CN106350824A - 一种深海用高效铝合金牺牲阳极及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用电解原铝液制造深海用高效铝合金牺牲阳极的方法，该牺牲阳极主要合金元素为锌、铟、镁、钛和铁，含量分别为：锌5-6wt%、铟0.02-0.025wt%、镁1.5-2.0wt%、钛0.05-0.06wt%、铁0.08-0.15wt%、铝余量。本发明通过精确控制合金元素含量、对合金铝液进行喷吹搅拌精炼并改进浇铸工艺，使所得铝合金牺牲阳极微观组织结构均匀且晶粒尺寸细小；该牺牲阳极在模拟低温、低氧深海测试环境下表面溶解形貌均匀并拥有较高的电化学容量和电流效率，是一种可应用于深海环境下的高效铝合金牺牲阳极。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金牺牲阳极及其熔铸工艺，尤其是一种一种深海用高效铝合金牺牲阳极及其制造方法，属于合金制备领域。
背景技术
随着陆地油气资源的日趋枯竭，开发利用海洋石油资源已成解决能源问题的必由之选。但是金属构件极易在海洋环境中发生腐蚀，因此海洋腐蚀防护是可发利用海洋资源的技术前提。牺牲阳极阴极保护法是一种在海洋环境中常用的腐蚀防护方法，其核心技术是将电负性较强的金属与被保护金属构件连接形成原电池，使金属构架电位发生负移从而避免被腐蚀，而电负性较强的金属在保护过程中失去电子发生溶解并慢慢消耗，所以被称为牺牲阳极。该方法与其它防腐措施相比具有维护简单、施工方便且不易过保护等特点，因此极适合应用于海洋环境中。
但是不同于浅层海水环境，深海环境具有温度低、溶解氧含量低、压强大等特点，这些因素严重影响牺牲阳极的电化学性能。现有牺牲阳极大多按GB-T
4948-2002《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》生产，该型牺牲阳极在低温低氧条件下使用时，牺牲阳极腐蚀产物会附着在阳极表面，造成阳极溶解不均匀、电位正移、电流效率降低；严重影响牺牲阳极的腐蚀防护效果。
发明内容
鉴于现有牺牲阳极在深海条件使用时存在的问题，本方面提供了一种深海用高效铝合金牺牲阳极及其制造方法。
本发明也电解原铝液为原料，通过精炼去除夹杂物并进行脱气处理；通过调整合金元素种类和含量，提高牺牲阳极在深海条件下的活性，采用吹气搅拌保证合金成分均匀；并且在浇铸后采用水冷的方法提高冷却速度以减少偏析相，同时还起到了细化组织，确保溶解形貌均匀等作用。
本发明具体实施步骤如下：
(1)取一定量电解原铝液；
(2)采用氩气负载精炼剂喷吹精炼，精炼结束后吹氩脱气并扒渣；
(3)加入合金元素并吹氩搅拌；
(4)控制浇铸时模具温度低于400℃；
(5)待合金凝固后取出喷水快冷。
本发明通过在合金中适量添加铁元素以增强牺牲阳极的活性；铁元素的加入能提高析出相的含量进而促进合金的活化溶解，但是过多的铁会提高合金的自腐蚀率降低电流效率，过少则无法起到活化溶解的作用，因此本发明中铁元素的含量必须严格控制。
采用常规铸造工艺生产的牺牲阳极晶粒粗大、铸造缺陷较多，在深海条件下使用时易发生晶粒脱落。本发明通过合金液精炼搅拌避免了夹杂物产生并保证了合金成分的均匀性；通过控制模具温度、水冷等方法提高冷却速度使合金晶粒细化并减少铸造缺陷，同时提高冷却速度也可使析出相分布更为均匀。合金成分和微观组织的均匀分布都为牺牲阳极均匀溶解提高了保障。
本发明所制得高活性牺牲阳极，与执行GB-T 4948-2002《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》生产铝合金牺牲阳极相比，在实验室模拟深海中工作电位负，电流效率高，溶解形貌均匀。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的技术方案作进一步的说明。
实施例1
一种适于深海环境的铝合金牺牲阳极，由铝、锌、铟、镁、钛和铁组成，上述适用于深海的高活性铝合金牺牲阳极的制备方法，具体步骤为：
(1)取一定量电解原铝液；
(2)采用氩气负载精炼剂喷吹精炼，精炼结束后吹氩脱气并扒渣；
(3)加入合金元素并吹氩搅拌；
(4)浇铸时模具温度为380℃；
(5)待合金凝固后取出喷水快冷。
本发明相关测试试验结果
试验产品：对照试样为按GB-T 4948-2002《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》生产的铝-锌-铟-镁-钛牺牲阳极；产品1-实施例1所生产铝合金牺牲样。成分分析结果见表1。
试验方法：参照执行GB-T 4948-2002《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》中的测试方法，模拟深海环境测试温度为4℃，海水中氧含量为4ppm。
性能对比结果：见表2。
表1成分分析结果
| 产品 | 锌/wt% | 铟/wt% | 镁/wt% | 钛/wt% | 铁/wt% | 铝 |
| 对照试样 | 5.04 | 0.032 | 1.25 | 0.054 | 0.05 | 余量 |
