CN105568091A - 一种低驱动电位铝合金牺牲阳极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海洋环境下服役高强钢的腐蚀防护技术，尤其是涉及一种低驱动电位铝合金牺牲阳极材料及其制备方法。牺牲阳极材料按重量百分比计，锌(Zn)0.5-1％，铟(In)0.018-0.05％，硅(Si)0.1-0.4％，铈(Ce)0.1-1％，余量为铝(牌号Al99.85)；其中，杂质控制在，铁(Fe)≤0.12％,铜(Cu)≤0.01％。本发明铝合金牺牲阳极在天然海水中其工作电位在-0.77V--0.85V(vs.Ag/AgCl)之间，电流效率≥85％，消耗率≤3.5kg+A-1+a-1，溶解形貌均匀，腐蚀产物易脱落，可作为高强钢等氢脆敏感材料的阴极保护牺牲阳极使用。

Description

一种低驱动电位铝合金牺牲阳极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及海洋环境下服役高强钢的腐蚀防护技术，尤其是涉及一种低驱动电位铝合金牺牲阳极材料及其制备方法。
背景技术
随着高强钢在海洋构筑物、军舰等领域的广泛应用，由海水介质引起的腐蚀问题得到高度重视。相关标准规定，对于海洋环境下服役的钢铁材料，为免受或缓解电化学腐蚀，需要进行阴极保护，使其电位处于-1.0V--0.8V(vsAg/AgCl)之间。但该电位范围并不适用于高析氢过电位的高强钢，强烈的阴极极化往往会引起氢脆发生，造成材料失效。因此，合理的阴极保护电位是避免氢脆发生的关键。
牺牲阳极保护法是应用最广泛，性能最稳定的阴极保护方法之一。但现行常用的铝合金牺牲阳极其工作电位处于-1.12V--1.05V(vsAg/AgCl)之间，不适合直接用于高强钢的阴极保护。Pierre在1998年提出高强钢阴极保护的牺牲阳极材料应满足工作电位在-0.85V--0.8V(vsAg/AgCl)之间，开发了Al-0.1％Ga阳极并申请了专利；Lemieux于2002年通过对高强钢牺牲阳极保护的实海长期监测实验，得出当牺牲阳极工作电位达到-0.765V(vsAg/AgCl)时，仍可达到理想的保护效果。至此国际公认用于保护高强钢的铝合金牺牲阳极，其工作电位应处于-770mV--850mV(vsAg/AgCl)之间。
发明内容
本发明目的在于解决目前通用阴极保护准则应用于高强钢时，易引起氢脆的技术缺陷，开发一种性能稳定的低驱动电位铝合金牺牲阳极材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种低驱动电位铝合金牺牲阳极材料，牺牲阳极材料按重量百分比计，锌(Zn)0.5-1％，铟(In)0.018-0.05％，硅(Si)0.1-0.4％，铈(Ce)0.1-1％，余量为铝(牌号Al99.85)；其中，杂质控制在，铁(Fe)≤0.12％,铜(Cu)≤0.01％。
进一步的说，牺牲阳极材料按重量百分比计，锌(Zn)0.5-0.7％，铟(In)0.020-0.030％，硅(Si)0.15-0.25％，铈(Ce)0.3-0.4％余量为铝(牌号Al99.85)；杂质控制在，铁(Fe)≤0.12％,铜(Cu)≤0.01％。
一种低驱动电位铝合金牺牲阳极材料的制备方法，将Al99.85工业重熔铝锭加热至680-800℃，待铝锭熔化后，再加入锌、铟、硅、铈元素，待合金组分完全熔化后，搅拌5-20min后静置30-60min，而后浇注于预热的铸铁模具中，在空气中自然冷却即得所述低驱动电位铝合金牺牲阳极材料；其中Si元素以Al-20％Si中间合金形式加入。
进一步的说，按上述比例将Al99.85工业重熔铝锭加入碳化硅坩埚，使用天然气炉加热至680-800℃，待铝锭熔化后，再加入锌、铟、硅、铈元素，使各元素熔化，待合金组分完全熔化后，搅拌5-20min后静置30-60min，扒渣，而后浇注于预热的铸铁模具中，在空气中自然冷却即得所述低驱动电位铝合金牺牲阳极材料。
本发明所具有的优点：
本发明铝合金牺牲阳极材料在天然海水中其工作电位在-0.77V--0.85V(vs.Ag/AgCl)之间，电流效率≥85％，消耗率≤3.5kg+A-1+a-1，溶解形貌均匀，腐蚀产物易脱落，可作为高强钢等氢脆敏感材料的阴极保护牺牲阳极使用，同时生产工艺简化，加工成本低。
具体实施方式
下面结合以下实施例对本发明的发明内容作详细说明。
本发明具体是下面通过具体实例对本发明做进一步说明。
实施例1：
制备：将1305g的Al99.85工业重熔铝锭加入碳化硅坩埚，使用天然气炉加热至800℃，待铝锭熔化后，按照Zn:6.6g,In:0.24g,Ce:1.32g,Al-20％Si:6.6g的量加入其它合金元素，待合金组分完全熔化后，搅拌5min后静置30min，扒渣，浇注于预热至200℃的铸铁模具中，在空气中自然冷却，得到低驱动电位铝合金牺牲阳极材料。经电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定成分为：0.501％Zn,0.018％In,0.104％Ce，0.106％Si。
实施例2：
将1241g的Al99.85工业重熔铝锭加入碳化硅坩埚，使用天然气炉加热至800℃，待铝锭熔化后，按照Zn:7.63g,In:0.32g,Ce:3.82g,Al-20％Si:19.08g的量加入其它合金元素，待合金组分完全熔化后，搅拌8min后静置35min，扒渣，浇注于预热至200℃的铸铁模具中，在空气中自然冷却，得到低驱动电位铝合金牺牲阳极材料。经电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定成分为：0.594％Zn,0.024％In,0.288％Ce，0.291％Si。
实施例3：
将1349g的Al99.85工业重熔铝锭加入碳化硅坩埚，使用天然气炉加热至800℃，待铝锭熔化后，按照Zn:9.66g,In:0.34g,Ce:6.9g,Al-20％Si:13.8g的量加入其它合金元素，待合金组分完全熔化后，搅拌10min后静置40min，扒渣，浇注于预热至200℃的铸铁模具中，在空气中自然冷却，得到低驱动电位铝合金牺牲阳极材料。经电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定成分为：0.687％Zn,0.024％In,0.471％Ce，0.204％Si。
实施例4：
将1514g的Al99.85工业重熔铝锭加入碳化硅坩埚，使用天然气炉加热至800℃，待铝锭熔化后，按照Zn:12.49g,In:0.55g,Ce:10.932g,Al-20％Si:23.42g的量加入其它合金元素，待合金组分完全熔化后，搅拌15min后静置50min，扒渣，浇注于预热至200℃的铸铁模具中，在空气中自然冷却，得到低驱动电位铝合金牺牲阳极材料。经电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定成分为：0.769％Zn,0.033％In,0.649％Ce，0.288％Si。
实施例5：
将1412g的Al99.85工业重熔铝锭加入碳化硅坩埚，使用天然气炉加热至800℃，待铝锭熔化后，按照Zn:14.72g,In:0.74g,Ce:14.72g,Al-20％Si:29.43g的量加入其它合金元素，待合金组分完全熔化后，搅拌20min后静置60min，扒渣，浇注于预热至200℃的铸铁模具中，在空气中自然冷却，得到低驱动电位铝合金牺牲阳极材料。经电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定成分为：0.924％Zn,0.047％In,0.894％Ce，0.399％Si。
对上述实施例制备阳极的电化学性能采用GB/T17848-1999标准的实验方法进行测试，其电化学性能见表1。
表1低电位铝合金牺牲阳极电化学性能
样品 工作电位V(vs.Ag/AgCl) 电流效率(％) 消耗率(kg A-1a-1) 表面溶解情况
实例1 -0.796～-0.771 85.37 3.485 溶解均匀，产物易脱落
实例2 -0.801～-0.787 86.12 3.446 溶解均匀，产物易脱落
实例3 -0.810～-0.798 86.03 3.412 溶解均匀，产物易脱落
实例4 -0.835～-0.809 85.49 3.463 溶解均匀，产物易脱落
实例5 -0.844～-0.819 85.01 3.494 溶解均匀，产物易脱落

