CN105648445A - 一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法 - Google Patents

一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105648445A
CN105648445A CN201610007734.1A CN201610007734A CN105648445A CN 105648445 A CN105648445 A CN 105648445A CN 201610007734 A CN201610007734 A CN 201610007734A CN 105648445 A CN105648445 A CN 105648445A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum
alloy
erbium
sacrificial anode
zinc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610007734.1A
Other languages
English (en)
Inventor
许征兵
李航
魏兵
曾建民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi University
Original Assignee
Guangxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi University filed Critical Guangxi University
Priority to CN201610007734.1A priority Critical patent/CN105648445A/zh
Publication of CN105648445A publication Critical patent/CN105648445A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/06—Constructional parts, or assemblies of cathodic-protection apparatus
    • C23F13/08—Electrodes specially adapted for inhibiting corrosion by cathodic protection; Manufacture thereof; Conducting electric current thereto
    • C23F13/12—Electrodes characterised by the material
    • C23F13/14—Material for sacrificial anodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent

Abstract

本发明公开了一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，由以下质量百分比的组分组成：锌3.5-5.5wt％，铟0.01-0.05wt％，铒0.05-2wt％，杂质总量≤0.15wt％，余量为铝。制备方法采用在常压、动态氩气保护下的高频感应熔炼，按各组分质量百分比分别计算和量取Al-Zn合金、Al-In合金、Al-Er合金和纯铝放入高频感应熔炼炉中，加热到700-760℃后保温10-15min，用铸钢模具浇注，浇注温度为720℃，浇注前铸钢模具300℃预热20min；冷却后取出，即为所述Al-Zn-In-Er牺牲阳极。本发明的阳极工作电位为-1.1～-1.05V，电流效率≥85％，腐蚀产物易脱落，表面溶解均匀，合金组织得到细化，α-Al枝晶平均尺≤25μm，其维氏硬度≥32HV。具有良好电化学性能的同时，其力学性能得到改善，适用于对工作在水环境中的钢铁构件尤其是大型复杂构件的阴极保护。

