CN105463473B - 一种储水式热水器用铝合金牺牲阳极 - Google Patents

一种储水式热水器用铝合金牺牲阳极 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种储水式热水器用铝合金牺牲阳极，其是以铝为原料，添加重量百分比为0.5％～2.8％的锌元素和0.1％～0.5％的锡元素。进一步添加元素铋和/或镓，进一步添加铋和/或镓元素的重量百分比优选为：铋0.1％～0.3％，镓0.05％～0.25％。本发明多元铝合金牺牲阳极，解决了目前镁合金牺牲阳极材料在使用过程中存在的实际电容量低、使用寿命偏短、污染水质以及铝合金牺牲阳极通用性差、性能不稳定等问题。

Description

一种储水式热水器用铝合金牺牲阳极
技术领域
本发明属于铝合金牺牲阳极技术领域，特别涉及一种储水式热水器用铝合金牺牲阳极。
背景技术
储水式热水器的内胆及内胆内部的加热管、热电偶等金属部件由于长期浸泡在水中，易发生腐蚀，特别是内胆一旦被腐蚀击穿就会漏水，使热水器的安全系数大大降低，热水器随之报废。热水器使用寿命的关键因素之一在于内胆的使用寿命，而内胆的寿命主要取决于材质、制作工艺及阴极保护。阴极保护常采用在金属内胆上连接一种活泼性比它强的金属作为牺牲阳极，根据电化学原理，牺牲阳极电位较负，其会通过水中的电解质向被保护的内胆提供阴极电流，使得被保护的内胆钢结构阴极化而不腐蚀。
作为储水式热水器用牺牲阳极的常见材料为镁合金牺牲阳极和铝合金牺牲阳极两类金属材料。储水式热水器，特别是在水质良好(电解质离子含量低)的地区使用，一般会选用高活性的镁合金牺牲阳极，为钢制内胆提供更高的驱动电压和电流；而在水质较差(电解质离子含量高)的地区，一般会选用电位相对镁牺牲阳极偏正的铝合金作牺牲阳极，既能提供更正的保护电位和更小的保护电流，也能维持较长的使用寿命。
镁合金牺牲阳极的开路电位一般低于-1.5v(VS.SCE)，在大部分自来水环境中不仅存在过保护现象，还存在下述几个问题：一是长时间使用存在黑水、臭鸡蛋气味和黑色颗粒沉积现象产生，降低洗浴舒适度；二是腐蚀产物氢氧化镁是水垢的主要成分，会增加由于水垢沉淀堆积导致加热器件过烧失效的风险；三是电流效率一般在50％左右，实际电容量不超过1.3A.h/g，自腐蚀严重，使用寿命短。
铝合金牺牲阳极，比如GB/T4948-2002的铝锌铟牺牲阳极，含有有毒元素铟，主要用于海水介质中金属的腐蚀防护，且在自来水中处于钝化状态，达不到牺牲阳极的基本要求，亦不能用于热水器之中。目前已用于储水式热水器的铝合金牺牲阳极中，部分材料开路电位不够负，不能用于水质良好的环境中，部分材料开路电位够负，但电流效率较低，实际电容量低，使用寿命短。
综上所述，目前的镁合金和铝合金牺牲阳极用作储水式热水器内胆及金属部件的阴极保护均存在一定缺陷，所以需要研发新型牺牲阳极材料来弥补以上不足，为储水式热水器热水器的防腐保护提供更好的选择。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于解决目前镁合金牺牲阳极材料在使用过程中存在的工作电位偏低发生过保护、实际电容量低、使用寿命偏短、污染水质以及铝合金牺牲阳极通用性差、性能不稳定等问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种储水式热水器用铝合金牺牲阳极，其是以铝为原料，添加重量百分比为0.5％～2.8％的锌元素和重量百分比为0.1％～0.5％的锡元素，杂质的总重量≤0.70％。
进一步添加铋元素和/或镓元素。
优选地，进一步添加铋元素的重量百分比为0.1％～0.3％。
优选地，进一步添加镓元素的重量百分比为0.05％～0.25％。
杂质中，Fe的重量百分比≤0.20％，Si的重量百分比≤0.20％，其它杂质总重量≤0.30％，其中，任一其它杂质重量≤0.10％。
所述铝合金牺牲阳极按照传统工艺制作，可采用铸造工艺，也可采用其它冶金手段制作。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过在铝中添加合金元素，提高铝在自来水中的活性，且活性能够一直保持下去，该铝合金牺牲阳极开路电位处于传统镁合金牺牲阳极和铝合金牺牲阳极之间，在自来水中为-1.20～-1.40V(VS.SCE，SCE是Saturated Calomel Electrode的缩写，即饱和甘汞电极，VS.SCE是相对于SCE电极的电势)，比目前镁合金牺牲阳极和铝合金牺牲阳极更具有通用性，适合不同淡水环境；
2.该铝合金牺牲阳极电流效率大于55％，实际电容量大于1.64A.h/Kg，高于目前储水式热水器用的镁合金牺牲阳极和铝合金牺牲阳极，使用寿命更长；