| 产品1 | 5.01 | 0.022 | 1.51 | 0.052 | 0.10 | 余量 |
表2性能对比
| 产品 | 开路电位/V | 工作电位/V | 实际电容量/A·h/kg | 电流效率/% | 溶解状况 |
| 对比产品 | -1.132 | -1.064 | 2626 | 91.8 | 溶解不均匀 |
| 产品1 | -1.139 | -1.069 | 2662 | 93.1 | 溶解均匀 |
实施例2
一种适于深海环境的铝合金牺牲阳极，由铝、锌、铟、镁、钛和铁组成，上述适用于深海的高活性铝合金牺牲阳极的制备方法，具体步骤为：
(1)取一定量电解原铝液；
(2)采用氩气负载精炼剂喷吹精炼，精炼结束后吹氩脱气并扒渣；
(3)加入合金元素并吹氩搅拌
(4)浇铸时模具温度为380℃
(5)待合金凝固后取出喷水快冷。
本发明相关测试试验结果
试验产品：对照试样为按GB-T 4948-2002《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》生产的铝-锌-铟-镁-钛牺牲阳极；产品1-实施例1所生产铝合金牺牲样。成分分析结果见表3。
试验方法：参照执行GB-T 4948-2002《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》中的测试方法，模拟深海环境测试温度为4℃，海水中氧含量为4ppm。
性能对比结果见表4。
表3成分分析
| 产品 | 锌/wt% | 铟/wt% | 镁/wt% | 钛/wt% | 铁/wt% | 铝 |
| 对照试样 | 5.04 | 0.032 | 1.25 | 0.054 | 0.04 | 余量 |
| 产品2 | 5.13 | 0.019 | 1.56 | 0.056 | 0.15 | 余量 |
表4性能对比
| 产品 | 开路电位/V | 工作电位/V | 实际电容量/A·h/kg | 电流效率/% | 溶解状况 |
| 对比产品 | -1.132 | -1.064 | 2625 | 91.8 | 溶解不均匀 |
| 产品2 | -1.148 | -1.089 | 2675 | 93.7 | 溶解均匀 |
实施例3
一种适于深海环境的铝合金牺牲阳极，由铝、锌、铟、镁、钛和铁组成，上述适用于深海的高活性铝合金牺牲阳极的制备方法，具体步骤为：
(1)取一定量电解原铝液；
(2)采用氩气负载精炼剂喷吹精炼，精炼结束后吹氩脱气并扒渣；
(3)加入合金元素并吹氩搅拌
(4)浇铸时模具温度为380℃
(5)待合金凝固后取出喷水快冷。
本发明相关测试试验结果
试验产品：对照试样为按GB-T 4948-2002《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》生产的铝-锌-铟-镁-钛牺牲阳极；产品1-实施例1所生产铝合金牺牲样。成分分析结果见表5。
试验方法：参照执行GB-T 4948-2002《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》中的测试方法，模拟深海环境测试温度为4℃，海水中氧含量为4ppm。
性能对比结果见表6。
表5成分分析
| 产品 | 锌/wt% | 铟/wt% | 镁/wt% | 钛/wt% | 铁/wt% | 铝 |
| 对照试样 | 5.04 | 0.032 | 1.25 | 0.054 | 0.05 | 余量 |
| 产品3 | 5.07 | 0.020 | 1.54 | 0.049 | 0.15 | 余量 |
表6性能对比
| 产品 | 开路电位/V | 工作电位/V | 实际电容量/A·h/kg | 电流效率/% | 溶解状况 |
| 对比产品 | -1.132 | -1.064 | 2625 | 91.8 | 溶解不均匀 |
| 产品3 | -1.153 | -1.092 | 2670 | 93.4 | 溶解均匀 |
Claims (4)
1.一种深海用高效铝合金牺牲阳极及其制造方法，其特征在于以电解原铝液为原料，其合金成分含量为：锌5-6wt%、铟0.02-0.025wt%、镁1.5-2.0wt%、钛0.05-0.06wt%、铁0.08-0.15wt%、铝余量。
2.根据权利要求1所述的一种深海用高效铝合金牺牲阳极及其制造方法，其特征在于合金元素镁的含量为1.5-2.0wt%。
3.根据权利要求1所述的一种深海用高效铝合金牺牲阳极及其制造方法，其特征在于合金元素铁的含量为0.08-0.15wt%。
4.根据权利要求1所述的一种深海用高效铝合金牺牲阳极及其制造方法，其特征在于对浇铸后所得合金牺牲阳极采用喷水急冷以细化晶粒。
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2015
- 2015-07-16 CN CN201510418356.1A patent/CN106350824A/zh active Pending
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