一种适用于深海环境中具有高电流效率的铝合金牺牲阳极的制作方法
【专利摘要】本发明属于防腐【技术领域】，具体涉及一种适合于深海环境中具有高电流效率的铝合金牺牲阳极。该牺牲阳极以铝为基体，加入锌、铟、锡、镁、钛合金元素，具体成分配比为（wt%）：锌4.0~6.0%，铟0.020~0.030%，锡0.05~0.10%，镁0.5~1.0%，钛0.05~1.0%，其中杂质铁<0.050%，铜<0.010%，余量为铝。采用真空冶炼的方法制备。在模拟深海环境中，测试得到该系列牺牲阳极的电流效率在92%以上，开路电位-1.05~-1.20之间，活化性能较好，溶解均匀，腐蚀产物易于脱落。可用于深海环境中金属构件的阴极保护。
【专利说明】一种适用于深海环境中具有高电流效率的铝合金牺牲阳极
【技术领域】
[0001] 本发明属于防腐【技术领域】，具体涉及一种适用于深海环境中具有高电流效率的铝 合金牺牲阳极。
【背景技术】
[0002] 牺牲阳极的阴极保护法是目前腐蚀防护中常用的一种保护方法。其基本原理是将 牺牲阳极材料和被保护材料连接在一起，牺牲阳极材料电位低于被保护金属，依靠牺牲阳 极与被保护金属之间的电位差和牺牲阳极不断发生腐蚀溶解提供的电流使被保护金属发 生阴极极化，从而使被保护金属的腐蚀受到抑制。概括来说就是阳极材料的腐蚀被加速，阴 极材料腐蚀被抑制，因此称作牺牲阳极的阴极保护法。牺牲阳极的阴极保护法具有操作简 单、成本低、不需要专人维护等优势，被广泛用于金属的腐蚀防护中。牺牲阳极材料的制备 是牺牲阳极的阴极保护法中最重要的环节。
[0003] 在海洋环境中，牺牲阳极的阴极保护法是当前应用最广泛的一种方法。铝合金牺 牲阳极具有资源充足、成本低、密度小、易于加工、理论电容量大等优点，因此近年来铝合金 牺牲阳极被大量应用于海洋结构的保护中。关于浅海环境的牺牲阳极性能的数据比较多， 我国国标中也公布了一些适用于浅海环境的牺牲阳极的制备方法。深海环境具有压力大、 温度低、溶氧量低等复杂条件，深海环境中的腐蚀与浅海环境中的不同。实验证明现有用于 浅海环境中的牺牲阳极在深海环境条件下存在电流效率较低、电位正移、溶解不均匀，且腐 蚀产物不易脱落等现象，无法满足深海环境中对金属设施有效保护的要求。
【发明内容】
[0004] 1、本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于深海环境中的牺牲阳极，解决现 有的用于深海的牺牲阳极电位不稳定、电流效率低、溶解不均匀和成本较高等问题。本发明 以铝为基体进行微合金化，使其在深海高压、低温、低氧的环境中具有较高的电流效率、稳 定的电位和溶解形貌均匀、腐蚀产物易脱落等特点，为深海金属构件提供长期有效的保护。
[0005] 2、为此，本发明提出一种新的牺牲阳极成分配方，以铝为基体，加入锌、铟、锡、 镁、钛合金元素，组成六元合金，具体成分配比：（wt%):锌4. 0?6. 0%，铟0. 02(Γ〇. 030%，锡 0· 05?0· 10%，镁0· 5?1. 0%，钛0· 05?0· 10%，其中杂质铁〈0· 050%,铜〈0· 010%,余量为铝。
[0006] 3、该牺牲阳极采用真空冶炼的工艺，由于钛的熔点较高，镁的熔点较低，为防止加 热温度过高导致镁挥发。所以首先将钛和铝一起加入真空冶炼炉中熔炼成钛含量为2. 5% 的铝钛合金，然后与其他各纯金属按照成分配比加入真空冶炼炉进行冶炼，冶炼过程中采 用电磁搅拌。冶炼结束后让其自然冷却得到铸棒，最后将铸棒加工成实验所要求的尺寸形 状。
[0007] 4、本发明通过微合金化制备的铝基牺牲阳极，按照国标GB17859/1999对试样在 压强为8Mpa、温度为4°C的条件下进行了恒电流测试实验。在模拟深海环境中的工作电位 在-1. 05?-1. 10V(vs，Ag/AgCl，饱和KC1溶液）之间，电容量大于2600A · h/kg，电流效率 大于92%。溶解均匀，腐蚀产物容易脱落，且铟含量较低，无其他有害元素，对环境污染较小。 [0008]
【具体实施方式】
[0009] 以下将结合具体实施例对本发明做进一步解释。
[0010] 实施例一：标号为试样D1。