Description

一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法
技术领域
本发明属于腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法。
背景技术
金属腐蚀是金属设备和构件失效的主要形式之一，带来了巨大的经济损失，造成了一些灾难性的事故，消耗了宝贵的资源。牺牲阳极阴极保护是一种重要的电化学防腐方法，它是将被保护的金属与电位更负的活泼金属相连，组成电偶电池，依靠牺牲阳极不断溶解所产生的阴极电流来实现阴极保护。牺牲阳极阴极保护因具有不需要外部电流、施工安装简单、造价便宜、尤其在低电阻环境中运行良好等优点，得到了广泛应用。牺牲阳极材料必须满足具有足够负且稳定的开路和闭路电位、理论电容量大、电流效率高、表面溶解均匀、无毒害，具有一定的力学性能等条件。
工程中常用的牺牲阳极材料主要有镁、锌、铝三大类。铝合金阳极与镁、锌基阳极相比，具有下列优点：比重小、电化当量为2890A·h·kg-1，为锌的3.6倍，镁的1.35倍；电极电位负，对钢铁驱动电位适中；工作时无毒，无有害气体，不污染环境，使用寿命长。从节约能源、安全和环保等方面考虑，铝基合金是理想的阳极材料；在自然资源方面，铝的矿藏量较其他金属都丰富，全世界年产量也相当高，为生产提供了广泛的材料来源。因此，铝基阳极自20世纪60年代开发成功后，得到了广泛应用。
自然状况下，纯铝表面极易生成致密的钝化膜，使铝的电位正移，不能够连续溶解。研究表明，铝中添加某些合金元素，如锌、镁、铟、锡等可以部分取代铝晶格上的铝原子，使这些部位成为铝氧化膜的缺陷，以限制或阻止铝表面形成连续致密的氧化膜，从而促进表面活性溶解。目前使用最广泛的铝合金牺牲阳极材料有Al-Zn-Hg系、Al-Zn-Sn系、Al-Zn-In系。Al-Zn-Hg系阳极虽然性能较好，但合金元素Hg对人体和环境都有不利影响，使其使用受到限制；Al-Zn-Sn系阳极电流效率约70％，需进行热处理之后才能达到理想效果；Al-Zn-In系合金由于无毒无害，电流效率高，成为当今使用最广泛的牺牲阳极材料。
目前，国内外大多数研究都是以Al-Zn-In系合金为基础，从改变成分含量、添加合金元素和改变热处理工艺等方面来提高阳极性能。中国专利申请号200710189863.8公布了一种添加镁、钛的铝锌铟系阳极，中国专利申请号200910308983.4公布了一种含镓元素的铝锌锡系阳极及其制备方法，中国专利申请号201010516697.X公布了含镁、硅、锡的铝锌铟系阳极。上述研究都主要以提高材料的电流效率、实际电容量或是改善合金的溶解形貌为目的，而忽略了阳极力学性能对阳极安装、使用过程的影响，尤其是复杂环境下异型阳极的装备过程中，对阳极力学性能有更高的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种通过微合金的方法来改善阳极组织，提高阳极电化学和力学性能，改善溶解均匀性的Al-Zn-In-Er牺牲阳极。
本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：
一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，由以下质量百分比的组分组成：锌3.5-5.5wt％，铟0.01-0.05wt％，铒0.05-2wt％，杂质总量≤0.15wt％，余量为铝。
所述杂质中的铁含量占阳极总量≤0.1wt％。
铒的质量百分比为0.1-1wt％。
所述锌、铟、铒、铝分别以中间合金的形式加入，中间合金分别为含10wt％Zn的Al-Zn合金、含0.1wt％In的Al-In合金、含4wt％Er的Al-Er合金。
一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极的制备方法，采用在常压、动态氩气保护下的高频感应熔炼，按各组分质量百分比分别计算和量取Al-Zn合金、Al-In合金、Al-Er合金和纯铝放入高频感应熔炼炉中，加热到700-760℃后保温10-15min，用铸钢模具浇注，浇注温度为720℃，浇注前铸钢模具300℃预热20min；冷却后取出，即所述Al-Zn-In-Er牺牲阳极。
本发明通过加入合金元素铒来提高阳极性能，铒在铝中的平衡固溶度很低，几乎不溶，合金在凝固结晶过程中，铒在固液界面前沿大量富集，使得界面附近铒含量升高，合金达到共晶成分时，形成α-Al和Al3Er的共晶组织，阻碍了枝晶的正常生长，使枝晶细化；在共晶反应时，界面前沿由于铒富集加剧，超过共晶成分，直接从熔体中形成高熔点的Al3Er颗粒相。这类直接从熔体中生产的Al3Er相满足充当非均质形核核心的作用，能够促进合金形核，细化合金晶粒。通过对晶粒的细化和组织形态的改变，可以改善合金的溶解形貌，一定程度上提高电流效率。而且，晶粒细化后产生细晶强化作用，合金的力学性能得到提高。合金元素的加入量必须控制在一定范围内，若加入量过少，作用不明显，若加入量过大，第二相数量增加，对合金的电流效率和溶解形貌都会产生不良影响。进行不同配比的合金试验，其中铒的优选范围在0.1-1wt％。
对本发明阳极按照GT/T4948-2002标准规定的电化学性能测试方法测量电流效率，用硬度试验机测量维氏硬度。阳极工作电位为-1.1～-1.05V，电流效率≥85％，腐蚀产物易脱落，表面溶解均匀，其维氏硬度≥32HV。本发明与现有技术相比，主要有以下优点：(1)阳极活化性能好，电位合理，其工作电位≥-1.05V，钢的保护电位为-0.85V，并且有足够的驱动电位；(2)电流效率和溶解形貌得到改善，电流效率≥85％，腐蚀产物易脱落；(3)阳极晶粒得到细化，组织得到改善，α-Al枝晶平均尺寸≤25μm，维氏硬度≥32HV，阳极的力学性能得到较大提高，能够满足特殊环境下异型阳极的安装和服役条件。
具体实施方式
实施例1
一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，由以下质量百分比的组分组成：Zn4.5wt％、In0.02wt％、Er0.2wt％、杂质含量≤0.15wt％、其余为铝。杂质中铁≤0.1wt％。
锌、铟、铒、铝分别以中间合金的形式加入，中间合金分别为含10wt％Zn的Al-Zn合金、含0.1wt％In的Al-In、含4wt％Er的Al-Er。中间合金用真空电弧熔炼炉反复熔炼三次得到，确保成分均匀。
Al-Zn-In-Er牺牲阳极的制备方法，采用在常压、动态氩气保护下的高频感应熔炼，按各组分质量百分比分别计算和量取Al-Zn合金、Al-In合金、Al-Er合金和纯铝放入高频感应熔炼炉中，加热到720℃后保温15min，用铸钢模具浇注，浇注温度为720℃，浇注前铸钢模具300℃预热20min；冷却后取出，即为所述Al-Zn-In-Er牺牲阳极。
对制备的阳极按照GT/T4948-2002标准规定的电化学性能测试方法测量电流效率，用硬度试验机测量维氏硬度。该阳极的电流效率为85.4％，表面溶解均匀，腐蚀产物易脱落，α-Al枝晶平均尺寸为25μm，其维氏硬度为33.4HV。具体性质见表1。
实施案例2
一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，由以下质量百分比的组分组成：Zn4wt％、In0.03wt％、Er0.4wt％、杂质含量≤0.15wt％、其余为铝。杂质中铁≤0.1wt％。
锌、铟、铒、铝分别以中间合金的形式加入，中间合金分别为含10wt％Zn的Al-Zn合金、含0.1wt％In的Al-In、含4wt％Er的Al-Er。中间合金用真空电弧熔炼炉反复熔炼四次得到，确保成分均匀。
Al-Zn-In-Er牺牲阳极的制备方法，采用在常压、动态氩气保护下的高频感应熔炼，按各组分质量百分比分别计算和量取Al-Zn合金、Al-In合金、Al-Er合金和纯铝放入高频感应熔炼炉中，加热到730℃后保温12min，用铸钢模具浇注，浇注温度为720℃，浇注前铸钢模具300℃预热20min；冷却后取出，即为所述Al-Zn-In-Er牺牲阳极。
对制备的阳极按照GT/T4948-2002标准规定的电化学性能测试方法测量电流效率，用硬度试验机测量维氏硬度。该阳极的电流效率为88.2％，表面溶解均匀，腐蚀产物易脱落，α-Al枝晶平均尺寸为23μm，其维氏硬度为34.2HV。具体性质见表1。
实施案例3
一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，由以下质量百分比的组分组成：Zn5wt％、In0.03wt％、Er0.8wt％、杂质含量≤0.15wt％、其余为铝。杂质中铁≤0.1wt％。
锌、铟、铒、铝分别以中间合金的形式加入，中间合金分别为含10wt％Zn的Al-Zn合金、含0.1wt％In的Al-In、含4wt％Er的Al-Er。中间合金用真空电弧熔炼炉反复熔炼三次得到，确保成分均匀。
Al-Zn-In-Er牺牲阳极的制备方法，采用在常压、动态氩气保护下的高频感应熔炼，按各组分质量百分比分别计算和量取Al-Zn合金、Al-In合金、Al-Er合金和纯铝放入高频感应熔炼炉中，加热到760℃后保温10min，用铸钢模具浇注，浇注温度为720℃，浇注前铸钢模具300℃预热20min；冷却后取出，即为所述Al-Zn-In-Er牺牲阳极。
对制备的阳极按照GT/T4948-2002标准规定的电化学性能测试方法测量电流效率，用硬度试验机测量维氏硬度。该阳极的电流效率为89.4％，表面溶解均匀，腐蚀产物易脱落，α-Al枝晶平均尺寸为22μm，其维氏硬度为35.8HV。具体性质见表1。
表1.本发明Al-Zn-In-Er牺牲阳极的性能

