【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学保护，尤其涉及一种fpso用高活化铝牺牲阳极及其制备方法。
技术介绍
1、fpso是集生产、储油、卸油为一体的海上浮式生产储卸油装置，已成为海上油气田开发的主流生产方式。fpso面临严苛的腐蚀环境，以货油舱为例，其存储的原油温度都超过了50℃，而且舱内存在一定量的沉积水，在高温、高盐和油污环境下，fpso存在严重的腐蚀问题，必须采取有效的腐蚀防护措施。牺牲阳极法是海水环境中有效的腐蚀防护方法，现在常用的是铝合金牺牲阳极和锌合金牺牲阳极。gb4948和gb4950中规定的牺牲阳极材料在常温海水环境中均具有良好的性能，获得了广泛的应用。但当海水环境温度较高(＞50℃)时，常规铝牺牲阳极材料的电流效率会显著下降，腐蚀形貌不均匀，保护效果显著降低，不能满足高温海水环境钢结构物的腐蚀保护需求。目前fpso主要采用高温锌合金牺牲阳极进行各舱室的腐蚀防护，取得了较好的保护效果。但受制于锌阳极的自身特性，高温锌阳极的电容量较低(不超过800ah/kg)，成本较高。因此，开发适用于高温环境的铝合金牺牲阳极材料可以显著减少牺牲阳极用量，降低腐蚀防护成本，具有显著的经济和社会效益。
2、中国专利cn201110191952.2公开了一种适用于渤海湾海泥的铝合金牺牲阳极，该阳极各组分重量百分比为zn2.0～5.5％，in0.01～0.05％，sn0.01～0.08％，mg4～8％，镧0.12～0.32％，锕0.12～0.32％，铈0.03～0.04％，杂质硅含量≤0.05％，余量为铝，在高温海泥环境中具有良好的电化学性能
3、然而，以上高温铝合金阳极材料配方中均用到了镧、钇、锕等稀有金属元素，导致阳极的成本较高，且仅适用于高温海水或油气井等高温环境，对于fpso所处的高温、高盐和油污的环境，阳极的阴极保护效果有待提高。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足之处，本专利技术所要解决的技术问题是现有高温铝合金阳极材料配方中因采用了镧、钇、锕等稀有金属元素而导致阳极的成本较高，且仅适用于高温海水或油气井等高温环境，对于fpso所处的高温、高盐和油污的环境，阳极的阴极保护效果有待提高的问题，提出一种适用于高温(50-80℃)、高盐和油污环境的fpso电化学保护，且具有电流效率高、表面溶解均匀特点的fpso用高活化铝牺牲阳极及其制备方法。
2、为解决所述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
3、本专利技术一方面提供一种fpso用高活化铝牺牲阳极，用于fpso的阴极保护，包括牺牲阳极本体和包裹于所述牺牲阳极本体内的芯体，所述牺牲阳极本体以al为主要成分，还包括zn、sn、si、sb以及ca；按质量百分比计，所述sn选自0.03-0.25％，所述sb选自0.006％-0.05％，所述sn和所述sn的重量含量比为5:1-3:1。
4、优选的，按质量百分比计，所述zn选自2-6％，所述si选自0.05-0.20％，所述ca选自0.005-0.15％，杂质含量≤0.15％，余量为al，所述sn和所述sb的总含量不超过0.25％。
5、优选的，所述sn的质量百分比为0.10-0.15％，所述sb的质量百分比为0.03-0.05％。
6、优选的，按质量百分比计，所述杂质中fe≤0.09％，cu≤0.005％。
7、优选的，所述si的质量百分比为0.05-0.10％；所述ca的质量百分比为0.03-0.06％。
8、优选的，所述芯体为铁芯。
9、本专利技术另一方面提供以上任一技术方案所述的fpso用高活化铝牺牲阳极的制备方法，包括第一次合金元素添加步骤和第二次合金元素添加步骤；
10、所述第一次合金元素添加步骤包括：将铝锭加热至完全熔化成铝溶液，加入锌和铝硅合金，搅拌，使合金元素快速熔化成第一铝合金溶液，将所述第一铝合金溶液冷却至680-720℃，保温30-60min；
11、所述第二次合金元素添加步骤包括：将所述第一铝合金溶液以不低于5℃/min的升温速率升温至820-850℃后，加入锡单质、锑单质和铝钙合金，搅拌均匀，得到第二铝合金溶液。
12、优选的，所述第一次合金元素添加步骤过程中，将铝锭加热至780-820℃，完全熔化成铝溶液，所述铝锭的纯度不低于99.85％，所述第一铝合金溶液的保温过程中持续进行搅拌、精炼、除气，并去除浮渣。
13、优选的，所述第二次合金元素添加步骤过程中，加入锡单质、锑单质和铝钙合金后，搅拌时间1-3min，静置时间5-10min；所述锡单质、锑单质的纯度不低于99.99％，所述铝钙合金中杂质含量≤0.1％。
14、优选的，还包括：将芯体放置于模具中，将所述第二铝合金溶液浇铸到预热的模具中，冷却成型得到所述铝合金牺牲阳极，并在空气中进一步冷却至室温；所述预热的模具的预热温度为150-300℃。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
