一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，由以下质量百分比的组分组成：锌3.5-5.5wt％，铟0.01-0.05wt％，铒0.05-2wt％，杂质总量≤0.15wt％，余量为铝。制备方法采用在常压、动态氩气保护下的高频感应熔炼，按各组分质量百分比分别计算和量取Al-Zn合金、Al-In合金、Al-Er合金和纯铝放入高频感应熔炼炉中，加热到700-760℃后保温10-15min，用铸钢模具浇注，浇注温度为720℃，浇注前铸钢模具300℃预热20min；冷却后取出，即为所述Al-Zn-In-Er牺牲阳极。本发明专利技术的阳极工作电位为-1.1～-1.05V，电流效率≥85％，腐蚀产物易脱落，表面溶解均匀，合金组织得到细化，α-Al枝晶平均尺≤25μm，其维氏硬度≥32HV。具有良好电化学性能的同时，其力学性能得到改善，适用于对工作在水环境中的钢铁构件尤其是大型复杂构件的阴极保护。

Al-Zn-In-Er sacrificial anode and preparation method thereof

The invention discloses a Al-Zn-In-Er sacrificial anode, consists of the following components: the mass percentage of indium zinc 3.5-5.5wt%, 0.01-0.05wt%, er 0.05-2wt%, total amount of impurities is less than or equal to 0.15wt%, the other is aluminum. The preparation method by induction melting under argon at atmospheric pressure, dynamic, according to the mass percentage of the components were calculated and measured Al-Zn alloy, Al-In alloy, Al-Er alloy and pure aluminum in high frequency induction melting furnace, heat insulation 10-15min to 700-760 deg.c, with casting steel casting mold, pouring temperature is 720 DEG C, before pouring steel mold preheating 300 DEG 20min; after cooling, the sacrificial anode Al-Zn-In-Er. The anode working potential of the invention is -1.1 ~ -1.05V, the current efficiency is more than 85%, the corrosion product is easy to fall off, uniform surface dissolution, microstructure refinement, alpha -Al dendrite average less than or equal to 25 mu m, the Vivtorinox hardness more than 32HV. At the same time, its mechanical properties are improved, which is suitable for cathodic protection of steel components, especially large and complex components, in water environment.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于腐蚀与防护
，具体涉及一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法。
技术介绍
金属腐蚀是金属设备和构件失效的主要形式之一，带来了巨大的经济损失，造成了一些灾难性的事故，消耗了宝贵的资源。牺牲阳极阴极保护是一种重要的电化学防腐方法，它是将被保护的金属与电位更负的活泼金属相连，组成电偶电池，依靠牺牲阳极不断溶解所产生的阴极电流来实现阴极保护。牺牲阳极阴极保护因具有不需要外部电流、施工安装简单、造价便宜、尤其在低电阻环境中运行良好等优点，得到了广泛应用。牺牲阳极材料必须满足具有足够负且稳定的开路和闭路电位、理论电容量大、电流效率高、表面溶解均匀、无毒害，具有一定的力学性能等条件。工程中常用的牺牲阳极材料主要有镁、锌、铝三大类。铝合金阳极与镁、锌基阳极相比，具有下列优点：比重小、电化当量为2890A·h·kg-1，为锌的3.6倍，镁的1.35倍；电极电位负，对钢铁驱动电位适中；工作时无毒，无有害气体，不污染环境，使用寿命长。从节约能源、安全和环保等方面考虑，铝基合金是理想的阳极材料；在自然资源方面，铝的矿藏量较其他金属都丰富，全世界年产量也相当高，为生产提供了广泛的材料来源。因此，铝基阳极自20世纪60年代开发成功后，得到了广泛应用。自然状况下，纯铝表面极易生成致密的钝化膜，使铝的电位正移，不能够连续溶解。研究表明，铝中添加某些合金元素，如锌、镁、铟、锡等可以部分取代铝晶格上的铝原子，使这些部位成为铝氧化膜的缺陷，以限制或阻止铝表面形成连续致密的氧化膜，从而促进表面活性溶解。目前使用最广泛的铝合金牺牲阳极材料有Al-Zn-Hg系、Al-Zn-Sn系、Al-Zn-In系。Al-Zn-Hg系阳极虽然性能较好，但合金元素Hg对人体和环境都有不利影响，使其使用受到限制；Al-Zn-Sn系阳极电流效率约70％，需进行热处理之后才能达到理想效果；Al-Zn-In系合金由于无毒无害，电流效率高，成为当今使用最广泛的牺牲阳极材料。目前，国内外大多数研究都是以Al-Zn-In系合金为基础，从改变成分含量、添加合金元素和改变热处理工艺等方面来提高阳极性能。