適用于低溫海水環(huán)境的高效鋁合金犧牲陽極及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域，涉及一種適用于低溫海水環(huán)境的高效鋁合金犧牲陽極，其特征在于，以鋁為原材料，通過添加鋅、銦、錫、鉍合金元素消除雜質(zhì)元素對(duì)犧牲陽極電化學(xué)性能的影響，其各組成的含量的重量比為：Zn3.2-5.8%，In0.005-0.01%，Sn0.016-0.02%，Bi0.01-0.2%，其中雜質(zhì)元素Fe≤0.10%，Si≤0.1%，Cu≤0.005%，余量為Al。其電化學(xué)性能為：在0～5℃海水溫度范圍內(nèi)，工作電位穩(wěn)定在-1.05～-1.1V(相對(duì)于SCE)，腐蝕產(chǎn)物容易脫落，腐蝕形貌均勻溶解，電容量≥2700A?h/Kg，電流效率≥95%，可用于低溫海水環(huán)境下的金屬結(jié)構(gòu)物的陰極保護(hù)。
【專利說明】適用于低溫海水環(huán)境的高效鋁合金犧牲陽極及其制備工藝
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域，涉及一種在低溫海水環(huán)境中金屬結(jié)構(gòu)物和設(shè)備的陰極保護(hù)用高效鋁合金犧牲陽極。
[0003]【背景技術(shù)】
[0004]海洋中的低溫環(huán)境主要包含兩大區(qū)域:一是高緯度的表層海水，在冬季里海水溫度低于5°C，甚至出現(xiàn)結(jié)冰；二是深海海域，海水溫度隨海水深度的增加而發(fā)生變化，例如:墨西哥灣海水表層溫度為室溫，當(dāng)海水深度增加到610米時(shí)海水溫度降低到5°C。在挪威海域，大西洋和太平洋，甚至熱帶海域例如巴西與西太平洋，在深海區(qū)域海水溫度幾乎都是相同的低溫。
[0005]由于海洋中蘊(yùn)含著豐富的石油天然氣資源和礦石資源，現(xiàn)在世界各國都在加大對(duì)海洋開發(fā)和利用，開發(fā)海洋必然涉及到海洋工程裝備的開發(fā)和保護(hù)，而海洋環(huán)境是最為苛刻的腐蝕環(huán)境，在該環(huán)境下金屬結(jié)構(gòu)物和設(shè)備會(huì)遭受嚴(yán)重的腐蝕破壞，導(dǎo)致服役壽命大大降低。目前近海的海洋平臺(tái)和海底管線大多都采用犧牲陽極進(jìn)行陰極保護(hù)，但目前國內(nèi)海洋環(huán)境中犧牲陽極主要采用Al-Zn-1n、Al-Zn-1n-Cd和Al-Zn-1n-Mg-Ti，此類陽極在近海海域常溫環(huán)境中電化學(xué)性能穩(wěn)定，電容量在2450~2600A*h/Kg，溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物容易脫落。但在低溫海水環(huán)境下，Al-Zn-1n犧牲陽極電流效率為87%，工作電位正移到-1.0V,溶解不均勻，不適宜在低溫條件下使用；A1-Zn-1n-Cd犧牲陽極在低溫條件下的電流效率為84%，工作電位正移到-1.0V，腐蝕產(chǎn)物不脫落，溶解不均勻，不適宜在低溫條件下使用；Al-Zn-1n-Mg-Ti犧牲陽極 在低溫下電流效率為90%，工作電位負(fù)于-1.05V，但該陽極經(jīng)過為期7個(gè)月的實(shí)海實(shí)驗(yàn)后，陽極表面產(chǎn)生大量腐蝕產(chǎn)物附著，產(chǎn)生嚴(yán)重的晶間腐蝕并且伴隨有晶粒脫落現(xiàn)象發(fā)生，不能正常使用。另有專利200810249621.8公開了一種適合于深海環(huán)境中的鋁合金犧牲陽極，其組分為Al-Zn-1n-Mg-T1-Ga-Mn，該陽極在低溫環(huán)境中的工作電位為-1.05~-1.10V,電流效率90%，但此犧牲陽極添加元素較多，熔煉工藝復(fù)雜，成本高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]總之，現(xiàn)有犧牲陽極存在著兩個(gè)不足:一是電化學(xué)性能不高，電位過正，電流效率低；二是熔煉工藝復(fù)雜，成本高。本發(fā)明克服以上不足，研制了適用于低溫海水環(huán)境中的高效Al-Zn-1n-Sn-Bi五元鋁合金犧牲陽極，目前該陽極尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于適用于低溫海水環(huán)境的犧牲陽極材料較少，且效率在90%左右，本發(fā)明的目的是進(jìn)一步提高陽極的電化學(xué)性能，采用常規(guī)的熔鑄方法配制一種新型的高效的鋁合金犧牲陽極材料，使其在海水溫度O~5°C范圍內(nèi)，工作電位符合陰極保護(hù)設(shè)計(jì)要求，腐蝕產(chǎn)物容易脫落，溶解均勻，電容量≥2700 A*h/Kg，電流效率≥95%。該陽極材料可以廣泛應(yīng)用于低溫海水環(huán)境中，為海洋工程結(jié)構(gòu)物和設(shè)備提供長期有效的陰極保護(hù)。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種適用于低溫海水環(huán)境的高效鋁合金犧牲陽極，以鋁為原材料，通過添加鋅、銦、錫、鉍合金元素消除雜質(zhì)元素對(duì)犧牲陽極電化學(xué)性能的影響，其各組成的含量的配比為:Zn 3.2-5.8%, In 0.005-0.01%, Sn 0.016-0.02%, Bi 0.01-0.2%，余量為Al，其中Al中含有雜質(zhì)元素Fe ( 0.10%, Si ( 0.1%，Cu ( 0.005%。
