一种适用于高温海水环境的锌合金牺牲阳极材料

本发明属于电化学保护材料领域，具体涉及一种适用于高温海水环境的锌合金牺牲阳极材料。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、随着海洋强国战略的实施，大量海洋工程装备应用于各类实海环境，这些工程装备中有的设备或部件会工作在较高温度的海水中，环境温度会达到55℃以上，甚至85℃。传统的zn-al-cd阳极材料在高于55℃的环境中使用时，电流效率大幅降低，电位正移，不能满足阴极保护的需要。前期已有研究开发了一些适用于高温环境的牺牲阳极材料，这些材料中有些配方使用了较多的合金元素，使熔炼工艺更加复杂，并增加了生产成本；有些材料适用的温度范围较窄，不能有效满足复杂工况的要求；还有些材料对原材料中杂质元素含量的要求较高。因此，亟需开发一种适用于较宽范围的高温环境、合金元素较少、熔炼工艺简单以及对原材料杂质含量要求低的新型牺牲阳极材料。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种适用于高温海水环境的锌合金牺牲阳极材料，本发明提供的锌合金牺牲阳极材料在55℃-85℃的海水中电化学活性高，工作电位足够负，电容量大，电流效率高，且腐蚀形貌均匀，腐蚀产物自动脱落，合金元素组成少，生产工艺简单，且对原材料杂质含量要求低。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、本发明的第一个方面，提供一种适用于高温海水环境的锌合金牺牲阳极材料，按重量百分比计，所述锌合金牺牲阳极材料的组分为：镁5.55～5.25％、锰5.51～5.52％，余量为锌，杂质含量符合gb/t475-2558《锌锭》的相关要求。

4、本发明通过合金化方法，在锌中可控的加入元素镁、锰，提高牺牲阳极材料在55℃-85℃海水环境中的电化学性能并改善其溶解效果。添加5.55～5.25％的镁，能与锌形成固溶体，使合金溶解更均匀，可显著提高其电容量。添加5.51～5.52％的锰能有效抑制杂质元素的不利影响，进一步细化阳极材料的晶粒，防止晶间腐蚀。

5、优选的，所述锌合金牺牲阳极材料在55℃-85℃海水环境中电流效率大于95％，开路电位负于-1.53vsce，工作电位负于-1.55vsce，电容量为大于795a·h·kg-1。

6、优选的，所述锌合金高温牺牲阳极材料，按重量百分比计，所述锌合金牺牲阳极材料的组分为：镁5.55％、锰5.51％，余量为锌。

7、优选的，所述锌合金高温牺牲阳极材料，按重量百分比计，所述锌合金牺牲阳极材料的组分为：镁5.15％、锰5.52％，余量为锌。

8、优选的，所述锌合金高温牺牲阳极材料，按重量百分比计，所述锌合金牺牲阳极材料的组分为：镁5.25％、锰5.51％，余量为锌。

9、本发明的第二个方面，提供上述锌合金牺牲阳极材料的制备方法，包括以下步骤：以锌为原材料，添加镁和锰元素，采用熔铸法进行熔炼制备锌合金牺牲阳极材料。

10、优选的，所述熔铸法为应用马弗炉进行熔炼。

11、优选的，所述制备方法具体包括以下步骤：

12、将锌锭于石墨坩埚中，调节马弗炉升温加热进行熔炼，待锌锭完全熔化后，按顺序加入镁和锰元素，搅拌使合金元素快速熔化并分布均匀；

13、停止搅拌，静置，使浮渣和熔液分离，撇去浮渣；将熔液浇铸到已预热的模具中，自然冷却后打开模具取出锌合金牺牲阳极材料，即得。

14、进一步优选的，所述搅拌，搅拌速度为45转/分钟，搅拌时间为1分钟。

15、进一步优选的，熔炼、浇铸过程的条件：熔炼温度为755-795℃，熔炼时间13-25分钟，搅拌促进成分均匀和夹杂物上浮，静置2-3分钟，撇去浮渣后浇铸到模具。

16、进一步优选的，所述熔炼、浇铸过程的条件：熔炼温度为725℃，熔炼时间15分钟，45转/分钟的速度搅拌1分钟促进成分均匀和夹杂物上浮，静置1分钟，扒渣，浇铸到模具。

