镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法

镁合金牺牲阳极电化学性能测试 ????? GB/T X X X X X—200X GB/T XXXXX—200X 镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法 Test method for electrochemical properties of magnesium alloy sacrificial anode (送审稿 ) 200X－XX－XX发布 200X－XX－XX实施 GB/T XXXXX—200X 前 言 本标准等同采用美国ASTM G 97-1997标准，增加了挤压镁阳极取样、试样制备及电化学性能测试方 法。 本标准由中国有色金属工业协会提出。 本标准由全国有色金属标准化技术委员会归口。 本标准负责起草单位：广灵镁业科技有限责任公司、维恩克材料技术有限公司。 本标准参加起草单位：XXX、XXX、XXX、XXX。 本标准主要起草人： 本标准由全国有色金属标准化技术委员会负责解释。 1 GB/T XXXXX—200X 镁合金牺牲阳极电化学性能测试方法 1 范围 1.1 本试验方法描述一种实验步骤：测量镁牺牲阳极试样在饱和硫酸钙和氢氧化镁介质中工作时的两个 基本性能，即电极（氧化电位）和试样损失每单位质量所得到的安培小时（Ah）。安装于地下的镁阳极通常被一种填充材料所环绕，这种填充材料的典型成份是：75%的石膏（CaSO?2HO），20%的膨润土及5%的42硫酸钠。硫酸钙、氢氧化镁试验电解液模拟一种阳极材料长期处于石膏-膨润土-硫酸钠填充料的环境。 1.2 本试验方法确定为阳极材料制造者或使用者的质量保证，然而长期现场性能现可能不等同于用这 种实验室的试验方法获得的性能特性。 1.3 本标准的主旨并不是针对解决所有的安全事项，如果能解决，也与其应用有关。本标准的使用者有 责任建立合适的安全和卫生条例，并在使用之前确定规章的适用范围。对特殊的预防和保护措施，参看5 及6.1.3。 2 方法原理 已知直流电流经串联联接的试验电池，每个试验电池由一个预称重的镁合金试样作为阳极，一个钢制 坩埚容器作为阴极和一种已知的电解液组成，在14天试验期间以及电流关闭试验结束1h后多次测量试样的氧化电位，并测量流经电池总的安培小时（Ah），试验结束后，每个试样清洗、称重，计算试样损失每 单位质量获得的安培小时。 3 基本试验装置 3.1 直流电源（可选的）：至少可供电2mA及12V。 3.2 钢制阴极试验坩埚：如图1所示。 3.3 铜库仑计：如图2所示，或电子库仑计。 3.4 饱和甘汞参比电极。 3.5 电位计，输入阻抗?10 7Ω。 3.6 天平：最大称量100g，感量0.1mg。 3.7 烘箱，温度?110?。 4 试剂 4.1 电解液为饱和硫酸钙一氢氧化镁溶液：将5.0g试剂级硫酸钙CaSO?2HO、0.1g试剂级氢氧化镁42Mg(OH)加入1000mL的IV型或更高的试剂级水中。 234.2 库仑计溶液：将235g试剂级CuSO?5HO、27mL98%的HSO、50cm未变性的乙醇加入900mL的IV型4224 或更高的试剂级水中。 4.3 阳极清洗液：将250g试剂级CrO加入到1000mL的IV型或更高的试剂级水中。 3 5 预防和保护措施 5.1 使用库仑计溶液和清洗液时，要求对眼睛和皮肤进行保护，必须在通风实验柜中进行试样的清洗。 5.2 清洗液的处理应符合相应的法律法规。 