高電位鎂合金犧牲陽極熔鑄技術研究項目實施方案

一．    主要研究內容

二．    項目市場分析

三．    項目目標

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

四．項目實施方案

4.1 設備方案

購進國內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)。具體設備列表如下：

表4-1 項目所需設備一覽標

項次    設      備  用      途

    系    統(tǒng)    設備名稱    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,自有知識產權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 鎂合金生產的配料

鎂合金生產時配料的準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，所以合金生產中的配料環(huán)節(jié)是關系到最后合金質量的大事。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，確保熔體中的雜質全部與熔劑絡合。精煉后取出攪拌器并關掉加熱裝置開始降溫到660℃，待熔體中的雜質含量沉降到一定指標后需檢測合金的成分，合格后將熔體轉入保溫爐中。

圖4-1 AZ91D生產工藝曲線圖

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樣校準

2   電化學性能  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

4. 4.1 電化學性能

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

表4-4 鎂合金犧牲陽極電化學性能表

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格的要求，要求其間接觸電阻小于0.001Ω。