16、本专利技术提供一种fpso用高活化铝牺牲阳极，采用sn、sb、si替代in等活化元素，在铝合金阳极中形成第二相，借助“第二相”溶解机理来实现阳极的有效活化；本专利技术技术方案通过限定sn、sb的用量，该用量范围内的sn和sb元素均具有细化阳极合金晶粒的作用，且sn、sb元素含量在5:1-3:1之间时，可以起到良好的协同作用，降低si元素的偏析，避免si在晶界富集导致严重的晶间腐蚀，改善阳极的溶解形貌，提高电流效率；另外，本专利技术还通过加入少量的ca元素，能使合金的晶粒细化，增大晶界面积，进一步降低铝合金阳极晶间腐蚀倾向，使阳极腐蚀均匀，提高电流效率；该铝合金牺牲阳极在50～80℃、盐度20-35‰、ph＝3.5～6.5的fpso环境中，阳极的工作电位在-1.00～-1.15v(相对于银氯化银海水电极)之间，电容量≥2200a·h/kg，阳极溶解均匀，腐蚀产物容易脱落，解决了常规al-zn-in系铝合金在fpso环境中局部腐蚀严重，电流效率低的问题；
17、本专利技术提供一种fpso用高活化铝牺牲阳极的制备方法，第一次添加合金元素后保温除气，可以提高第一铝合金溶液的均一性，减少合金中杂质的含量，并避免元素偏析，保温除气完成后，快速升温并第二次加入合金元素sn、sb和铝钙合金，可以避免sn、sb和ca元素在熔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种FPSO用高活化铝牺牲阳极，其特征在于，用于FPSO的阴极保护，包括牺牲阳极本体和包裹于所述牺牲阳极本体内的芯体，所述牺牲阳极本体以Al为主要成分，还包括Zn、Sn、Si、Sb以及Ca；按质量百分比计，所述Sn选自0.03-0.25％，所述Sb选自0.006％-0.05％，所述Sn和所述Sn的重量含量比为5:1-3:1。
2.根据权利要求1所述的FPSO用高活化铝牺牲阳极，其特征在于，按质量百分比计，所述Zn选自2-6％，所述Si选自0.05-0.20％，所述Ca选自0.005-0.15％，杂质含量≤0.15％，余量为Al，所述Sn和所述Sb的总含量不超过0.25％。
3.根据权利要求1所述的FPSO用高活化铝牺牲阳极，其特征在于，所述Sn的质量百分比为0.10-0.15％，所述Sb的质量百分比为0.03-0.05％。
4.根据权利要求2所述的FPSO用高活化铝牺牲阳极，其特征在于，按质量百分比计，所述杂质中Fe≤0.09％，Cu≤0.005％。
5.根据权利要求2所述的FPSO用高活化铝牺牲阳极，其特征在于，所述Si的质量
6.根据权利要求1所述的FPSO用高活化铝牺牲阳极，其特征在于，所述芯体为铁芯。
7.根据权利要求1-6任一项所述的FPSO用高活化铝牺牲阳极的制备方法，其特征在于，包括第一次合金元素添加步骤和第二次合金元素添加步骤；
8.根据权利要求7所述的FPSO用高活化铝牺牲阳极的制备方法，其特征在于，所述第一次合金元素添加步骤过程中，将铝锭加热至780-820℃，完全熔化成铝溶液，所述铝锭的纯度不低于99.85％，所述第一铝合金溶液的保温过程中持续进行搅拌、精炼、除气，并去除浮渣。
9.根据权利要求7所述的FPSO用高活化铝牺牲阳极的制备方法，其特征在于，所述第二次合金元素添加步骤过程中，加入锡单质、锑单质和铝钙合金后，搅拌时间1-3min，静置时间5-10min；所述锡单质、锑单质的纯度不低于99.99％，所述铝钙合金中杂质含量≤0.1％。
10.根据权利要求7所述的FPSO用高活化铝牺牲阳极的制备方法，其特征在于，还包括：将芯体放置于模具中，将所述第二铝合金溶液浇铸到预热的模具中，冷却成型得到所述铝合金牺牲阳极，所述预热的模具的预热温度为150-300℃。
...【技术特征摘要】
1.一种fpso用高活化铝牺牲阳极，其特征在于，用于fpso的阴极保护，包括牺牲阳极本体和包裹于所述牺牲阳极本体内的芯体，所述牺牲阳极本体以al为主要成分，还包括zn、sn、si、sb以及ca；按质量百分比计，所述sn选自0.03-0.25％，所述sb选自0.006％-0.05％，所述sn和所述sn的重量含量比为5:1-3:1。
2.根据权利要求1所述的fpso用高活化铝牺牲阳极，其特征在于，按质量百分比计，所述zn选自2-6％，所述si选自0.05-0.20％，所述ca选自0.005-0.15％，杂质含量≤0.15％，余量为al，所述sn和所述sb的总含量不超过0.25％。
3.根据权利要求1所述的fpso用高活化铝牺牲阳极，其特征在于，所述sn的质量百分比为0.10-0.15％，所述sb的质量百分比为0.03-0.05％。
4.根据权利要求2所述的fpso用高活化铝牺牲阳极，其特征在于，按质量百分比计，所述杂质中fe≤0.09％，cu≤0.005％。
5.根据权利要求2所述的fpso用高活化铝牺牲阳极，其特征在于，所述si的质量百分比为0.05-0.10％；所述ca的质量百分比为0...
【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，王海涛，于林，许实，王廷勇，郭宇，
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：
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