2 GB/T XXXXX—200X 12.7mm直径孔（参比电极） 12.7mm直径孔（阳极） 14号橡皮塞 Φ8~Φ32黄铜螺栓螺母联结 Φ76mm40#钢管—长165mm、容积约625mL 约3mm厚塑料浇铸在底部（环氧树脂更好） 焊盘至钢管 图1 试验用坩锅构造示意图 18号铜丝，用接线片联结 预称重的铜阴极线，直径Φ0.51mm Φ8~Φ32机加工螺栓和螺母 13#橡皮塞 300mL玻璃烧杯 2个1.5mm～6mm铜阴极片 电解液 图 2 铜库仑计 6 试样制备 6.1.1 图3为从一铸造阳极上取样及制样的典型示意图，因为无法列出铸造阳极所有的尺寸和形状，所 以取样方法只能是示意性的，沿铸造阳极宽度方向离边缘约13mm处截得所需试样，从铸造阳极上锯得的 试样尺寸为16mm×16mm×180mm，然后对每个试样进行机械加工，首先机械加工的正方截面（其上应加盖 标记号），然后用加工速度为800r/min、进刀速率为0.5mm/转、切割深度?1.9mm的加工方法获得直径为12.7mm试棒，并将加工好的试样切割成152mm长，其中一端为加工面。 6.1.2从一挤制的镁阳极成品中部沿阳极宽度方向截得所需试样5支，并将试样按照6.1.1的加工方法进行加工,将加工端面用水和丙酮清洗烘干后用环氧树脂封好。 6.1.3 在切割和加工过程中产生的镁屑易引起燃烧，镁的加工处理步骤应该非常小心。 6.1.4 建议使用具有以下特性的带锯和电动弓形锯加工镁阳极。 3 GB/T XXXXX—200X 6.1.4.1 锯片的齿距--带锯（齿/cm）=1.6~2.4，电动弓形锯=0.8~2.4。 6.1.4.2 锯齿外钮倾角（cm）--带锯=0.05~0.13，电动弓形锯=0.038~0.076。 006.1.4.3 端面突出角-带锯=10~12。 006.1.4.4 间隙角-带锯、电动弓形锯=20~30。 典型的7.7kg铸造镁阳极 锯切后截面图 锯切块，约16mm×16mm×180mm 机加工样品：Φ12.7mm×152mm （注：直径为12.7?0.2mm，一端为加工平面） 图 3 从铸造阳极上制取试样 6.2 用水和丙酮清洗每个机加工试样，然后在烘箱中105?下干燥30min，冷却，称重，精确至0.1mg。 注意：用丙酮清洗后，为避免试样污染，必须戴手套拿试样。 6.3.1 铸造镁阳极试棒从加工端面100mm处开始到距未加工端面13mm处，用导电胶带罩住每个称重的试 2样，浸入电解液的区域是加工端面及长度为100mm的侧面，浸入面积为41.2cm，通过试验电路的电流为 21.6mA，阳极电流密度为0.039mA/cm。 6.3.2 挤制镁阳极试棒从用环氧树脂封好的加工端面103mm处开始到距未加工端面10mm处，用导电胶带 2罩住每个称重的试样，浸入电解液的区域是加工端面及长度为103mm的侧面，浸入面积为41.2cm（用环 2氧树脂封好的加工端面面积不计）通过试验电路的电流为1.6mA，阳极电流密度为0.039mA/cm。 6.4 用软塑料刷洗试验坩埚，若试验坩埚表面完全被一种高电阻涂层所覆盖（这种涂层将导致无法得到 所需电流），必须用喷吵、金属丝刷或刮削等方法去除表面的硬质粘结沉积 4 GB/T XXXXX—200X 6.5 若欲用铜库仑计代替电子库仑计，则铜库仑计的制备如图2所示，用细磨料（00#或更高）研磨库仑计导线，然后在烘箱中105?下干燥15min后冷却，在装入库仑计之前称重，浸入库仑计溶液的铜丝长度 为10mm ~50mm，将铜片阳极装入库仑计溶液之前必须进行清洗，铜丝和铜片的纯度应?99.9%。 6.6 图4是完整的试验电路示意图，回路导线是18#绝缘绞合铜线，每根导线的各端用锷鱼夹子夹住，只 有在测量氧化电位时，才用甘汞电极。 7 操作步骤 7.1 将阳极试验电解液加入阴极试验坩埚，溶液距顶端约15mm。 7.2 将试样插入14#橡胶塞中，然后装入阴极试验坩埚。 7.3 试验电路如图4所示。 7.4 打开电源，调节电流至1.6mA，定期检查以保证电流为恒定值。 7.5 用一饱和甘汞电极和一电位计，在第1天、第7天、第14天测得试样的闭路电位，每个试样电位测 定试验电路如图4所示，进行测量时，甘汞参比电极的尖端必须处于试液表面10mm内。 