CN101586241A

CN101586241A - 一种电热水器用铝锌系合金牺牲阳极

Info

Publication number: CN101586241A
Application number: CN 200910150934
Authority: CN
Inventors: 戴明安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-20
Filing date: 2009-06-20
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2029-06-20
Also published as: CN101586241B

Abstract

本发明公开了一种电热水器用铝锌系合金牺牲阳极，其主要成份为：以铝为原料，添加元素锌，其中进一步添加有元素镁和/或元素锡。添加元素锌的重量百分比为：锌10.00～30.00％，进一步添加元素的重量百分比为：锡0.05～0.15％和/或镁0.5～1.5％。本发明三元或四元合金材料，解决了现阶段牺牲阳极的电流效率低的问题，牺牲阳极溶解物污染水质的问题，牺牲阳极使用有毒重金属的问题。

Description

一种电热水器用铝锌系合金牺牲阳极

技术领域

本发明涉及牺牲阳极材料，特别涉及一种用于电热水器内胆防腐的铝锌系合金牺牲阳极，主要在自来水(淡水)中使用。

背景技术

金属腐蚀是破坏金属设备和构件的主要形式之一，牺牲阳极阴极保护法是目前应用广泛的防腐方法之一，可对工作于水溶液中或含有水溶液环境中的金属构件提供防腐保护。该方法是将被保护的金属(阴极)与比他电位更负的金属(阳极)相连，两种金属处于相同电解质中(例如水，土壤)中，借助于牺牲阳极与被保护金属之间有较大电位差和牺牲阳极不断活性溶解所产生的电流对被保护的金属进行阴极极化，从而抑制金属腐蚀。

电热水器的核心是内胆，内胆通常是用钢搪瓷制作的，由于钢上搪瓷后或多或少存在的缺陷，在使用过程中电热水器充水，因水中氧的存在以及异金属的接触，搪瓷钢就不可避免的有腐蚀穿孔的可能性，因此需要对搪瓷内胆进行保护，最有效的办法就是阴极保护。

目前热水器的搪瓷内胆主要是采用牺牲阳极做阴极保护，用做牺牲阳极材料的有镁合金牺牲阳极和淡水用铝合金牺牲阳极材料，但这两种材料都存在着技术上的缺陷，如镁合金牺牲阳极用做电热水器牺牲阳极就存在下述几方面的问题，一是镁阳极在使用过程中有黑水、臭水和颗粒脱落现象，二是二次生成物氢氧化镁是水垢的主要成分，水垢的形成容易产生垢下腐蚀；三是镁阳极电流效率低只有50％左右，实际电容量只有1100-1200A.h/kg；四是电位太负(开路电位1.5-1.6V，VS.SCE)，使内胆可能产生氢脆；五是就是镁阳极含有毒金属元素锰。

另外，现有技术“淡水用铝合金牺牲阳极材料”(中国专利号CN00100569.3)公开的技术内容，也并不十分适合做电热水器牺牲阳极。此种材料虽可以用做自来水(淡水)阳极，但是具有如下缺陷：一是电流效率低只有35％-40％，实际电容量只有1100-1200A.h/kg，二是二次腐蚀产物产物过多，严重污染水质，三是阳极中含有毒重金属元素铋。

此外、现有国标GB/T4948-2002铝锌铟系合金牺牲阳极可以用做海水介质的牺牲阳极，但在自来水(淡水)中钝化，开路电位达不到作为牺牲阳极材料的基本要求，不能用做电热水器的牺牲阳极。

综上所述，“镁合金牺牲阳极”和“淡水用铝合金牺牲阳极材料”都不适合做电热水器内胆的牺牲阳极。因此有必要发明一种新型的牺牲阳极来取代上述两种牺牲阳极。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电热水器用铝锌系合金牺牲阳极，以解决现阶段牺牲阳极的电流效率低的问题，解决现阶段牺牲阳极溶解物污染水质的问题，解决现阶段牺牲阳极使用有毒重金属的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过在铝中添加合金元素的方法，提高铝在自来水(淡水)中的活性，使铝在自来水(淡水)中不钝化，开路电位负于1.0V(VS.SCE)，同时在自来水(淡水)中的实际电容量达到1700A.h/kg以上，较现有牺牲阳极电流效率提高50％。并且，本发明相较镁阳极而言，没有镁阳极溶解时产生的黑水、臭水和颗粒脱落现象；相对“淡水用铝合金牺牲阳极材料”(中国专利号CN00100569.3)，阳极溶解物氢氧化铝-二次反应生成物少或很少。而且，本发明添加的元素中不含有有毒的重金属，有利于环保和用户的身体健康。