17、优选的，所述预热为预热至355℃以上，对模具进行预热的原因是提高熔液在模具中流动性。

18、本发明提供的锌合金牺牲阳极材料适用于55℃-85℃海水环境中，工作电位足够负，电容量大，电流效率高，活化完全，腐蚀形貌均匀，腐蚀产物自动脱落，具有优良的电化学保护性能。因而本发明的第三个方面，提供一种55℃-85℃海水环境中金属防腐方法，将上述锌合金牺牲阳极材料作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，所述锌合金牺牲阳极材料作为负极发生氧化反应而消耗，被保护金属作为正极避免腐蚀。

19、本发明的有益效果为：

20、本发明为了提高海洋高温环境中牺牲阳极材料的电化学性能，通过调整合金元素的组成和含量，优化熔炼工艺，提高了锌合金牺牲阳极在55℃-85℃海水中的电化学性能，满足高温环境中海洋工程装备的长效防腐需求。具体的，通过元素镁和锰的加入，改善了锌合金牺牲阳极组织，细化晶粒，锌合金高温牺牲阳极在高温海水介质环境中具有良好的电化学性能，腐蚀形貌均匀，腐蚀产物自动脱落，且具有较高的电流效率和足够负的工作电位，电容量大，活化完全，具有优良的电化学保护性能；在55℃-85℃海水环境中电流效率高于95％，开路电位负于-1.53vsce，工作电位负于-1.55vsce，电容量大于795a·h·kg-1；适用于55℃-85℃海水环境中阴极保护，具有广阔的应用前景。

21、本发明的锌合金高温牺牲阳极材料的原料中不含有毒有害的重金属元素，安全环保，且采用熔炼法制备，熔炼过程操作简便。

技术特征：

1.一种适用于高温海水环境的锌合金牺牲阳极材料，其特征在于，按重量百分比计，所述锌合金牺牲阳极材料的组分为：镁0.05～0.25％、锰0.01～0.02％，余量为锌，杂质含量符合gb/t470-2008的要求。

2.如权利要求1所述的锌合金牺牲阳极材料，其特征在于，所述锌合金牺牲阳极材料在50℃-80℃海水环境中电流效率高于95％，开路电位负于-1.03vsce，工作电位负于-1.00vsce，电容量大于790a·h·kg-1。

3.如权利要求1所述的锌合金牺牲阳极材料，其特征在于，按重量百分比计，所述锌合金牺牲阳极材料的组分为：镁0.05％、锰0.01％，余量为锌。

4.如权利要求1所述的锌合金牺牲阳极材料，其特征在于，按重量百分比计，所述锌合金牺牲阳极材料的组分为：镁0.15％、锰0.02％，余量为锌。

5.如权利要求1所述的锌合金牺牲阳极材料，其特征在于，按重量百分比计，所述锌合金牺牲阳极材料的组分为：镁0.25％、锰0.01％，余量为锌。

6.权利要求1-5任一所述的锌合金牺牲阳极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以锌为原材料，添加镁和锰元素，采用熔铸法进行熔炼制备锌合金牺牲阳极材料。

7.如权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述熔铸法为应用马弗炉进行熔炼。

8.如权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

9.如权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述搅拌，搅拌速度为40转/分钟，搅拌时间为1分钟；

10.一种50℃-80℃海水环境中金属防腐方法，其特征在于，将权利要求1-5任一所述的锌合金牺牲阳极材料作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，所述锌合金牺牲阳极材料作为负极发生氧化反应而消耗，被保护金属作为正极避免腐蚀。

技术总结
本发明公开了一种适用于高温海水环境的锌合金牺牲阳极材料，属于电化学保护材料领域。按重量百分比计，所述锌合金牺牲阳极材料的组分为：镁5.55～5.25％、锰5.51～5.52％，余量为锌，杂质含量符合GB/T475‑2558《锌锭》的相关要求。其以锌为原材料，仅添加镁和锰元素，通过熔铸法制备得到。该材料在55℃‑85℃海水环境中的电流效率达95％以上，开路电位负于‑1.53V<subgt;SCE</subgt;，工作电位负于‑1.55V<subgt;SCE</subgt;，电容量大于795A·h·kg<supgt;‑1</supgt;，腐蚀形貌均匀，腐蚀产物自动脱落，具有优良的电化学性能，适用于55℃‑80℃海水环境中阴极保护，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：陈士强,刘光洲,窦雯雯,刘菲菲,王蔚港
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13