一种适用于高电阻率环境中的铝合金阳极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于高电阻率环境中的铝合金阳极及其制备方法，属于腐蚀与防护的技术领域。本发明专利技术由以下重量百分比的元素组成：锌4.0~6.0%；铟0.015~0.030%；硅0.05~0.40%；锡≤0.02%；钛≤0.03%；杂质含量：铁≤0.07%，铜≤0.001%；余量为铝。本发明专利技术不但在海水中有极好的性能，还可以用于性能要求更高的地方，包括海底泥和低盐度的水，例如入海口和海湾，其电位随电阻率增大而衰减的明显比普通铝阳极小；在70~80Ω·cm淡海水中，工作电位负于‑1.05V，电容量高于2600 A·h/Kg；特别适用于海底采油树、管汇以及海底沉管式隧道外壳等结构的阴极保护，经济实用。

Aluminum alloy anode suitable for high resistivity environment and preparation method thereof

The invention discloses an aluminum alloy anode suitable for high resistivity environment and a preparation method thereof, belonging to the technical field of corrosion and protection. The present invention elements formed by the mass percent of 4.0~6.0% zinc indium; 0.015~0.030%; silicon 0.05~0.40%; tin = 0.02%; Ti = 0.03%; impurity content of iron is less than 0.07%, copper is less than or equal to 0.001%; the other is aluminum. The invention not only has excellent performance in seawater, but also can be used for higher performance requirements, including the seabed mud and low salinity water, such as estuaries and bays, the potential increases significantly with resistivity attenuation than ordinary aluminum anode; 70~80. Cm in brackish water, working potential to 1.05V, A, capacity is higher than 2600 h/Kg; cathodic protection is especially suitable for subsea trees, manifold and submarine immersed tube tunnel shell structure, economical and practical.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高电阻率环境中的铝合金阳极及其制备方法
本专利技术属于腐蚀与防护的
，特别是指一种适用于高电阻率环境中的铝合金阳极及其制备方法。
技术介绍
