CN110042401A - 一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极及其制备方法，所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极包括下述重量百分比的原料：铝85％‑90％、锌2％‑5％、铋1％‑3％、锰0.05％‑0.08％、镓0.02％‑0.04％。本发明的有益效果为：本发明通过控制合适的微量合金化元素，实现阳极电位负移量的控制和阳极表面的全面活化，使所述铝合金阳极的使用寿命长，且在深海环境中工作电位稳定，溶解形貌均匀，电流效率高，可满足高强钢、不锈钢及钛合金等氢脆敏感材料的阴极保护电位需求；此外，通过控制模具温度、水冷等方法提高了冷却速度使合金晶粒细化，减少铸造缺陷，同时提高冷却速度也可使析出相分布更均匀，为牺牲阳极的均匀溶解提高了保障。

Description

一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极及其制备方法
技术领域
本发明涉及氢脆敏感材料结构物的腐蚀防护技术领域，具体涉及一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极及其制备方法。
背景技术
近年来，随着海上采油和石油加工业的发展，输油管道的里程迅速增加，所处的环境也纷繁复杂，如海底、土壤等。输油管道在这些环境中不可避免地要遭受腐蚀，输油管道的腐蚀损坏不仅会造成经济损失，而且会由于原油泄漏而引起环境灾难或者危害公共安全，因此，必须对输油管道采取防腐措施。
电化学保护是利用外部电流使金属电位发生改变从而防止腐蚀的一种方法，在金属表面通如足够的阴极电流，使阳极溶解速度减少，从而防止腐蚀的一种方法，叫做阴极保护。阴极保护可分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护，牺牲阳极阴极保护是一种腐蚀电位被保护的金属更负的金属或合金，与被保护体组成电偶电池，依靠负电性金属不断腐蚀溶解产生的电流对被保护金属形成保护的方法。牺牲阳极阴极保护因具有不需要外部电流、施工安装简单、造价便宜得到广泛的应用。
由于油污海水环境的特殊性，通用的铝合金牺牲阳极，特别是低电位阳极的晶粒较粗，分布不均匀，并且常存在第三相，加之海水中的油污在牺牲阳极表面的附着，铝合金牺牲阳极的活化性能变差，溶解不均匀，腐蚀产物不易脱落，达不到满意的保护效果，所以，有针对性地研制适用于海水中高效环保的低驱动电位铝合金具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种工作电位稳定，溶解形貌均匀，电流效率高，且使用寿命长的适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极及其制备方法。
一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极，包括下述重量百分比的原料：铝85％-90％、锌2％-5％、铋1％-3％、锰0.05％-0.08％、镓0.02％-0.04％。
进一步地，所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极，包括下述重量百分比的原料：铝86％-89％、锌3％-4％、铋1％-2％、锰0.06％-0.07％、镓0.02％-0.03％。
进一步地，所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极，包括下述重量百分比的原料:铝88％、锌3％、铋2％、锰0.06％、镓0.03％。
所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，包括以下步骤：
(1)在动态惰性气体保护下，将铝加入到熔炼炉中，加热进行熔化，得铝液；
(2)将锰、铋、锌、镓进行预热，除去所含水分，然后将锰、铋、锌投进铝液，搅拌并充分溶解后加入镓，继续搅拌并保温一段时间；
(3)用铸钢模具浇铸，并对浇铸所得产品采用喷水急冷得所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极。
进一步地，步骤(1)中，所述惰性气体为氮气。
进一步地，步骤(1)中，所述熔化的温度为730℃-770℃。
进一步地，步骤(2)中，所述预热的温度为100-150℃，预热时间为8-10min。
进一步地，步骤(2)中，所述搅拌为永磁搅拌；所述保温时间为10-15min。
进一步地，步骤(3)中，浇铸前需将铸钢模具进行预热，预热温度为300-350℃，预热时间为15-20min。
进一步地，步骤(3)中，所述浇铸的温度为700-720℃；所喷水的温度为0°-25°。
本发明的有益效果为：本发明通过控制合适的微量合金化元素，实现阳极电位负移量的控制和阳极表面的全面活化，使所述铝合金阳极的使用寿命长，且在深海环境中工作电位稳定，溶解形貌均匀，电流效率高，可满足高强钢、不锈钢及钛合金等氢脆敏感材料的阴极保护电位需求。
此外，通过控制模具温度、水冷等方法提高了冷却速度使合金晶粒细化，减少铸造缺陷，同时提高冷却速度也可使析出相分布更均匀，为牺牲阳极的均匀溶解提高了保障。
具体实施方式
实施例一
一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极，包括下述重量百分比的原料：铝85％、锌2％、铋1％、锰0.05％、镓0.02％。
所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，包括以下步骤：
(1)在动态惰性气体保护下，将铝加入到熔炼炉中，加热进行熔化，得铝液；
(2)将锰、铋、锌、镓进行预热，除去所含水分，然后将锰、铋、锌投进铝液，搅拌并充分溶解后加入镓，继续搅拌并保温一段时间；
