本发明专利技术涉及一种高铁杂质含量的铝阳极电化学性能控制方法，通过微合金化加入适量Mn和Si降低杂质元素Fe的不利影响，建立一种高铁杂质含量的Al-Zn-In系阳极合金元素与杂质元素间的内在配比关系，其主要元素成分范围和杂质Cu、Fe、Si的含量范围是：Zn的含量为5％～6.5％，In的含量为0.015%～0.020%，Mn≤0.20%；Fe≤0.20％；Si≤0.15％；Cu≤0.01％，以上均为重量百分比。本发明专利技术方法获得解决高铁杂质含量Al-Zn-In系阳极材料电化学性能缺陷的有效途径。与其他铝合金牺牲阳极相比，可以降低在大规模生产中可应用的原材料等级及Fe杂质含量的要求，降低制造成本。根据上述内在配比关系所设计的三元Al-Zn-In牺牲阳极在试验室常规测试及实海模拟测试中都表现出良好的电化学性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铝合金牺牲阳极的改进技术，具体为，适用于钢质海洋结构物的阴极保护领域。
技术介绍
铝合金牺牲阳极具有重量轻、电容量大、价格低廉等优点，在船舶、海洋设施等的保护中得到了越来越广泛的应用。铝合金牺牲阳极材料的电化学性能的优劣主要取决于铝阳极中合金元素的种类、含量、存在形式和分布状态，杂质的含量也会对阳极的性能产生影响。铝具有足够负的电位(标准电极电位为-I. 66 (vs. SCE))和较高的热力学活性，而且密度小，发生电量大，原料易得、价格低廉，是制造牺牲阳极的理想材料。但纯铝固有的钝化性，其表面容易生成致密的Al2O3膜，致使阳极电位升高，在海水中的稳定电位约-O. 78V(vs. SCE)，达不到理论上的电极电位。为了使铝能作为一种实用的电极材料，国内外的学者进行了大量的研究工作。研究和实践表明通过添加某些合金元素(如Zn、Hg、In、Sn、Cd、Si、Mg等)，对铝进行合金化，可以限制或阻止铝表面形成连续致密的氧化膜，促进其表面活化，使合金具有较负的电位和较高的电流效率。这些主要合金添加元素根据在铝阳极中所起的不同的作用机制，在名义上被分为两组去钝化剂和改性剂。作为去钝化剂的常用主要元素有In、Hg和Sn。这些元素与铝合金化后所表现出的特性被认为在铝牺牲阳极的活化中起到了明显的作用。四种最常见的改性剂为Zn、Mg、Bi、Cd。改性剂所表现出的特性被认为可以改善铝的性能。在铝合金牺牲阳极中最常见的杂质是铁、铜、硅。通常认为这些杂质是有害的并且会降低铝牺牲阳极的实际电容量，因此在铝阳极的生产过程中十分强调使用高纯铝原料。在工业纯铝原料中不可避免地存在着Fe、Cu、Si等杂质，这些杂质已经被证明对铝阳极的性能是有害的，特别是Fe和Cu对铝阳极的电极电位和电流效率都有显著影响。铁作为杂质对阳极性能，尤其是对阳极电容量有非常不利的影响。Fe相是为其提供腐蚀微电池阴极的主要偏析相，这是由于形成了金属间化合物的夹杂物，该夹杂物相对于铝的基体是阴极。由于这些夹杂物形成的微腐蚀电池显著降低了阳极的电容量。所以提高铝阳极电化学性能的一个主要方面也在于消除这些杂质对铝阳极电化学性能的影响。可以通过加入一些合金元素，使其与Fe和Cu形成化合物，从而屏蔽掉它们原来的负作用，或者是加入一些元素能改善其微观结构，使Fe、Cu、Si等元素的不利影响降低到最低程度，从而改善铝阳极的电化学性能。目前加入的元素主要有Mn、Bi、Co等。对阳极而言，金属成本在阳极整个成本中的比重最大。原材料的选择既要满足杂质的含量，也要尽量降低材料等级而降低成本。随着目前国内铝原料中铁杂质含量(GB/T1196—2002)的改变，根据目前铝原料铁杂质的变化特点，需要开发，目的是获得一种高效，低成本的Al-Zn-In系牺牲阳极。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供。该方法采用合适的材料的合金化配比来降低高铁含量杂质对Al-Zn-In系合金牺牲阳极电化学性能所带来的不利影响。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是以国标Al-Zn-In- (Cd)铝合金牺牲阳极配方为基础，依据最新国产原料标准确定最佳合金元素范围，通过微合金化加入适量Mn和Si降低杂质元素Fe的不利影响，建立了一种高铁杂质含量的Al-Zn-In系阳极合金元素与杂质元素间的内在配比关系，其主要元素成分范围和杂质Cu、Fe、Si的含量范围是(以下均为重量百分比)=Zn的含量为5% 6.5%，In的含量为O. 015% O. 020%，Mn彡O. 20% ；Fe ^ O. 20% ；Si ^ O. 15% ；Cu彡(λ 01%，因Mn和Si的熔点较高，熔炼时需以Al-Mn合金和Al-Si合金的形式加入。