Claims (5)

1.一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：锌3.5-5.5wt%，铟0.01-0.05wt%，铒0.05-2wt%，杂质总量≤0.15wt%，余量为铝。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，其特征在于，所述杂质中的铁含量占阳极总量≤0.1wt%。
3.根据权利要求1所述的一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，其特征在于，铒的质量百分比为0.1-1wt%。
4.根据权利要求1所述的一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，其特征在于，所述锌、铟、铒、铝分别以中间合金的形式加入，中间合金分别为含10wt%Zn的Al-Zn合金、含0.1wt%In的Al-In合金、含4wt%Er的Al-Er合金。
5.根据权利要求1—3之一所述的一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极的制备方法，其特征在于，采用在常压、动态氩气保护下的高频感应熔炼，按各组分质量百分比分别计算和量取Al-Zn合金、Al-In合金、Al-Er合金和纯铝放入高频感应熔炼炉中，加热到700-760℃后保温10-15min，用铸钢模具浇注，浇注温度为720℃，浇注前铸钢模具300℃预热20min；冷却后取出，即得所述Al-Zn-In-Er牺牲阳极。
CN201610007734.1A 2016-01-07 2016-01-07 一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法 Pending CN105648445A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610007734.1A CN105648445A (zh) 2016-01-07 2016-01-07 一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610007734.1A CN105648445A (zh) 2016-01-07 2016-01-07 一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105648445A true CN105648445A (zh) 2016-06-08

Family

ID=56491723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610007734.1A Pending CN105648445A (zh) 2016-01-07 2016-01-07 一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105648445A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108251850A (zh) * 2018-01-25 2018-07-06 中交四航工程研究院有限公司 一种泡沫铝合金牺牲阳极及其制备方法
CN109338375A (zh) * 2018-10-31 2019-02-15 无锡纽思铁科能源科技有限公司 一种高性能Al-Zn-In系牺牲阳极材料及其制备方法
CN111058044A (zh) * 2019-12-20 2020-04-24 山东南山铝业股份有限公司 一种高使用寿命的铸造铝合金牺牲阳极

