镁含量对铝阳极材料组织和电化学性能的影响

摘要：运用合金相电化学原理，向铝中添加合金元素镁，制备成Al－Mg二元合金，试验研究了镁含量对铝合金阳极材料组织与电化学性能的影响。结果表明，合金中Mg₅Al₈相随镁含量增加而增加且分布均匀。组织组成物的阳极性能良好，在浓度为3.5％的NaCl介质中，当w（Mg）从1％提高至30％时，进入稳定状态的开路电位从－0.79 V负移至－1.18 V，阳极极化率亦降低。

　　关键词：铝－镁合金；牺牲阳极；阳极相；电化学性能

　　铝阳极具有理论发生电量大，资源丰富，制造工艺较简单等优点，在理论上是一种很好的牺牲阳极材料。但是铝阳极在使用中存在易钝化，电流效率不高等问题^[1]。目前改善铝基阳极使用性能的有效途径是向纯铝中添加活化元素。添加的主要合金元素有Zn、In、Cd、Sn、Mg、Bi、Hg等。但是有些合金元素，如Cd、Hg会污染环境。所以选择合适的添加元素成为目前国内外铝阳极的研究重点之一^[2-4]。Al-Zn-In系阳极是研究最为活跃的铝阳极，在此基础上再添加其他合金元素如Si、Sn、Mg等，还相继开发出了一系列的阳极材料^[5-8]。Mg的加入量一般为w（Mg）≤2％^[9-11]，关于Mg元素对铝阳极活化作用的研究方面的报道较少。

　　本文依据合金相电化学原理^[12]，向易于在表面产生氧化膜而钝化的纯铝（E_SEC＝－0.78 V）中添加易于活化溶解的Mg元素（E_SCE=－l.5 V），试验研究了随Mg含量增加，合金的组织状态、开路电位以及极化率的变化，以考察Al-Mg合金中α（Al）固溶体和金属间化合物Mg₅Al₈相在介质中的电比学行为。

　　1 试验方法

　　1.1 铝合金熔炼

　　试验原料采用工业高纯铝l A85和l号纯镁。1号至5号试样分别为（元素符号前数字为该元素的质量分数）：Al-1Mg，Al-5Mg，Al-10Mg，Al-20Mg，Al-30Mg。按质量分数称取合金元素，将铝锭置入坩埚，放入电阻炉中，在760℃下完全熔化后，加入镁锭，并且迅速在熔体表面均匀撒上阻燃覆盖剂。待Mg完全熔化后，搅拌均匀，用ZnCl₂精炼，浇铸成Φ20mm×120mm的铸锭，自然冷却。

　　l.2 显微组织分析

　　采用光学显微镜观察组织。

　　1.3 开路电位的测量

　　试样尺寸为Φ20mm×10mm，在其一端面钻孔，引出铜线。另一端面经240＃、360＃、500＃、800＃水砂纸逐级打磨平整光滑后，用丙酮除油，留出100mm2的工作面积。试样其他部分用石蜡涂封。测量装置采用的是三电极测量体系，辅助电极为Pt电极，参比电极为饱和甘汞电极。试验介质为NaCl溶液，C(NaCl)=3.5％。

　　1.4 阳极极化曲线的测量

　　采用北京中腐公司PS-268A型电化学测量系统。待试样开路电位稳定后，动电位扫描法测量极化曲线。电极面积设置为100 mm²，扫描速度为10mV／min，扫描区间Ek在-20mV～-500 mV。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 显微组织

　　镁在铝中的溶解度很大，由Al－Mg二元状态图[13]可以看出，在共晶温度时，最大溶解度为17.4％。在450℃时w（Mg）=35.0％处，发生共晶反应：L＝α（Al）十β（Mg₅Al₈）。当Mg含量较高时，其室温下的组织特征为α（Al）相和β（Mg₅Al₈）相共晶。图1为1号～5号试样的金相照片。从图中可以看出在α固溶体上弥散分布着第二相β，第二相或呈粒状，或呈枝杈状。随着Mg含量的增加，第二相的数量和面积也大幅度地增加，相与相之间的间隔减小，特别是当w（Mg）≥20％时，第二相分布更为密集。由于金属间化合物呈脆性，当β（Mg₅Al₈）相单一且均匀分布于铝基体中时，是一种较理想的组织状态，否则铸锭易脆裂，而且对铝阳极材料的使用性能有不利影响。