3.该铝合金牺牲阳极不含有毒元素，腐蚀均匀，产物易脱落，不存在过保护现象，不产生黑水、臭水、黑渣等问题，不影响水质，不加重热水器水垢问题。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
铝合金牺牲阳极材料各成份重量百分比为：锌0.5％，锡0.5％，杂质Fe的含量≤0.20％，杂质Si的含量≤0.20％，其它杂质含量总和≤0.30％，其中，任一其它杂质含量≤0.10％，余量为铝。
制备时使用石墨坩埚熔炼和合金化，在加热炉中首先将铝锭熔化，待其完全熔化后到达750～800℃时，依次加入锌和锡纯金属元素，然后用石墨棒充分搅拌，再进行除气精炼和造渣、除渣工序，静置后进行浇铸。浇铸时既可以在模具中直接浇铸成型作为铸造阳极棒使用，也可以先浇注成圆柱状挤压坯锭，再在挤压机上挤压成棒材，切割定尺后作为挤压阳极棒使用。
经测试，其在自来水中开路电位为-1.35～-1.40V(VS.SCE)，电流效率为57％，实际电容量为1.70A.h/Kg，比现有的镁阳极提高45％以上，使用寿命更长；表面腐蚀均匀，腐蚀形貌以点状腐蚀为主，腐蚀产物不粘附，易脱落，不结水垢。
实施例2
铝合金牺牲阳极材料各成份重量百分比为：锌2.8％，锡0.1％，铋0.3％，镓0.05％，杂质Fe的含量≤0.20％，杂质Si的含量≤0.20％，其它杂质含量总和≤0.30％，其中，任一其它杂质含量≤0.10％，余量为铝。
制备时使用石墨坩埚熔炼和合金化，在加热炉中首先将铝锭熔化，待其完全熔化后到达750～800℃时，依次加入锌、锡、铋和镓纯金属元素，然后用石墨棒充分搅拌，再进行除气精炼和造渣、除渣工序，静置后进行浇铸。浇铸时既可以在模具中直接浇铸成型作为铸造阳极棒使用，也可以先浇注成圆柱状挤压坯锭，再在挤压机上挤压成棒材，切割定尺后作为挤压阳极棒使用。
经测试，其在自来水中开路电位为-1.20～-1.26V(VS.SCE)，电流效率为63％，实际电容量为1.88A.h/Kg，比现有的镁阳极提高65％以上，使用寿命更长；表面腐蚀均匀，腐蚀形貌以点状腐蚀为主，腐蚀产物不粘附，易脱落，不结水垢。
实施例3
铝合金牺牲阳极材料各成份重量百分比为：锌1.0％，锡0.3％，铋0.1％，杂质Fe的含量≤0.20％，杂质Si的含量≤0.20％，其它杂质含量总和≤0.30％，其中，任一其它杂质含量≤0.10％，余量为铝。
制备时使用石墨坩埚熔炼和合金化，在加热炉中首先将铝锭熔化，待其完全熔化后到达750～800℃时，依次加入锌、锡和铋纯金属元素，然后用石墨棒充分搅拌，再进行除气精炼和造渣、除渣工序，静置后进行浇铸。浇铸时既可以在模具中直接浇铸成型作为铸造阳极棒使用，也可以先浇注成圆柱状挤压坯锭，再在挤压机上挤压成棒材，切割定尺后作为挤压阳极棒使用。
经测试，其在自来水中开路电位为-1.30～-1.36V(VS.SCE)，电流效率为58％，实际电容量为1.73A.h/Kg，比现有的镁阳极提高46％以上，使用寿命更长；表面腐蚀均匀，腐蚀形貌以点状腐蚀为主，腐蚀产物不粘附，易脱落，不结水垢。
实施例4
铝合金牺牲阳极材料各成份重量百分比为：锌1.2％，锡0.25％，铋0.16％，镓0.25％，杂质Fe的含量≤0.20％，杂质Si的含量≤0.20％，其它杂质含量总和≤0.30％，其中，任一其它杂质含量≤0.10％，余量为铝。
制备时使用石墨坩埚熔炼和合金化，在加热炉中首先将铝锭熔化，待其完全熔化后到达750～800℃时，依次加入锌、锡、铋和镓纯金属元素，然后用石墨棒充分搅拌，再进行除气精炼和造渣、除渣工序，静置后进行浇铸。浇铸时既可以在模具中直接浇铸成型作为铸造阳极棒使用，也可以先浇注成圆柱状挤压坯锭，再在挤压机上挤压成棒材，切割定尺后作为挤压阳极棒使用。
经测试，其在自来水中开路电位为-1.28～-1.34V(VS.SCE)，电流效率为60％，实际电容量为1.79A.h/Kg，比现有的镁阳极提高55％以上，使用寿命更长；表面腐蚀均匀，腐蚀形貌以点状腐蚀为主，腐蚀产物不粘附，易脱落，不结水垢。
实施例5
铝合金牺牲阳极材料各成份重量百分比为：锌1.5％，锡0.20％，镓0.20％，杂质Fe的含量≤0.20％，杂质Si的含量≤0.20％，其它杂质含量总和≤0.30％，其中，任一其它杂质含量≤0.10％，余量为铝。
制备时使用石墨坩埚熔炼和合金化，在加热炉中首先将铝锭熔化，待其完全熔化后到达750～800℃时，依次加入锌、锡和镓纯金属元素，然后用石墨棒充分搅拌，再进行除气精炼和造渣、除渣工序，静置后进行浇铸。浇铸时既可以在模具中直接浇铸成型作为铸造阳极棒使用，也可以先浇注成圆柱状挤压坯锭，再在挤压机上挤压成棒材，切割定尺后作为挤压阳极棒使用。
经测试，其在自来水中开路电位为-1.22～-1.27V(VS.SCE)，电流效率为61％，实际电容量为1.82A.h/Kg，比现有的镁阳极提高60％以上，使用寿命更长；表面腐蚀均匀，腐蚀形貌以点状腐蚀为主，腐蚀产物不粘附，易脱落，不结水垢。