接电位计 P：直流电源； C：Cu-CuSO库仑计或电子库仑计； 4 E：甘汞电极 图 4 试验电路示意图 7.6 试验期间，电解液的温度应保持在22??5?范围内。 7.7 试验14天后，关闭电源。1h后测量试样的开路电位，测量方法等同于7.5闭路电位的测量方法。 7.8 试验完毕后，先拆除试样上的导线，然后将试样从电解液中取出，并拔去橡胶囊，最后将试样上的 导电胶带去掉。 7.9 将一未试验试样放入预加热至60?~80?的清洗液中，并放置10min，然后用自来水清洗，最后在 烘箱中105?下干燥30min，如果该试样质量损失大于5mg，则倒掉清洗液；如果该试样质量损失小于5mg， 则把试验过的试样和未试验的试样一同放置在60?~80?的清洗液中10min，然后用自来水清洗，并在烘 5 GB/T XXXXX—200X 箱中105?下干燥3h，如果未试验试样的质量损失大于5mg,则重复试验。 7.9.1 另一种清洗方法为浸入室温清洗液30min代替浸入60?~80?清洗液10min。 7.10 如果用铜库仑计，则去掉库仑计上的导线，然后用自来水清洗，最后在烘箱中105?下放置30min。 7.11 将试样、未试验的样品以及铜库仑计导线从烘箱中取出，冷却到室温，精确称量至0.1mg。 注意:为了避免污染试样和库仑计导线，在称重过程中应该戴手套。 8 计算及 8.1 计算并报告在14天试验期间流经试验电池的Ah。 8.1.1 若用铜库仑计，按（1）计算Ah： =（0.8433）（-）……………………………………（1） A?h MM21 式中： 0.8433——常数，单位为安培/小时/克（Ah/g）； ? ——铜库仑计导线的最后质量，单位为克（g）； M2 ——铜库仑计导线的初始质量，单位为克（g）。 M1 8.1.2 若用电子库仑计，按公式（2）计算Ah： A?h =（从库仑计上测得的第二次安培值）/3600……………………………（2） 8.2 计算并报告每块试样损失每单位质量得到的Ah值，按公式（3）计算： A?h/g =（A?h）/（M- M）……………………………（3） Mg1Mg2 式中： M——镁阳极试样的初始质量，单位为克（g）； Mg1 M——镁阳极试样的最后质量，单位为克（g）。 Mg2 8.4 计算并报告每块试样的电流效率U: U = A?h/g/Z……………………………………………………（4） 式中： A?h/g——每块试样损失每单位质量得到的Ah值, 单位为安培/小时/克（A?h/g）； Z ——理论电容量, 单位为安培/小时/克（A?h/g）。 8.5 记录每块试样的闭路及开路电位值。 9 精密度 9.1 下列准则用来在5%的置信度水平上判定结果的接受性。 9.1.1 重复性 若5个样品的试验结果平均值与由同一操作员获取的该组样品重复试验的结果平均值之差超过下列范 围，则试样结果值得怀疑： A?h/g值 0.06A?h/g 最后闭路电位 0.01V 开路电位 0.02V 9.1.2 再现性 若1个实验室提供的5个样品试验结果的平均值与另一实验室提供的同组样品试验结果的平均值之差 超过下列范围，则两个实验室各自获得的同组样品的试样结果值得怀疑： A?h/g值 0.15A?h/g 最后闭路电位 0.05V 开路电位 0.08V 9.1.3 由于铸锭的非均匀性，取自同一铸锭的试样不可能完全一样，确保被评测的试样等同性的方法是 6 GB/T XXXXX—200X 对一块试样重复试验。重复试验前，应通过机加工使试样表面光滑，必须测量新的直径，并调节电流使得 2重复试验电流密度为0.039mA/cm。 9.2 本试验方法测得的电位值和Ah/g值，并不一定适合应用现场。应用现场得到的Ah/g值有可能大于试验值，然而，实际试验对比还无法获得实验室和现场结果的精确对应关系。 7