[0010]一種制備適用于低溫海水環(huán)境的高效鋁合金犧牲陽極的工藝，其特征在于，該制備工藝采用熔鑄法，熔煉前先將鋁錠和鋅錠預(yù)熱到100°c，以去除鋁錠和鋅錠中的水分；然后將鋁錠置入高溫加熱爐加熱，加熱至670~700°C，使鋁錠剛過完全熔化，以目視無固體鋁錠為準(zhǔn)，再按照配方比例加入鋅錠。繼續(xù)加熱，待鋁液和鋅液的混合液溫度升到720-750°C時(shí)，停止加熱；用小坩堝S取鋁液和鋅液的混合液，按照配方比例將銦錠、錫錠和鉍錠用鋁箔包裹好加入小坩堝，攪拌使之溶解，再倒入高溫加熱爐中，使其充分熔融并用石墨棒攪拌均勻。再澆鑄到模具中，冷卻后即為適合于低溫海水環(huán)境的高效鋁合金犧牲陽極。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:在O~5°C海水溫度范圍內(nèi)，開路電位負(fù)于-1.10V(相對(duì)于SCE)，工作電位穩(wěn)定在-1.05~-1.1V (相對(duì)于SCE)，腐蝕產(chǎn)物容易脫落，腐蝕形貌均勻溶解，電容量≥2700 A*h/Kg,電流效率≥95%。
[0012]
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會(huì)隨著描述而更為清楚。但這些實(shí)施例僅是范例性的，并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的細(xì)節(jié)和形式進(jìn)行修改或替換，但這些修 改和替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0014]實(shí)施例1:
鋁合金犧牲陽極配方為=Zn 3.2%，In 0.007%, Sn 0.018%, Bi 0.01%，余量為Al，其中Al 中含有雜質(zhì)元素 Fe 0.092%, Si 0.07%, Cu ( 0.001%,
該制備工藝采用熔鑄法，熔煉前先將鋁錠和鋅錠預(yù)熱到100°C，以去除鋁錠和鋅錠中的水分；然后將鋁錠置入高溫加熱爐加熱，加熱至670~700°C，使鋁錠剛過完全熔化，以目視無固體鋁錠為準(zhǔn)，再按照配方比例加入鋅錠。繼續(xù)加熱，待鋁液和鋅液的混合液溫度升到720-750°C時(shí)，停止加熱；用小坩堝S取鋁液和鋅液的混合液，按照配方比例將銦錠、錫錠和鉍錠用鋁箔包裹好加入小坩堝，攪拌使之溶解，再倒入高溫加熱爐中，使其充分熔融并用石墨棒攪拌均勻。再澆鑄到模具中，冷卻后即為適合于低溫海水環(huán)境的高效鋁合金犧牲陽極。
[0015]實(shí)施例2
鋁合金犧牲陽極配方為=Zn 4.15%，In 0.01%, Sn 0.016%, Bi 0.08%，余量為Al，其中Al中含雜質(zhì)元素Fe 0.087%, Si 0.05%, Cu ( 0.001%，制備工藝同實(shí)施例1。
[0016]實(shí)施例3
鋁合金犧牲陽極配方為=Zn 5.8%，In 0.005%, Sn 0.02%, Bi 0.2 %，余量為Al，其中Al中含雜質(zhì)元素Fe 0.077%, Si 0.05%, Cu ( 0.001%，制備工藝同實(shí)施例1。[0017] 表1本實(shí)施例的適合低溫海水環(huán)境的高效鋁合金犧牲陽極的電化學(xué)性能。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于低溫海水環(huán)境的高效鋁合金犧牲陽極，其特征在于，以鋁為原材料，通過添加鋅、銦、錫、鉍合金元素消除雜質(zhì)元素對(duì)犧牲陽極電化學(xué)性能的影響，其各組成的含量的配比為:Zn 3.2-5.8%，In 0.005-0.01%, Sn 0.016-0.02%, Bi 0.01-0.2%，余量為 Al，其中 Al 中含有雜質(zhì)元素 Fe ( 0.10%, Si ( 0.1%，Cu ( 0.005%。
2.一種制備權(quán)利要求1中的適用于低溫海水環(huán)境的高效鋁合金犧牲陽極的工藝，其特征在于，該制備工藝采用熔鑄法，熔煉前先將鋁錠和鋅錠預(yù)熱到100°C，以去除鋁錠和鋅錠中的水分；然后將鋁錠置入高溫加熱爐加熱，加熱至670~700°C，使鋁錠剛過完全熔化，以目視無固體鋁錠為準(zhǔn)，再按照配方比例加入鋅錠。繼續(xù)加熱，待鋁液和鋅液的混合液溫度升到720-750°C時(shí)，停止加熱；用小坩堝S取鋁液和鋅液的混合液，按照配方比例將銦錠、錫錠和鉍錠用鋁箔包裹好加入小坩堝，攪拌使之 溶解，再倒入高溫加熱爐中，使其充分熔融并用石墨棒攪拌均勻。再澆鑄到模具中，冷卻后即為適合于低溫海水環(huán)境的高效鋁合金犧牲陽極。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK103774154SQ201410016383
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】王海濤, 劉光洲, 王輝, 劉雪雷 申請(qǐng)人:青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司