CN109252170B - 耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属腐蚀与防护技术领域，涉及一种耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极。该铝合金牺牲阳极，以铝为原材料，通过添加锌、铟、钛、锡、镓合金元素消除高温油污环境对牺牲阳极电化学性能的影响，其各组成的含量的重量比为：锌4.10％～4.70％，铟0.015％～0.030％，钛0.05％～0.10％，锡0.05％～0.10％，镓0.01％～0.02％，余量为铝，其中铝原料含有的杂质元素铁<0.1％，硅<0.15％。其电化学性能为：在65℃油污海水环境中，开路电位负于‑1.10V(相对于SCE)，工作电位稳定在‑1.05～‑1.1V(相对于SCE)，腐蚀产物容易脱落，溶解后腐蚀形貌较均匀，电容量≥2190A·h/Kg，电流效率≥77.5％。

Description

耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极

技术领域

本发明属于金属腐蚀与防护技术领域，特别涉及一种耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极。

背景技术

海洋油田的工艺生产水是含有长链烃的高温油污海水，水中还含有成份复杂的添加剂，其腐蚀性较普通海水还要高。由于无法直排，生产水要在工艺舱内储存一段时间。为了保护舱壁，使用牺牲阳极的阴极保护法来防止舱内腐蚀。

相比于其他牺牲阳极材料，铝合金牺牲阳极具有电容量较高、费用较低、寿命较长、重量较轻等突出的优点。由于现有的铝阳极一般只能用于常温环境下，高温油污海水中的电化学性能极低。并且少数已经公开的耐高温铝合金配方阳极在工艺生产水中的实际应用效果不理想，实际寿命与设计寿命相差较大。因此，开发耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极具有重要的意义。目前，现有技术中适用于高温油污海水环境的牺牲阳极材料较少，且效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效的耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极，通过对其成分进行改进，使其可在65℃的高温油污海水环境中使用，工作电位符合阴极保护设计要求，腐蚀产物容易脱落，溶解后的腐蚀形貌较均匀，电容量≥2190A·h/Kg，电流效率≥77.5％。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极，化学组成按重量百分比为：锌4.10％～4.70％，铟0.015％～0.030％，钛0.05％～0.10％，锡0.05％～0.10％，镓0.01％～0.02％，余量为铝；其中铝原料含有的杂质元素铁小于0.1％，硅小于0.15％。

进一步地，所述铝合金牺牲阳极的化学组成按重量百分比为：锌4.38％～4.70％，铟0.023％～0.028％，钛0.077％～0.085％，锡0.074％～0.10％，镓0.015％～0.016％，余量为铝。

该铝合金牺牲阳极采用熔铸法制备。

该铝合金牺牲阳极在65℃油污海水环境中，开路电位负于-1.10V，工作电位稳定在-1.05～-1.1V，腐蚀产物容易脱落，溶解后腐蚀形貌较均匀，电容量≥2190A·h/Kg，电流效率≥77.5％。

本发明提供一种耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极的制备方法，包括如下步骤：

1)按照如下重量百分比准备原料：锌4.10％～4.70％，铟0.015％～0.030％，钛0.05％～0.10％，锡0.05％～0.10％，镓0.01％～0.02％，余量为铝；其中Al含有的杂质元素铁小于0.1％，硅小于0.15％；

2)熔炼前先将铝锭和锌锭置于120℃的坩埚或炼炉中保温2小时；然后将铝锭置入炼炉加热，加热至670℃～700℃，使铝锭完全熔化，再加入锌锭，继续加热，待铝液和锌液的混合液温度升到720℃～750℃时，停止加热，用石墨棒充分搅拌均匀；

3)用小坩埚舀取铝液和锌液的混合液，将钛中间体加入小坩埚，搅拌使之溶解，再倒入高温加热炉中，使其充分熔融并用石墨棒搅拌均匀；

4)再用小坩埚舀取混合液，将铟、锡、镓元素用铝箔包好后放入小坩埚中，搅拌使之溶解，再次倒入高温加热炉中，用石墨棒搅拌均匀；

5)最后浇铸到模具冷却后即为适合于高温油污海水环境的高效铝合金牺牲阳极。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极，以铝为原材料，通过合金成分的改进、添加锌、铟、钛、锡、镓等合金元素，消除环境和杂质因素对牺牲阳极电化学性能的影响，铝-锌合金中随着锌含量增加，阳极电位负移，但电流效率降低，加入铟元素可使阳极在海水中的工作电位稳定，使合金更易活化，表面溶解均匀，电流效率提高，同时锌元素也有助于铝-铟合金化；高温海水中铝阳极活性下降、易钝化，电位正移，锡-镓元素协同使铝合的活化性能提高，阳极表面钝化膜更易溶解，阳极电位负移；钛使铝合金组织细化，进而使阳极溶解更均匀，此外添加少量钛能防止铸造的热裂现象，减小阳极晶间腐蚀倾向。得到的牺牲阳极可用于65℃油污海水环境中，开路电位负于-1.10V(相对于SCE)，工作电位稳定在-1.05～-1.1V(相对于SCE)，腐蚀产物容易脱落，溶解后腐蚀形貌较均匀，电容量≥2190A·h/Kg，电流效率≥77.5％。即使在成份复杂、腐蚀性强的高温工艺生产水中，牺牲阳极也能满足上述电化学性能要求。