中国专利申请号200710189863.8公布了一种添加镁、钛的铝锌铟系阳极，中国专利申请号200910308983.4公布了一种含镓元素的铝锌锡系阳极及其制备方法，中国专利申请号201010516697.X公布了含镁、硅、锡的铝锌铟系阳极。上述研究都主要以提高材料的电流效率、实际电容量或是改善合金的溶解形貌为目的，而忽略了阳极力学性能对阳极安装、使用过程的影响，尤其是复杂环境下异型阳极的装备过程中，对阳极力学性能有更高的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种通过微合金的方法来改善阳极组织，提高阳极电化学和力学性能，改善溶解均匀性的Al-Zn-In-Er牺牲阳极。本专利技术采用如下技术方案解决上述技术问题：一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，由以下质量百分比的组分组成：锌3.5-5.5wt％，铟0.01-0.05wt％，铒0.05-2wt％，杂质总量≤0.15wt％，余量为铝。所述杂质中的铁含量占阳极总量≤0.1wt％。铒的质量百分比为0.1-1wt％。所述锌、铟、铒、铝分别以中间合金的形式加入，中间合金分别为含10wt％Zn的Al-Zn合金、含0.1wt％In的Al-In合金、含4wt％Er的Al-Er合金。一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极的制备方法，采用在常压、动态氩气保护下的高频感应熔炼，按各组分质量百分比分别计算和量取Al-Zn合金、Al-In合金、Al-Er合金和纯铝放入高频感应熔炼炉中，加热到700-760℃后保温10-15min，用铸钢模具浇注，浇注温度为720℃，浇注前铸钢模具300℃预热20min；冷却后取出，即所述Al-Zn-In-Er牺牲阳极。本专利技术通过加入合金元素铒来提高阳极性能，铒在铝中的平衡固溶度很低，几乎不溶，合金在凝固结晶过程中，铒在固液界面前沿大量富集，使得界面附近铒含量升高，合金达到共晶成分时，形成α-Al和Al3Er的共晶组织，阻碍了枝晶的正常生长，使枝晶细化；在共晶反应时，界面前沿由于铒富集加剧，超过共晶成分，直接从熔体中形成高熔点的Al3Er颗粒相。这类直接从熔体中生产的Al3Er相满足充当非均质形核核心的作用，能够促进合金形核，细化合金晶粒。通过对晶粒的细化和组织形态的改变，可以改善合金的溶解形貌，一定程度上提高电流效率。而且，晶粒细化后产生细晶强化作用，合金的力学性能得到提高。合金元素的加入量必须控制在一定范围内，若加入量过少，作用不明显，若加入量过大，第二相数量增加，对合金的电流效率和溶解形貌都会产生不良影响。进行不同配比的合金试验，其中铒的优选范围在0.1-1wt％。对本专利技术阳极按照GT/T4948-2002标准规定的电化学性能测试方法测量电流效率，用硬度试验机测量维氏硬度。阳极工作电位为-1.1～-1.05V，电流效率≥85％，腐蚀产物易脱落，表面溶解均匀，其维氏硬度≥32HV。本专利技术与现有技术相比，主要有以下优点：(1)阳极活化性能好，电位合理，其工作电位≥-1.05V，钢的保护电位为-0.85V，并且有足够的驱动电位；(2)电流效率和溶解形貌得到改善，电流效率≥85％，腐蚀产物易脱落；(3)阳极晶粒得到细化，组织得到改善，α-Al枝晶平均尺寸≤25μm，维氏硬度≥32HV，阳极的力学性能得到较大提高，能够满足特殊环境下异型阳极的安装和服役条件。具体实施方式实施例1一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，由以下质量百分比的组分组成：Zn4.5wt％、In0.02wt％、Er0.2wt％、杂质含量≤0.15wt％、其余为铝。杂质中铁≤0.1wt％。锌、铟、铒、铝分别以中间合金的形式加入，中间合金分别为含10wt％Zn的Al-Zn合金、含0.1wt％In的Al-In、含4wt％Er的Al-Er。中间合金用真空电弧熔炼炉反复熔炼三次得到，确保成分均匀。Al-Zn-In-Er牺牲阳极的制备方法，采用在常压、动态氩气保护下的高频感应熔炼，按各组分质量百分比分别计算和量取Al-Zn合金、Al-In合金、Al-Er合金和纯铝放入高频感应熔炼炉中，加热到720℃后保温15min，用铸钢模具浇注，浇注温度为720℃，浇注前铸钢模具300℃预热20min；冷却后取出，即为所述Al-Zn-In-Er牺牲阳极。对制备的阳极按照GT/T4948-2002标准规定的电化学性能测试方法测量电流效率，用硬度试验机测量维氏硬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Al‑Zn‑In‑Er牺牲阳极，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：锌3.5‑5.5wt%，铟0.01‑0.05wt%，铒 0.05‑2wt%，杂质总量≤0.15wt%，余量为铝。

【技术特征摘要】
1.一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：锌3.5-5.5wt%，铟0.01-0.05wt%，铒0.05-2wt%，杂质总量≤0.15wt%，余量为铝。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，其特征在于，所述杂质中的铁含量占阳极总量≤0.1wt%。
3.根据权利要求1所述的一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，其特征在于，铒的质量百分比为0.1-1wt%。
4.根据权利要求1所述的一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，其特征在于，所述锌、铟、铒、铝分别以中间合金的形式加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：许征兵，李航，魏兵，曾建民，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45