[0011] 以铝为基体，加入锌、铟、锡、镁、钛合金元素，组成六元合金，具体成分配比： (wt%):锌 6. 0%，铟 0. 020%，锡 0. 05%，镁 0. 5%，钛 0. 05%，其中杂质铁〈0. 050%,铜〈0. 010%， 余量为铝。首先用纯铝和海绵钛熔炼出钛含量为2. 5%的铝钛合金，然后将铝钛合金与其 他各纯金属按照成分配比加入真空冶炼炉进行冶炼，冶炼过程中采用电磁搅拌。冶炼结束 后让其自然冷却，最后得到铸棒。将铸棒加工成Φ16Χ28_的圆柱，表面粗糙度为1.6,在 其中一个平面上打上 M3X8mm的螺纹孔，用以连接导线。然后用丙酮除油、烘干、称重、拍 照，之后采用环氧树脂密封两平面，保留14cm 2的工作面积，制成本发明所用的实验样品。 牺牲阳极在深海环境中的开路电位为-1. 100V(vs，Ag/AgCl，饱和KC1溶液），工作电位 为-1. 076V(vs，Ag/AgCl，饱和KC1溶液），电流效率为92. 56%，电容量为2633A · h/kg。溶 解均匀，腐蚀产物易脱落。
[0012] 实施例二：标号为试样D2。
[0013] 以铝为基体，加入锌、铟、锡、镁、钛合金元素，组成六元合金，具体成分配比： (wt%):锌 5. 8%，铟 0· 025%，锡 0· 05%，镁 1. 0%，钛 0· 10%，其中杂质铁〈0· 050%,铜〈0· 010%, 余量为铝。首先用纯铝和海绵钛熔炼出钛含量为2. 5%的铝钛合金，然后将铝钛合金与其 他各纯金属按照成分配比加入真空冶炼炉进行冶炼，冶炼过程中采用电磁搅拌。冶炼结束 后让其自然冷却，最后得到铸棒。将铸棒加工成Φ16Χ28_的圆柱，表面粗糙度为1.6,在 其中一个平面上打上 M3X8mm的螺纹孔，用以连接导线。然后用丙酮除油、烘干、称重、拍 照，之后采用环氧树脂密封两平面，保留14cm 2的工作面积，制成本发明所用的实验样品。 牺牲阳极在深海环境中的开路电位为-1. 103V(vs，Ag/AgCl，饱和KC1溶液），工作电位 为-1. 048V(vs，Ag/AgCl，饱和KC1溶液），电流效率为93. 75%，电容量为2662A · h/kg。溶 解均匀，腐蚀产物易脱落。
[0014] 实施例三：标号为试样D3。
[0015] 以铝为基体，加入锌、铟、锡、镁、钛合金元素，组成六元合金，具体成分配比： (wt%):锌 5. 6%，铟 0. 020%，锡 0. 10%，镁 0. 5%，钛 0. 10%，其中杂质铁〈0. 050%,铜〈0. 010%, 余量为铝。首先用纯铝和海绵钛熔炼出钛含量为2. 5%的铝钛合金，然后将铝钛合金与其 他各纯金属按照成分配比加入真空冶炼炉进行冶炼，冶炼过程中采用电磁搅拌。冶炼结束 后让其自然冷却，最后得到铸棒。将铸棒加工成Φ16Χ28_的圆柱，表面粗糙度为1.6,在 其中一个平面上打上 M3X8mm的螺纹孔，用以连接导线。然后用丙酮除油、烘干、称重、拍 照，之后采用环氧树脂密封两平面，保留14cm 2的工作面积，制成本发明所用的实验样品。 牺牲阳极在深海环境中的开路电位为-1. 100V(vs，Ag/AgCl，饱和KC1溶液），工作电位 为-1. 076V (vs，Ag/AgCl，饱和KC1溶液），电流效率为93. 02%，电容量为2644A · h/kg。溶 解均匀，腐蚀产物易脱落。
[0016] 实验中设置了 9组不同成分的铝基牺牲阳极材料，其中四元合金Al-Zn-In-Mg (1组）和五元合金Al-Zn-In-Sn-Mg (2组)、Al-Zn-In-Mg-Ti (2组）为对比组，六元合金 Al-Zn-In-Sn-Mg-Ti为本实验发明。
[0017] 表1实验中各牺牲阳极的理论化学组成
【权利要求】
1. 一种适用于深海环境中具有高电流效率的铝合金牺牲阳极，其特征在于，以铝为基 体，添加锌、铟、锡、镁、钛合金元素，具体成分配比（Wt%):锌4. 0?6. 0%，铟0. 02(Γ〇. 030%， 锡0. 05?0. 10%，镁0. 5?1. 0%，钛0. 05?0. 10%，其中杂质铁〈0. 050%，铜〈0. 010%，余量为铝。
2. 根据权利要求1所述的一种适合于深海环境中具有高电流效率的铝合金牺牲阳极， 其特征在于，所述铝合金牺牲阳极的电流效率在92%以上，开路电位在-1. 05~ -1. 20之间， 活化性能较好，溶解均匀，腐蚀产物易脱落。
3. 根据权利要求1所述的一种适合于深海环境中具有高电流效率的铝合金牺牲阳极 的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为： 用纯铝和海绵钛熔炼出钛含量为2. 5%的铝钛合金； 将铝、锌、铟、锡、镁、铝钛合金按成分配比加入真空冶炼炉中进行冶炼； 冶炼过程中采用电磁搅拌； 冶炼结束后自然冷却得到铸棒，最后将铸棒加工成所要求形状。
【文档编号】C22C21/10GK104060280SQ201410311844
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】李晓刚, 杜翠薇, 吴晓光, 范友军, 刘福国 申请人:北京科技大学