) 鎂合金擠壓機 2 犧牲陽極擠壓

車 床 2 陽極棒加工

鋸 床 1 合金棒材鋸切

3 質(zhì)量檢測系統(tǒng) 火花光譜直讀儀 1 合金成分分析

電位測試儀 1 陽極電位測試

電阻測試儀 1 陽極電阻測試

光學(xué)顯微鏡 1 合金顯微組織觀察

4 環(huán)保系統(tǒng) 廢棄處理系統(tǒng) 1 熔煉過程中廢氣處理

4.2 材料開發(fā)制備方案

4.2.1 合金成分

該項目研發(fā)合金方案參考表4-2，在此合金方案上搞清楚各個成分對合金電位、容量及電流效率等性能的影響規(guī)律，并調(diào)整各個成分使其達到最佳。同時開發(fā)牌號為SGYJ-1,自有知識產(chǎn)權(quán)的一種犧牲陽極合金。

表4-2 鎂合金犧牲陽極成分表

牌號 成分/%

合金元素 雜質(zhì)元素≤

Al Zn Mn Mg Fe Ni Cu Si Ca 其它

單個 總計

AZ31B 2.5-3.5 0.6-1.4 0.20-1.0 余量 0.003 0.001 0.01 0.08 0.04 0.05 0.30

AZ63B 5.3-6.7 2.5-3.5 0.15-0.60 余量 0.003 0.001 0.01 0.08 - - 0.30

M1C ≤0.01 - 0.50-1.30 余量 0.01 0.001 0.01 0.08 - 0.05 0.30

SGYJ-1 ≤0.01 0.0-0.4 0.0-0.50 余量 0.002 0.001 0.005 0.02 - 0.005 0.20

4.2.2 鎂合金生產(chǎn)的配料

鎂合金生產(chǎn)時配料的準(zhǔn)確性將影響到所制合金的成分，合金的成分又會影響到合金的最終性能，所以合金生產(chǎn)中的配料環(huán)節(jié)是關(guān)系到最后合金質(zhì)量的大事。以下以采用2.5Ton的坩堝每次出料2.0Ton為例列舉各種合金的配料情況。

表4-3 不同合金配料表 (每爐按出料2.0Ton計算)

項 次 原材料 各種合金原料用量(Kg)

AZ31B AZ63B M1C

1 Mg 1934.1 1818.8 1999.0

2 Al 57.1 121.2 2.0

3 Zn 15.0 60.0 -

4 MnClB2B 23.0 34.0 72.0

5 Al-Be(1%Be) 3.0 - -

6 熔解熔劑 50.0 50.0 50.0

7 精煉熔劑 60.0 60.0 60.0

4.2.3. 鎂合金的制備的工藝流程

圖4-1為采用合金熔解系統(tǒng)制備鎂合金犧牲陽極時合金溫度與時間曲線，不同合金及熔解系統(tǒng)的工作曲線不盡相同，但基本趨勢及工序大同小異。

制備時將精煉好的純鎂液轉(zhuǎn)入合金坩堝中或直接加入純鎂錠，并加熱升溫到740℃，此過程中要不斷撒入熔解助熔劑防止熔湯著火。當(dāng)熔體溫度到達720℃時，依次加入鋁、鋅、鋁鈹合金等金屬元素。待熔體溫度到達740℃后，將預(yù)熱好的攪拌裝置緩緩安置入熔體中開始精煉攪拌，同時撒入MnClB2B顆粒及精煉熔劑。精煉一般持續(xù)30分鐘的時間，確保熔體中的雜質(zhì)全部與熔劑絡(luò)合。精煉后取出攪拌器并關(guān)掉加熱裝置開始降溫到660℃，待熔體中的雜質(zhì)含量沉降到一定指標(biāo)后需檢測合金的成分，合格后將熔體轉(zhuǎn)入保溫爐中。

圖4-1 AZ91D生產(chǎn)工藝曲線圖

保溫爐中合格的鎂液靜置完畢后，可以澆入錠模直接澆鑄為鎂合金D型陽極，也可以拉鑄為鎂合金棒材再擠壓成鎂合金陽極。

鑄棒時要先打開鑄棒機冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，鎂液由澆鑄泵打入鑄棒系統(tǒng)結(jié)晶器中，同時引錠頭慢慢向下移動拉鑄出鎂合金棒材。

鎂棒拉鑄完畢后用天車將其從拉鑄井中吊出，運到據(jù)切車間鋸切并扒皮到為Φ100×500mm尺寸。

將擠壓模具預(yù)熱后裝到擠壓機上，將加熱后的鎂合金棒裝入擠壓機盛錠桶擠壓出相應(yīng)尺寸的鎂合金陽極。

4.3 鎂合金陽極的檢測方案

鎂合金陽極的檢測方案如表4-5所示。

表4-5 鎂合金陽極的測試項目及方案

項次 檢測項目 檢測手段 備注

1 合金成分 火花光譜只讀儀 需要各牌號合金之標(biāo)樣校準(zhǔn)

2 電化學(xué)性能 電位測試儀 以甘汞電極作為參比電極

3 接觸電阻測試 電阻測試儀 可自制

4 陽極尺寸測試 游標(biāo)卡尺，千分尺，米尺等 因不同尺寸之陽極而異

4.4研究方向及控制目標(biāo)

4. 4.1 電化學(xué)性能

試產(chǎn)及開發(fā)之合金電化學(xué)性能要求如表4-4所示，其中自主開發(fā)之合金的電話學(xué)性能預(yù)期達到更高的性能。

表4-4 鎂合金犧牲陽極電化學(xué)性能表

合金牌號 開路電位

-V, Cu/CuSO4 閉路電位

-V,Cu/CuSO4 實際電容量/

(A●h/Kg) 電流效率/

%

AZ31B 1.57-1.67 1.47-1.57 ≥1210 55

AZ63B 1.57-1.67 1.52-1.57 ≥1210 55

M1C 1.77-1.82 1.64-1.69 ≥1100 50

SGYJ-1 1.80-1.90 1.75-1.85 ≥1210 55

4. 4.2 接觸電阻性能

陽極制成后對其鎂合金與鋼芯間的接觸電阻有嚴(yán)格的要求，要求其間接觸電阻小于0.001Ω。