具体实施方式

一种耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极，以铝为原材料，通过添加锌、铟、钛、锡、镓等合金元素消除环境和杂质因素对牺牲阳极电化学性能的影响，其各组成的含量按重量百分比为：Zn 4.10～4.70％，In 0.015～0.030％，Ti 0.05～0.10％，Sn 0.05～0.10％，Ga0.01～0.02％，余量为Al，其中Al含有的杂质元素Fe<0.1％，Si<0.15％。

所述耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极采用熔铸法制备，熔炼前先将铝锭和锌锭置于120℃的坩埚或炼炉中保温2小时；然后将铝锭置入炼炉加热，加热至670～700℃，使铝锭完全熔化，以目视无固体铝锭为准，再按照配方比例加入锌锭。继续加热，待铝液和锌液的混合液温度升到720～750℃时，停止加热；用小坩埚舀取铝液和锌液的混合液，按照配方比例将钛中间体加入小坩埚，搅拌使之溶解，再倒入高温加热炉中，使其充分熔融并用石墨棒搅拌均匀；再用小坩埚舀取混合液，按照配方比例将铟、锡、镓等元素用铝箔包好后放入小坩埚中，搅拌使之溶解，再次倒入高温加热炉中，用石墨棒搅拌均匀。最后浇铸到模具冷却后即为适合于高温油污海水环境的高效铝合金牺牲阳极。

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，实施例所展现的电化学性能结果均由国标规定的电化学性能实验得来。

实施例1：

铝合金牺牲阳极配方为：Zn 4.38％，In 0.023％，Ti 0.077％，Sn0.074％，Ga0.016，余量为Al，其中Al中含有杂质元素Fe 0.0858％，Si 0.112％。

制备工艺采用熔铸法，熔炼前先将铝锭和锌锭置于120℃的坩埚或炼炉中保温2小时；然后将铝锭置入炼炉加热，加热至670～700℃，使铝锭完全熔化，以目视无固体铝锭为准，再按照配方比例加入锌锭。继续加热，待铝液和锌液的混合液温度升到720-750℃时，停止加热；用小坩埚舀取铝液和锌液的混合液，按照配方比例将钛中间体加入小坩埚，搅拌使之溶解，再倒入高温加热炉中，使其充分熔融并用石墨棒搅拌均匀；再用小坩埚舀取混合液，按照配方比例将铟、锡、镓等元素用铝箔包好后放入小坩埚中，搅拌使之溶解，再次倒入高温加热炉中，用石墨棒搅拌均匀。最后浇铸到模具冷却后即为适合于高温油污海水环境的高效铝合金牺牲阳极。按照国标规定的牺牲阳极电化学性能实验内容，将熔炼得到的阳极试样机加工成规定规格。

实施例2：

铝合金牺牲阳极配方为：Zn 4.47％，In 0.028％，Ti 0.085％，Sn0.094％，Ga0.015％，余量为Al，其中Al中含有杂质元素Fe 0.0863％，Si 0.139％。制备工艺同实施例1。

实施例1和2的适合高温油污海水环境的高效铝合金牺牲阳极的电化学性能如表1所示。在65℃油污海水环境中，开路电位负于-1.128V(相对于SCE)，工作电位稳定在-1.05～-1.07V(相对于SCE)，腐蚀产物容易脱落，溶解后腐蚀形貌较均匀，电容量≥2232A·h/Kg，电流效率≥79.1％。

表1实施例1-2的适合高温油污海水环境的高效铝合金牺牲阳极的电化学性能

Claims (5)

1.一种耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极，其特征在于：该铝合金牺牲阳极的化学组成按重量百分比为：锌4.10％～4.70％，铟0.015％～0.030％，钛0.05％～0.10％，锡0.05％～0.10％，镓0.01％～0.02％，余量为铝；其中铝原料含有的杂质元素铁小于0.1％，硅小于0.15％。

2.根据权利要求1所述的耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极，其特征在于：该铝合金牺牲阳极的化学组成按重量百分比为：锌4.38％～4.70％，铟0.023％～0.028％，钛0.077％～0.085％，锡0.074％～0.10％，镓0.015％～0.016％，余量为铝。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极，其特征在于：该铝合金牺牲阳极采用熔铸法制备。

4.根据权利要求1-2任意一项所述的耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极，其特征在于：该铝合金牺牲阳极在65℃油污海水环境中，开路电位负于-1.10V，工作电位稳定在-1.05～-1.1V，腐蚀产物容易脱落，溶解后腐蚀形貌较均匀，电容量≥2190A·h/Kg，电流效率≥77.5％。

5.一种权利要求1所述的耐高温油污海水的铝合金牺牲阳极的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)按照如下重量百分比准备原料：锌4.10％～4.70％，铟0.015％～0.030％，钛0.05％～0.10％，锡0.05％～0.10％，镓0.01％～0.02％，余量为铝；其中Al含有的杂质元素铁小于0.1％，硅小于0.15％；

2)熔炼前先将铝锭和锌锭置于120℃的坩埚或炼炉中保温2小时；然后将铝锭置入炼炉加热，加热至670℃～700℃，使铝锭完全熔化，再加入锌锭，继续加热，待铝液和锌液的混合液温度升到720℃～750℃时，停止加热，用石墨棒充分搅拌均匀；

3)用小坩埚舀取铝液和锌液的混合液，将钛中间体加入小坩埚，搅拌使之溶解，再倒入高温加热炉中，使其充分熔融并用石墨棒搅拌均匀；

4)再用小坩埚舀取混合液，将铟、锡、镓元素用铝箔包好后放入小坩埚中，搅拌使之溶解，再次倒入高温加热炉中，用石墨棒搅拌均匀；

5)最后浇铸到模具冷却后即为适合于高温油污海水环境的高效铝合金牺牲阳极。