Claims (4)

1.一种低驱动电位铝合金牺牲阳极材料，其特征在于：牺牲阳极材料按重量百分比计，锌(Zn)0.5-1％，铟(In)0.018-0.05％，硅(Si)0.1-0.4％，铈(Ce)0.1-1％，余量为铝(牌号Al99.85)；其中，杂质控制在，铁(Fe)≤0.12％,铜(Cu)≤0.01％。
2.按权利要求1所述的低驱动电位铝合金牺牲阳极材料，其特征在于：牺牲阳极材料按重量百分比计，锌(Zn)0.5-0.7％，铟(In)0.020-0.030％，硅(Si)0.15-0.25％，铈(Ce)0.3-0.4％余量为铝(牌号Al99.85)；杂质控制在，铁(Fe)≤0.12％,铜(Cu)≤0.01％。
3.一种权利要求1所述的低驱动电位铝合金牺牲阳极材料的制备方法，其特征在于：将Al99.85工业重熔铝锭加热至680-800℃，待铝锭熔化后，再加入锌、铟、硅、铈元素，待合金组分完全熔化后，搅拌5-20min后静置30-60min，而后浇注于预热的铸铁模具中，在空气中自然冷却即得所述低驱动电位铝合金牺牲阳极材料；其中Si元素以Al-20％Si中间合金形式加入。
4.按权利要求3所述的低驱动电位铝合金牺牲阳极材料的制备方法，其特征在于：将Al99.85工业重熔铝锭加入碳化硅坩埚，使用天然气炉加热至680-800℃，待铝锭熔化后，再加入锌、铟、硅、铈元素，使各元素熔化，待合金组分完全熔化后，搅拌5-20min后静置30-60min，扒渣，而后浇注于预热的铸铁模具中。
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