抑制Fe有害作用连续热浸镀Al-Si-Mn-In牺牲阳极合金及其制备方法

本发明属于钢铁防腐蚀表面工程领域，具体公开了一种抑制fe有害作用连续热浸镀al-si-mn-in牺牲阳极合金及其制备方法。

背景技术：

1、锌基牺牲阳极合金因其对基体钢的保护性能强而得到广泛应用，但地球探明锌的储量极低，有限的锌储量不能满足迅速增加的锌需求，资源短缺形势严峻。因此，开发可替代锌的牺牲阳极材料是发展的必然趋势和要求。铝基牺牲阳极合金相较于锌基合金密度小、电流效率较高、驱动电位高、理论电容量大、成本低廉，是目前国内最有发展前景的牺牲阳极材料，是代替锌的理想选择。

2、而纯铝极易自钝化形成al2o3保护膜，电位变得较正，一般呈阴性，在与钢材接触时发生严重的电偶腐蚀，不能满足牺牲阳极阴极保护对驱动电压的要求。同时，在连续热浸镀过程中，钢板和沉没辊系统受到铝液的腐蚀，不断溶解到铝液中。因此生产一段时间后，铝液中的铁质量分数不可避免地达到饱和状态。铁在铝液中属于杂质元素，生成针状的富铁相，其电极电位较正，与铝基体构成的微电池增多，使铝基合金的电流效率降低。而且针状富铁相对基体有割裂作用，容易产生应力集中，对镀层合金的牺牲阳极性能和力学性能产生影响，不利于牺牲阳极铝合金镀层的推广。

技术实现思路

1、基于铝基合金的牺牲阳极性能不足，铁元素对牺牲阳极合金的有害作用，本发明提供了一种抑制fe有害作用连续热浸镀al-si-mn-in牺牲阳极合金，按照质量百分比计，该牺牲阳极合金按元素质量百分比其组成为：si：8-10％，mn：0.5-1.2％，in：0.05-0.2％，其余为al和不可避免的杂质，fe元素达到饱和状态。

2、mn元素的加入，可以中和铁的有害作用，使牺牲阳极铝合金中针状的富铁相feal3相，改变结晶形态为汉字状得到al8(fe,mn)2si和(fe,mn)al6相，提高了合金内部组织的均匀性。同时，其偏析相(fe,mn)al6相与基体α-al电极电位相当，使铝基合金表面电极电位一致，自腐蚀电流降低，提高镀层电流效率和耐蚀性。有效克服了现有铝基合金因fe元素造成的牺牲阳极性能和力学性能不足的问题，增强牺牲阳极铝合金的保护能力，降低生产应用成本，对铝基牺牲阳极合金的广泛使用具有重要意义。

3、in元素的加入，对铝基牺牲阳极合金的活化作用明显，使其电位负移。in元素对al基体的活化作用以溶解再沉积理论为主导。一方面，in优先溶解，生成的in3+与al基体发生置换反应，促进al基体溶解。另一方面，in元素的再沉积导致基体与氧化膜隔离，并破坏氧化膜的完整性，促进了al基体的持续活性溶解。fe在铝基合金中生成不溶的脆性针状富铁相feal3相，in可以抑制fe有害杂质对电化学性能的影响。在使用时，铝基牺牲阳极合金表面逐渐覆盖一层胶状的腐蚀产物，较为松软，容易用水冲掉，可以有效提升铝基合金的牺牲阳极性能。

4、本发明还提供了一种抑制fe有害作用连续热浸镀al-si-mn-in牺牲阳极合金的制备方法，包括如下步骤：

5、(1)将按比例配置好的纯铝粒和al-si中间合金加入熔炉，并将炉内升温至720℃，保温1小时；随后将称量好的纯锰片和纯铟粒加入到合金液中，加入时用铝箔包裹。之后将除去表面污渍和氧化物的钢板置于熔融的合金液中，升温至720℃后静置保温24小时左右，使合金溶液达到铁饱和状态。

6、加入al-si中间合金，控制合金中si含量：8-10％；加入纯mn，控制合金中mn含量：0.5-1.2％；加入纯in，控制合金中in含量：0.05-0.2％；加入纯al，控制合金中其余的al含量。

7、纯锰和纯铟采用铝箔包裹的方式压入铝液中，避免mn和in的损耗。

8、纯al、纯mn和纯in的纯度均达到99.99％

9、(2)合金完全熔化后，除去表面杂质后放入覆盖剂，并用铝箔纸包裹后加入合金溶液中，随后关闭炉盖将炉温升高到720℃保温2小时，其中，覆盖剂成分为kcl和nacl，按质量比1：1混合配置而成。