为此，本发明提供了一种电热水器用铝锌系合金牺牲阳极，其主要成份为：以铝为原料，添加元素锌，其中进一步添加有元素镁和/或元素锡。

所述以铝为原料，所述添加元素锌的重量百分比为：锌10.00～30.00％。

所述以铝为原料，所述进一步添加元素的重量百分比为：锡0.05～0.15％；杂质含量≤0.5％。

所述以铝为原料，所述进一步添加元素的重量百分比为：镁0.5～1.5％；杂质含量≤0.5％。

所述以铝为原料，所述进一步添加元素的重量百分比为为：锡0.05～0.15％，镁0.5～1.5％；杂质含量≤0.5％。

本发明具有如下优点：

1、提高了牺牲阳极的电流效率：本发明牺牲阳极在自来水(淡水)中不钝化，开路电位负于1.0V(VS.SCE)，(SCE是Saturated calomel electrode，饱和甘汞电极，是以饱和氯化钾溶液为电解液的甘汞电极，是一种广泛的参比电极。VS.SCE就是说相比于SCE电极的电极电势。)同时在自来水(淡水)中的实际电容量达到1700A.h/kg以上，较现有电热水器阳极电流效率提高50％。

2、解决了牺牲阳极溶解物污染水质的问题：本发明使用时无黑水、臭水和颗粒脱落现象，阳极溶解物氢氧化铝-二次反应生成物少。

3合金中不含有国家明令禁止使用的有毒重金属元素，环保健康。

具体实施方式

本发明针对储水式电热水器，涉及牺牲阳极材料，主要用于电热水器的内胆防腐。电热水器的核心是内胆，内胆通常是用钢搪瓷制作的，由于钢上搪瓷后或多或少的存在缺陷，在使用过程中电热水器充水，因水中氧的存在以及异金属的接触，搪瓷钢就不可避免的有腐蚀穿孔的可能性，因此需要对搪瓷内胆进行保护，最有效的办法就是阴极保护。目前搪瓷内胆主要是采用牺牲阳极做阴极保护，用做牺牲阳极材料的有镁合金牺牲阳极和“淡水用铝合金牺牲阳极材料”。现有国标GB/T4948-2002铝锌铟系合金牺牲阳极可以用做海水介质的牺牲阳极，但在自来水(淡水)中钝化，开路电位达不到作为牺牲阳极材料的基本要求，不能用做电热水器的牺牲阳极。在先专利，淡水用铝合金牺牲阳极材料-中国专利号CN00100569.3虽可以用做自来水(淡水)阳极，但电流效率低，实际电容量只有1100-1200A.h/kg，二次腐蚀产物严重污染水质，且阳极中含有毒重金属元素铋，因此不十分适合做电热水器阳极。而镁合金阳极溶解时产生的黑水、臭水和颗粒脱落现象；且含有毒金属元素锰，电流效率也只有50％，实际电容量只有1100-1200A.h/kg，也不适合做电热水器阳极。

为解决现阶段牺牲阳极材料的不足，本发明公开了一种电热水器用铝锌系合金牺牲阳极材料的成份配比，具体材料如下表：

按照上述表格中的内容，本发明公开了下述几项内容：

实施例1：

铝锌系合金牺牲阳极材料各成份重量百分比为：锌30％，锡0.15％，铜0.005％，铁0.12％，硅0.12％；其余为铝，单个元素杂质含量≤0.1％，其他所有元素杂质含量≤0.2％。