海洋是最为苛刻的自然腐蚀环境，金属结构不可避免地要遭受海水、海泥的腐蚀。铝合金牺牲阳极阴极保护是金属结构物在海水、海泥、盐水中防腐的重要手段；相对于锌阳极，通常要求所使用的铝合金阳极材料具有电容量高、工作电位更负等特点，以此降低牺牲阳极的用量。因此，使用高性能的铝合金阳极材料是上述环境中防腐蚀技术一直追求的目标。铝合金阳极材料已经在二元合金的基础上开发了三元合金，目前已形成的系列，如Al-Zn-Hg系、Al-Zn-In系、Al-Zn-Sn系、Al-Zn-Cd系及Al-Zn-Mg系等，其中前两个合金是铝阳极品种中开发较早，应用较广泛。Al-Zn-Hg系合金的代表是DOW化学公司开发的GalvalumI型和II型铝阳极，其实际电容量很高，电流效率能达到95%；不过由于汞会污染环境，在熔炼时产生的汞蒸气对人体有害，所以，目前已经被淘汰。Al-Zn-In系合金是目前公认的有前途的铝阳极系列，此系的基础成分为Al-2.5Zn-0.02In，它的电位在-1.10V（SCE），电流效率在85%左右；工作时，表面产生一层胶状的腐蚀产物，较为松软，易被水冲掉；但是，腐蚀形态不够均匀，有蚀坑和疱。为了进一步改善阳极性能，国内外研究者又在Al-Zn-In中添加了第四、第五和第六种元素。美国DOW化学公司1976年开发的GalvalumⅢ是个典型的代表，它的成分为Al-3Zn-0.015In-0.1Si，它在海水中的电化学容量一般在2550A·h/Kg左右，其在海泥中的电化学性能不稳定。中国标准GB/T4948-2002中规定的Al-Zn-In-Mg-Ti五元合金的电容量为2600A·h/Kg左右，但在实际生产中发现，Al-Zn-In-Mg-Ti阳极实际电容量超过2600A·h/Kg的比例并不高，往往随着原料铝锭中杂质的差异，产生不同的电容量测试结果。现有的六元合金牺牲阳极，如中国专利CN102002715B公开的Al-Zn-In-Mg-Si-Sn和中国专利CN104060280B公开的Al-Zn-In-Sn-Mg-Ti，这种六元合金牺牲阳极在海底泥和低盐度水等高电阻率介质中，均存在工作电位较正和腐蚀形态不均匀的问题，工作电位通常只能介于-0.95V~-1.00V之间，驱动电位低导致阴极保护电流分布效果下降，限制了这种合金阳极在海底泥和低盐度水等高电阻率介质中的应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用于高电阻率环境中的铝合金阳极及其制备方法，解决了现有技术中铝合金牺牲阳极存在工作电位较正和腐蚀形态不均匀而限制了其在海底泥和低盐度水等高电阻率介质中的应用的问题。本专利技术的一种适用于高电阻率环境中的铝合金阳极，其主要是通过以下技术方案加以实现的：所述铝合金阳极按照重量百分比由以下元素组成：锌4.0~6.0%；铟0.015~0.030%；硅0.05~0.40%；锡≤0.02%；钛≤0.03%；杂质含量：铁≤0.07%；铜≤0.001%；余量为铝。本专利技术铝合金阳极通过在铝基体中添加锌、铟、硅、锡、钛等合金元素，抵消了铝锭中杂质元素的影响，提高了阳极在高电阻率盐水和海泥中工作电位；不但在海水中有极好的性能，还可以用于性能要求更高的地方，包括海底泥和低盐度的水，例如：入海口和海湾，其电位随电阻率增大而衰减的明显比普通铝阳极小；可广泛应用于各类海泥和低盐度水中固定金属结构，例如海底采油树、管汇以及海底沉管式隧道外壳等结构，替代现有牺牲阳极材料，提高上述结构的防腐效果，具有显著的社会效益。作为一种优选的实施方案，所述铝合金阳极按照重量百分比由以下元素组成：锌4.0~6.0%；铟0.015~0.030%；硅0.15~0.40%；锡0.01~0.02%；钛0.02~0.03%；杂质含量：铁0.07%；铜0.001%；余量为铝。对铝合金阳极的组成进一步优化，进一步提高铝合金阳极的性能。提高了对铁杂质的控制，铁含量可以达0.07%；这不仅进一步降低了铁对铝合金阳极电化学性能的危害，大大提高了海底泥和深海中阳极长期稳定的电化学性能；同时，铁杂质含量控制无需过低，也有利于降低阳极制造成本，提高本专利技术阳极的经济效益。作为一种优选的实施方案，所述硅元素的来源为10%或20%的铝硅合金，所述钛元素的来源为铝钛合金或硼化钛。10%和20%是指铝硅合金中硅的质量百分含量；铝硅合金、铝钛合金和硼化钛来源多，价廉易得，同时其添加不会带来额外的杂质，使用方便。作为一种优选的实施方案，所述铝合金阳极在电阻率为70~80Ω·cm的盐水环境中的工作电位负于-1.05V，电容量高于2600A·h/Kg，溶解均匀，腐蚀产物易脱落。本专利技术的工作电位均是相对于银/氯化银参比电极的结果，简称SSE；本专利技术的铝合金阳极的电位随电阻率增大而衰减的程度明显比普通铝阳极的衰减程度小，其在高电阻率介质中工作电位更负，电容量更高，溶解均匀，腐蚀产物易脱落。