Claims (3)

1.一种储水式热水器用铝合金牺牲阳极，其特征在于，以铝为原料，添加重量百分比为0.5％～1.0％的锌元素和重量百分比为0.1％～0.5％的锡元素，杂质的总重量≤0.70％；
所述牺牲阳极材料中还添加铋元素和/或镓元素，所添加铋元素的重量百分比为0.1％～0.3％，所添加镓元素的重量百分比为0.05％～0.25％；
所述储水式热水器用铝合金牺牲阳极的制备方法为使用石墨坩埚熔炼和合金化，在加热炉中首先将铝锭熔化，待其完全熔化后到达750～800℃时，依次加入锌、锡及铋、镓中的一种或两种纯金属元素，然后用石墨棒充分搅拌，再进行除气精炼和造渣、除渣工序，静置后进行浇铸；浇铸既可以在模具中直接浇铸成型作为铸造阳极棒使用，也可以先浇注成圆柱状挤压坯锭，再在挤压机上挤压成棒材，切割定尺后作为挤压阳极棒使用。
2.根据权利要求1所述一种储水式热水器用铝合金牺牲阳极，其特征在于，杂质中，Fe的重量百分比≤0.20％，Si的重量百分比≤0.20％，其它杂质总重量≤0.30％，其中，任一其它杂质重量≤0.10％。
3.根据权利要求1所述一种储水式热水器用铝合金牺牲阳极，其特征在于，所述铝合金牺牲阳极材料各成份重量百分比为：锌0.5％，锡0.5％，杂质Fe的含量≤0.20％，杂质Si的含量≤0.20％，其它杂质含量总和≤0.30％，其中，任一其它杂质含量≤0.10％，余量为铝；
所述储水式热水器用铝合金牺牲阳极的制备方法为使用石墨坩埚熔炼和合金化，在加热炉中首先将铝锭熔化，待其完全熔化后到达750～800℃时，依次加入锌和锡纯金属元素，然后用石墨棒充分搅拌，再进行除气精炼和造渣、除渣工序，静置后进行浇铸；浇铸既可以在模具中直接浇铸成型作为铸造阳极棒使用，也可以先浇注成圆柱状挤压坯锭，再在挤压机上挤压成棒材，切割定尺后作为挤压阳极棒使用。
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