引言:我国镁资源丰富,占世界镁矿资源的70%以上。当前镁及镁合金全球有近100万吨的产量,虽明显不及铝合金的产量,但镁合金在轻量部件制造、医疗以及矿物冶炼等方向开展了大范围的研究和应用。本文展开论述镁及镁合金在牺牲阳极、建筑模板、电动工具和油气压裂球等方向的应用。镁合金是轻量化材料,耐碱性腐蚀,但在酸性和盐等条件下易形成电偶腐蚀。借助镁合金独特的物理和化学特性,赋予镁合金在特定工况下的潜在应用。
“文章内容来源于镁合金文献和大量的镁合金推广应用报道。本公众号仅做汇总和阐述。在此感谢各位前辈在镁及镁合金行业的开拓和付出”。所述并不详尽(尤其缺乏国外相关单位信息),欢迎留言沟通,促成镁合金更广泛的研究和应用。
前沿
本公众号前文已经介绍了镁合金的发现和发展、镁合金在汽车领域的应用、镁合金在轨道列车领域的应用、镁合金在航空航天领域的领用、镁合金在自行车、电动两轮车等领域(前面少写摩托车方向,写在这)的应用、镁合金在武器装备领域的应用、镁合金在计算机、消费电子、通信领域的应用、镁及镁合金在医疗领域的应用。
热水器是日常生活中常常接触的一种电器。在热水器中,有一种镁合金产品,其是热水器中的一个关键部件,它起着防止水中矿物质(水碱水垢)沉积在加热管上,保护内胆和加热管,从而延长热水器使用寿命的重要作用。
该镁合金产品为镁棒。热水器内胆通常为Fe铁等元素构成,在自来水中,Fe容易腐蚀生锈。在热水器中加入镁棒,由于镁比Fe具有更高的电负性,由于化学作用Mg和Fe等将形成原电池。镁棒作为原电池的阳极,更容易成为镁离子,而Fe(内胆)作为阴极,被抑制发生电解(腐蚀),从而起到保护内胆的作用。在使用过程中,镁棒被腐蚀而内胆完好无损。这就是牺牲阳极保护阴极的原理。
(备注:牺牲阳极阴极保护是用比钢铁 对地电位 低的金属如镁合金、铝合金和锌合金制成的阳极及与被保护物(石油管线、热水器内胆等)连接,以阳极的腐蚀为代价,使被保护物不被腐蚀)
镁棒的作用:有效抑制水垢凝结在水箱内壁上和发热管上以及出水管件内壁,如果水垢长时间积累会腐蚀内胆穿孔;水垢凝结在发热管上久而久之会越来越厚,影响加热速度而耗电,水垢凝结在出水管件也会导致越来越后而堵塞。镁棒氧化分解镁分子稀释水垢凝结但会沉淀在里面,因此还要每年或两年定期排污清洗更换镁棒!
镁棒除在家用热水器中使用外,还工业热水器、地下及淡水中的输油、输气、供排水管线、地下电缆、化工、通讯、港湾、船舶、闸库门等工程的防腐保护。
镁牺牲阳极材质通常为AZ31B、AZ63B或M1C镁合金。执行标准为ASTM B 843-2007《Standard Specification for Magnesium Alloy Anodes for Cathodic Protection》、GB/T 17731-2015《镁合金牺牲阳极》。
镁合金牺牲阳极的生产工艺可分为分为铸造阳极和挤压挤压阳极两种。铸造阳极是通过铸造工艺将镁合金熔液浇铸成所需形状的阳极;而挤压阳极则是通过挤压工艺将镁合金材料加工成特定形状的阳极。其中,AZ31B、AZ63B(少量)、M1C可采用挤压法制备,AZ63B、M1C可采用铸造法制备。产品形状为梯形、D型、圆棒状、棒状和异型外观。
镁牺牲阳极的使用:镁合金牺牲阳极应与被保护金属之间通过导线连接,确保电子能够顺畅地流动,连接方式应牢固可靠,以防止在使用过程中发生脱落或短路等故障。
镁合金在建筑模版领域的应用
建筑模版
镁合金建筑模版(图片来源:钜宝镁业)
镁合金模板目前的加工方式主要分为压铸和挤压+焊接工艺制备。镁合金面临的技术瓶颈:
镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一 镁的比重是1.74g/cm3,只有铝的2/3、钛的2/5、钢的1/4;镁合金比铝合金轻36%、比锌合金轻73%、比钢轻77% 镁的强度和硬度比钢低,但镁合金的比强度高于铝合金和钢,略低于比强度最高的纤维增强塑料。比刚度与铝合金和钢相当,远高于纤维增强塑料 耐磨性能比低碳钢好得多,已超过压铸铝合金A380 减振性能比铝高30倍 磁屏蔽性能远优于铝合金 比塑料高200倍的导热性能 其热膨胀性能只有塑料的1/2 镁合金铸造相对于铝合金,模具寿命长,模具可使用20万模以上 机加工切削容易,相对铝合金延长刀具寿命近1倍时间,表面加工光洁度好
镁合金、铝合金、钢、ABS等机械性能对比
镁合金 电动工具(来源:重庆镁业网站)
镁合金在电动、气动工具零部件应用(来源:压铸周刊)
镁合金在摩托车上的应用零部件(来源:重庆镁业官网)
镁合金在可溶桥塞、压裂球上的应用
可溶桥塞/球使用过程 (桥塞注入-固定-岩打孔-塞可溶球-压裂-桥塞降解)
可溶桥塞用于直井、水平井的多层压裂作业,采用可溶镁合金和橡胶材料,实现桥塞的完全降解。桥塞本体材料:可溶镁合金,该材料可以在含有电解质的水中溶解,溶解速度与其使用的温度及氯根浓度有关。
根据固定方式、工作压力、工作温度、有效密封时间和充分溶解时间(溶解速率)的不同而具有不同的桥塞型号。产品特点:1.桥塞长度短,制造成本低,加快溶解效率;2.溶解彻底;3.采用剪切螺栓结构,坐封力精确;4.工作压力满足 50-70Mpa、井温 20℃以上(-120℃)工作范围。
可溶桥塞(图片来源:博信精密)
根据要求(使用温度、矿化度、承压等条件)制备可溶压裂球类型。
可溶性球座和可溶球的溶解,球座定位筒作为套管的一部分预先下入井内,并通过坐封工具将可溶性球座送入球座定位筒实现坐封;改造时,投入可溶性压裂球分隔下部产层进行射孔,最终完成储层改造
镁合金在其他品类上的应用
镁合金托盘
镁合金蚀刻板
镁合金 水泥刮板 抹子
镁合金太阳花(林泰镁)
镁合金 梯子
镁合金 户外 头灯
期望镁的应用越来越广泛...
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