制备时用石墨坩埚盛铝锭和锌锭，在加热炉中将铝和锌锭溶化，再在铝液中添加锡，用石墨棒搅拌，除渣，出炉浇铸成锭，再挤压成棒，制作成为铝-锌-锡牺牲阳极。然后将其切割制成适合电热水器用的棒状，也可直接浇铸成电热水器用的棒。

实施例2：

铝锌系合金牺牲阳极材料各成份重量百分比为：锌20％，镁1.5％，锡0.05％，铜0.005％，铁0.12％，硅0.12％；其余为铝，单个元素杂质含量≤0.1％，其他所有元素杂质含量≤0.2％。

制备时用石墨坩埚盛铝锭和锌锭，在加热炉中将铝和锌锭溶化，再在铝液中添加元素镁和锡，用石墨棒搅拌，除渣，出炉浇铸成锭，再挤压成棒，制作成为铝-锌-镁-锡牺牲阳极。然后将其切割制成适合电热水器用的棒状，也可直接浇铸成电热水器用的棒。

实施例3：

铝锌系合金牺牲阳极材料各成份重量百分比为：锌10％，镁1％，铜0.005％，铁0.12％，硅0.12％；其余为铝，单个元素杂质含量≤0.1％，其他所有元素杂质含量≤0.2％。

制备时用石墨坩埚盛铝锭和锌锭，在加热炉中将铝和锌锭溶化，再在铝液中添加元素镁，用石墨棒搅拌，除渣，出炉浇铸成锭，再挤压成棒，制作成为铝-锌-镁牺牲阳极。然后将其切割制成适合电热水器用的棒状，也可直接浇铸成电热水器用的棒。

上述几种方案中，铝-锌-锡牺牲阳极和铝-锌-锡-镁牺牲阳极适合30升以上电热水器内胆的保护；铝-锌-镁牺牲阳极适合30升以下电热水器内胆的保护。

本发明选择铝作为阳极的基础材料，铝的理论电容量是2970A.h/kg，但铝在自来水(淡水)中容易钝化，要通过合金化的方式来提高铝的活性，通过试验，在铝中添加10％-30％的锌，可以使铝在自来水(淡水)中的电位达到1.0V，突破了现有铝合金牺牲阳极锌在铝中的添加量，但继续提高锌含量将使阳极电容量下降；再添加少量锡或镁，是为了使铝锌合金的活性进一步提高和稳定，同时也可以提高合金的电流效率。最终形成在自来水(淡水)中可以做牺牲阳极用的三元或四元的铝锌(系)合金牺牲阳极。在现有的铝合金牺牲阳极中锌的比例最大是7％(GB/T4948-2002)，在现有的变形铝及铝合金中锌的比例最大是9％(GB/T3190-2008)。而使用本发明公布出来的配比制造的牺牲阳极，在自来水(淡水)中不钝化，开路电位负于1.0V(V.S SCE)，阳极实际电容量达到1700A.h/kg以上，较现有在电热水器中使用的阳极提高50％，二次生成物氢氧化铝少或很少，合金成分不含国家限定的有毒重金属元素。

Claims

1、一种电热水器用铝锌系合金牺牲阳极，其主要成份为：以铝为原料，添加元素锌，其特征在于，其中进一步添加有元素镁和/或元素锡。

2、根据权利要求1所述电热水器用铝锌系合金牺牲阳极，其特征在于，所述以铝为原料，所述添加元素锌的重量百分比为：锌10.00～30.00％。

3、根据权利要求2所述电热水器用铝锌系合金牺牲阳极，其特征在于，所述以铝为原料，所述进一步添加元素的重量百分比为：锡0.05～0.15％；杂质含量≤0.5％。

4、根据权利要求2所述电热水器用铝锌系合金牺牲阳极，其特征在于，所述以铝为原料，所述进一步添加元素的重量百分比为：镁0.5～1.5％；杂质含量≤0.5％。

5、根据权利要求2所述电热水器用铝锌系合金牺牲阳极，其特征在于，所述以铝为原料，所述进一步添加元素的重量百分比为为：锡0.05～0.15％，镁0.5～1.5％；杂质含量≤0.5％。