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60245766A (ja) * 1984-05-21 1985-12-05 Nakagawa Boshoku Kogyo Kk 流電陽極用アルミニウム合金
CN101148767A (zh) * 2007-10-29 2008-03-26 河南科技大学 一种铝锌铟系牺牲阳极材料
CN101693999A (zh) * 2009-09-07 2010-04-14 河南科技大学 一种铝锌锡系牺牲阳极材料及其制备方法
CN102002715A (zh) * 2010-10-12 2011-04-06 青岛双瑞防腐防污工程有限公司 一种高性能铝合金牺牲阳极

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60245766A (ja) * 1984-05-21 1985-12-05 Nakagawa Boshoku Kogyo Kk 流電陽極用アルミニウム合金
CN101148767A (zh) * 2007-10-29 2008-03-26 河南科技大学 一种铝锌铟系牺牲阳极材料
CN101693999A (zh) * 2009-09-07 2010-04-14 河南科技大学 一种铝锌锡系牺牲阳极材料及其制备方法
CN102002715A (zh) * 2010-10-12 2011-04-06 青岛双瑞防腐防污工程有限公司 一种高性能铝合金牺牲阳极

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱雯婷: ""稀土含量对Al-Zn-In系列牺牲阳极微观组织和电化学性能的影响"", 《万方数据库》 *
杨军军等: ""微量Er对高强铝合金组织与性能的影响"", 《特种铸造及有色合金》 *
熊伟: ""铝阳极在氯化物溶液中的溶解行为与机理"", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
石富: "《稀土永磁材料制备技术》", 31 January 2007, 北京：冶金工业出版社 *
韦世鹤: "《铸造合金原理及熔炼》", 31 March 1997, 华中理工大学出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108251850A (zh) * 2018-01-25 2018-07-06 中交四航工程研究院有限公司 一种泡沫铝合金牺牲阳极及其制备方法
CN109338375A (zh) * 2018-10-31 2019-02-15 无锡纽思铁科能源科技有限公司 一种高性能Al-Zn-In系牺牲阳极材料及其制备方法
CN111058044A (zh) * 2019-12-20 2020-04-24 山东南山铝业股份有限公司 一种高使用寿命的铸造铝合金牺牲阳极

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102978449B (zh) Al-Fe-Sb-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN105734588B (zh) 一种深海环境用高性能铝合金牺牲阳极及其制备方法
CN103014448B (zh) 改进型6061铝合金冰箱发泡模铸件的加工工艺
CN104561688A (zh) 一种耐热铸造铝合金及其重力铸造方法
CN103290264B (zh) 一种含锶铸造锌合金及其制备方法
CN104630577A (zh) 一种耐热铸造铝合金及其压力铸造方法
CN108165853B (zh) 一种高电磁屏蔽效能镁合金及其制备方法
CN102409205B (zh) 锆微合金化的高纯高强耐蚀可焊铝锌镁合金及制备方法
CN101148767B (zh) 一种铝锌铟系牺牲阳极材料
CN109609817A (zh) 一种智能手机用高强高阳极氧化效果的6xxx系铝合金及其制备方法
CN106480343A (zh) 一种高强度、耐海水腐蚀的新型Al‑Mg‑Si合金材料及其制备方法
CN106148787A (zh) 适于砂型铸造的镁锂合金及其制备方法
CN107058796A (zh) 一种稀土微合金化铜基合金、制备方法及挤压成棒材的方法
CN105648445A (zh) 一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法
CN108359866B (zh) 一种耐高温铝合金牺牲阳极材料及其制备方法与应用
CN110129629A (zh) 耐热铸造Al-Si-Ni-Cu铝合金及重力铸造制备
CN104233016A (zh) 一种汽油机活塞材料及其制备方法
CN109609824A (zh) 一种高塑性铸造镁合金及其制备方法
CN110004328B (zh) 一种耐蚀铸造铝锂合金及其制备方法
CN102719703B (zh) 一种能提高综合力学性能的多元锌铝合金
CN101407880A (zh) 一种Mg-Zn-Zr-Nd镁合金及其制备方法
CN103710569A (zh) 一种含稀土的Cu-Ni-Fe合金惰性阳极材料及其热处理方法
CN109097624A (zh) 一种铸造用双液相凝固和高阻尼性能钛合金及工艺
CN113897567B (zh) 一种快速细化和均匀化铸态铝锂合金的均匀化形变热处理方法
CN108179292B (zh) 一种光伏组件支架用铝合金型材的处理工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160608