作为一种优选的实施方案，所述铝合金阳极在电阻率为70~80Ω·cm的盐水环境中的工作电位为-1.09~-1.05V，电容量为2640-2710A·h/Kg，溶解均匀，腐蚀产物易脱落。本专利技术的铝合金阳极在淡海水中的电容量、工作电压和腐蚀性能均较现有铝合金阳极有大幅提高。作为一种优选的实施方案，所述铝合金阳极在覆盖有海水的海泥中的工作电位负于-0.95V，电容量高于2100A·h/Kg，溶解均匀，腐蚀产物易脱落。本专利技术的铝合金阳极可以用于海底泥环境中，其在海底泥环境中仍然具有很好的性能，工作电位负，电容量高，溶解均匀。作为一种优选的实施方案，所述铝合金阳极在覆盖有海水的海泥中的工作电位为-1.00~-0.95V，电容量为2110-2400A·h/Kg，溶解均匀，腐蚀产物易脱落。本专利技术的铝合金阳极在海底泥环境中的电容量、工作电压和腐蚀性能均较现有铝合金阳极有大幅提高。本专利技术的一种适用于高电阻率环境中的铝合金阳极的制备方法，其主要是通过以下技术方案加以实现的：包括以下步骤：1）取铝锭为铝元素的原料，坩埚加热至700～800℃，将铝锭熔化；2）分别称取锌、铟、锡、硅和钛元素的原料，添加至步骤1）所得熔融的铝液中，用石墨棒搅拌均匀，除渣，浇铸到模具中，冷却，取出，得阳极。由于铝合金阳极的工作电位随着水的电阻率增大会变得正些，不足的驱动电位将限制铝合金阳极在这些介质中的实际应用，例如在低盐度水和海泥中。本专利技术以铝为阳极材料的基体，添加锌和铟作为活化剂，以降低其极化率低；添加少量钛作为晶格收缩剂，起到细化晶粒和减少晶间腐蚀的作用；添加硅是为了促进阳极在海泥中溶解均匀性；添加锡可使铝合金电位负移，同时Sn和In通过形成固溶体提高阳极表面活性，提高阳极溶解均匀性，从而提高阳极的综合性能。作为一种优选的实施方案，所述硅元素采用10%或20%的铝硅合金为原材料，所述钛元素采用铝钛合金或硼化钛为原材料。本专利技术铝合金阳极的制备方法，工艺简单，条件温和，控制方便，易于实现产业化。本专利技术的有益效果是：本专利技术的铝合金阳极通过在铝基体中添加锌、铟、硅、锡、钛等合金元素，抵消了铝锭中杂质元素的影响，提高了阳极在高电阻率盐水和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于高电阻率环境中的铝合金阳极，其特征在于：所述铝合金阳极按照重量百分比由以下元素组成：锌 4.0~6.0%；铟 0.015~0.030%；硅 0.05~0.40%；锡 ≤0.02%；钛 ≤0.03%；杂质含量：铁 ≤0.07%；铜 ≤0.001%；余量为铝。

【技术特征摘要】
1.一种适用于高电阻率环境中的铝合金阳极，其特征在于：所述铝合金阳极按照重量百分比由以下元素组成：锌4.0~6.0%；铟0.015~0.030%；硅0.05~0.40%；锡≤0.02%；钛≤0.03%；杂质含量：铁≤0.07%；铜≤0.001%；余量为铝。2.根据权利要求1所述的适用于高电阻率环境中的铝合金阳极，其特征在于：所述铝合金阳极按照重量百分比由以下元素组成：锌4.0~6.0%；铟0.015~0.030%；硅0.15~0.40%；锡0.01~0.02%；钛0.02~0.03%；杂质含量：铁0.07%；铜0.001%；余量为铝。3.根据权利要求1或2所述的适用于高电阻率环境中的铝合金阳极，其特征在于：所述硅元素的来源为10%或20%的铝硅合金，所述钛元素的来源为铝钛合金或硼化钛。4.根据权利要求1或2所述的适用于高电阻率环境中的铝合金阳极，其特征在于：所述铝合金阳极在电阻率为70~80Ω·cm的盐水环境中的工作电位负于-1.05V，电容量高于2600A·h/Kg，溶解均匀，腐蚀产物易脱落。5.根据权利要求4所述的适用于高电阻率环境中的铝合金阳极，其特征在于：所述铝合金阳极在电阻率...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永韬，
申请(专利权)人：青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37