10、(3)将圆形铸铁模具放入熔锡炉加热至400℃后，立即将静置的熔融态合金进行倒入模具浇注，并与模具随空气冷却后倒出，制成铸坯。

11、铸铁模具的加热过程为：将其置于熔锡炉中加热至400℃，避免合金急冷过程中造成晶体缺陷。

12、本发明有益效果：

13、本发明的铝基牺牲阳极镀层合金的原材料来源广泛，制造成本低。si能够提高铝液的流动性，降低镀液中的氧化物杂质含量和降低热浸镀铝的温度，提高被镀工件与镀层之间的粘附性，控制镀层内层fe-al的界面反应，改善镀层内层铁铝化合物层的不均匀性，有利于镀层与基体钢的结合，提升镀层的加工性能。

14、mn能够中和铁的有害作用，使牺牲阳极铝合金中针状的富铁相feal3相，改变结晶形态为汉字状得到al8(fe,mn)2si和(fe,mn)al6相，使合金内部组织更加均匀，提高了合金的力学性能。同时，其偏析相(fe,mn)al6相与基体α-al电极电位相当，使铝基合金表面电极电位一致，自腐蚀电流降低，提高镀层电流效率和耐蚀性。有效克服现有铝基合金因fe元素造成的牺牲阳极性能和力学性能不足的问题，增强牺牲阳极铝合金的保护能力，降低生产应用成本，对铝基牺牲阳极合金的广泛使用具有重要意义。

15、in对铝基牺牲阳极合金的活化作用明显，使其电极电位负移。in元素通过溶解再沉积原理，促进了al基体的持续活性溶解。同时富in偏析相的出现，可以降低合金的负电性，提高铝基阳极合金的电流效率，能有效地改善铝基合金的阳极牺牲保护能力，增强了钢材的耐腐蚀性能。从而进一步抑制fe有害杂质对电化学性能的影响。在使用时，铝基牺牲阳极合金表面逐渐覆盖一层胶状的腐蚀产物，较为松软，容易用水冲掉，有效提升铝基合金的牺牲阳极性能。

16、附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

技术特征：

1.一种al-si-mn-in牺牲阳极合金，其特征在于，所述阳极合金按元素质量百分比其组成为si：8-10％，mn：0.5-1.2％，in：0.05-0.2％，其余为al和不可避免的杂质，fe元素达到饱和状态。

2.一种根据权利要求1所述al-si-mn-in牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：

3.根据权利要求2所述的al-si-mn-in牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述纯铝粒和al-si中间合金升温至720℃后，保温1小时，再依次加入纯锰片和纯铟粒。

4.根据权利要求2所述的al-si-mn-in牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中加入al-si中间合金，控制合金中si含量：8-10％；加入纯mn，控制合金中mn含量：0.5-1.2％；加入纯in，控制合金中in含量：0.05-0.2％；加入纯al，控制合金中其余的al含量。

5.根据权利要求2所述的al-si-mn-in牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中纯锰和纯铟采用铝箔包裹的方式压入铝液中，避免mn和in的损耗。

6.根据权利要求2所述的al-si-mn-in牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于，所述熔化过程为：步骤(2)中覆盖剂为kcl和nacl按质量比1：1混合而成，用铝箔纸包裹后加入合金溶液中。

7.根据权利要求2所述的al-si-mn-in牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中将炉温升高到720℃保温2小时。

8.根据权利要求2所述的al-si-mn-in牺牲阳极合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中铸铁模具的加热过程为：将其置于熔锡炉中加热至400℃，避免合金急冷过程中造成晶体缺陷。

技术总结
本发明属于钢铁防腐蚀表面工程领域，具体公开了一种抑制Fe有害作用连续热浸镀Al‑Si‑Mn‑In牺牲阳极合金及其制备方法。按元素重量百分比，该牺牲阳极合金镀层成分为Si:8‑10％，Mn:0.5‑1.2％，In:0.05‑0.2％，其余为Al和不可避免的杂质。铝粒融化，加入Al‑Si中间合金、高纯Mn片和高纯In粒，精炼浇注成铸坯。加入Mn后，使针状FeAl3相，结晶形态变为汉字状的Al8(Fe,Mn)2Si和(Fe,Mn)Al6相，其相与基体α‑Al电极电位一致，中和了Fe元素的有害作用，并为In元素提供更多的活化位点，富In偏析相的出现，可以提高合金的负电性，提高了铝合金的牺牲阳极性能。

技术研发人员：苏旭平,吴昱锋,申莹,刘亚,吴长军,王建华
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13