根据上述内在配比关系所设计的三元Al-Zn-In牺牲阳极在试验室常规测试及实海模拟测试中都表现出良好的电化学性能开路电位< -I. 115V，工作电位在-L 050 -L IlOV之间，实际电容量彡2600Α. h/kg。本专利技术所述Al-Zn-In铝合金阳极对钢板水下平均阴极保护电位保持在_0. 95V(SCE)左右。通过本专利技术方法，获得解决高铁杂质含量Al-Zn-In系阳极材料电化学性能劣化的有效途径。Fe元素是有害杂质，其含量的增加会导致阳极的效率降低，电位正移，腐蚀形貌不均匀甚至发生晶间腐蚀；Zn元素有一个最佳添加范围，在这个范围内，Zn元素可以起到使电位负移，改善溶解状况的作用；In元素的含量也必须控制在一个合适的范围内，能使电位负移，改善阳极的表面溶解状况；Mn作为合金元素，在Fe含量彡O. 20%时，能提高阳极的电流效率和使工作电位负移，而Fe含量过高则Mn对阳极性能的影响也较小。加入适量Si元素可以减少合金铸造缺陷。与现有技术相比，本专利技术开发了，确定了高效铝-锌-铟系合金阳极主要元素的最佳成分范围，可以使用铁含量彡O. 20%(重量％)的高铁杂质含量的铝来配制，从而得到高性能、低成本的铝合金阳极材料。本专利技术方法可以降低在大规模生产中可应用的原材料等级及Fe杂质含量的要求，进一步节约阳极制造成本，有助于解决合金的成本和性能间的关系，解决实际生产中所遇到的Fe杂质元素控制的问题。具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术方法做进一步阐述实施例I、一种高铁杂质含量的Al-Zn-In系阳极，其主要元素成分范围和杂质Cu、Fe、Si的含量范围是(以下均为重量百分比):Zn的含量为5% 6. 5%，In的含量为O. 015% O. 020%(Mn ( O. 20% ；Fe ( O. 20% ；Si ( O. 15% ；Cu ( O. 01%)。因Mn和Si的熔点较高，熔炼时需以Al-Mn合金和Al-Si合金的形式加入。实施例2、常规电化学性能测试参照国标GB/T17848-1999牺牲阳极电化学性能测试标准对本专利技术所设计的阳4极进行电化学性能测试。试验介质为青岛近海海滨天然海水，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)0熔炼好的阳极的实际化学成分采用PE3300A型原子吸收光谱仪进行分析，分析成分和设计成分基本一致。恒电流试验是评价阳极电化学性能的标准方法，而自放电实验则更接近阳极的实际工作状态，因此采用两种方法相结合评价所设计阳极的电化学性能。测试结果显示，依据所专利技术的合金元素与杂质元素的内在配比关系所设计的三元Al-Zn-In铝合金阳极的电化学性能如表I所示表I. Al-Zn-In铝合金阳极的电化学性能 实施例3、青岛实海进行铝牺牲阳极对碳钢的阴极保护模拟测试测定阳极的保护电位、发生电流、表面溶解形貌、腐蚀率等腐蚀电化学性能，确定对被保护结构保护率等阴极保护效果。试验材料牺牲阳极A1+5 6· 5%Zn+0. 015 O. 020%In原材料A1锭Fe ( O. 20%, Si ( O. 10%, Cu ( O. 01%, Mn ( O. 20%阴极材料Q235B钢板试验方法试验参照GB6384-86船舶及海洋工程用金属材料在天然环境中的海水腐蚀试验方法，GB/T15748-95船用金属材料电偶腐蚀试验方法；GB/T 3855-99海船牺牲阳极保护设计和安装；试验规格牺牲阳极试样为80X20X5mm，尺寸为40X20X5mm，Q235B钢的规格为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高铁杂质含量的铝阳极电化学性能控制方法，其特征在于：通过微合金化加入Mn和Si降低杂质元素Fe的不利影响，建立了一种高铁杂质含量的Al？Zn？In系阳极合金元素与杂质元素间的内在配比关系，其主要元素成分范围和杂质Cu、Fe、Si的含量范围是：Zn的含量为5％～6.5％，In的含量为0.015%～0.020%，Mn≤0.20%，Fe≤0.20％，Si≤0.15％，Cu≤0.01％，以上均为重量百分比；熔炼时需以Al？Mn合金和Al？Si合金的形式加入Mn和Si。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马力，姚萍，钱建华，闫永贵，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：
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