(3)用铸钢模具浇铸，并对浇铸所得产品采用喷水急冷得所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极。
实施例二
一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极，包括下述重量百分比的原料：铝85％、锌2％、铋1％、锰0.05％、镓0.02％。
所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，包括以下步骤：
(1)在动态惰性气体氮气保护下，将铝加入到熔炼炉中，加热在温度为730℃的条件下进行熔化，得铝液；
(2)将锰、铋、锌、镓在温度为100℃的条件下预热8min，除去所含水分，然后将锰、铋、锌投进铝液，采用永磁搅拌搅拌充分溶解后加入镓，继续搅拌并保温10min；
(3)将铸钢模具在温度为300℃下预热15min，然后用铸钢模具浇铸，且浇铸的温度为700℃，并对浇铸所得产品采用温度为0°的水进行喷水急冷得所述工作电位稳定，溶解形貌均匀，电流效率高的适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极。
实施例三
一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极，包括下述重量百分比的原料：铝86％、锌3％、铋1％、锰0.06％、镓0.02％。
所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，包括以下步骤：
(1)在动态惰性气体氮气保护下，将铝加入到熔炼炉中，加热在温度为750℃的条件下进行熔化，得铝液；
(2)将锰、铋、锌、镓在温度为120℃的条件下预热9min，除去所含水分，然后将锰、铋、锌投进铝液，采用永磁搅拌搅拌充分溶解后加入镓，继续搅拌并保温12min；
(3)将铸钢模具在温度为320℃下预热18min，然后用铸钢模具浇铸，且浇铸的温度为710℃，并对浇铸所得产品采用温度为5°的水进行喷水急冷得所述工作电位稳定，溶解形貌均匀，电流效率高的适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极。
实施例四
一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极，包括下述重量百分比的原料：铝88％、锌3％、铋2％、锰0.06％、镓0.03％。
所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，包括以下步骤：
(1)在动态惰性气体氮气保护下，将铝加入到熔炼炉中，加热在温度为760℃的条件下进行熔化，得铝液；
(2)将锰、铋、锌、镓在温度为140℃的条件下预热9min，除去所含水分，然后将锰、铋、锌投进铝液，采用永磁搅拌搅拌充分溶解后加入镓，继续搅拌并保温14min；
(3)将铸钢模具在温度为340℃下预热18min，然后用铸钢模具浇铸，且浇铸的温度为715℃，并对浇铸所得产品采用温度为10°的水进行喷水急冷得所述工作电位稳定，溶解形貌均匀，电流效率高的适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极。
实施例五
一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极，包括下述重量百分比的原料：铝90％、锌5％、铋3％、锰0.08％、镓0.04％。
所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，包括以下步骤：
(1)在动态惰性气体氮气保护下，将铝加入到熔炼炉中，加热在温度为770℃的条件下进行熔化，得铝液；
(2)将锰、铋、锌、镓在温度为150℃的条件下预热10min，除去所含水分，然后将锰、铋、锌投进铝液，采用永磁搅拌搅拌充分溶解后加入镓，继续搅拌并保温15min；
(3)将铸钢模具在温度为350℃下预热20min，然后用铸钢模具浇铸，且浇铸的温度为720℃，并对浇铸所得产品采用温度为25°的水进行喷水急冷得所述工作电位稳定，溶解形貌均匀，电流效率高的适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极。
本发明所述实施例二至实施例五所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的相关测试试验：
试验方法：参照执行GB4948-2002《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》
检测结果，如表1所示：
表1
从表1可以看出，本发明所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的电位为-0.81至-0.87，电流效率不低于83％，工作电位稳定，溶解形貌均匀，电流效率高，可满足高强钢、不锈钢及钛合金等氢脆敏感材料的阴极保护电位需求，且阳极活化使用寿命较长。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其细节上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极，其特征在于，包括下述重量百分比的原料：铝85％-90％、锌2％-5％、铋1％-3％、锰0.05％-0.08％、镓0.02％-0.04％。
2.根据权利要求1所述一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极，其特征在于，包括下述重量百分比的原料：铝86％-89％、锌3％-4％、铋1％-2％、锰0.06％-0.07％、镓0.02％-0.03％。
3.根据权利要求1所述一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极，其特征在于，包括下述重量百分比的原料：铝88％、锌3％、铋2％、锰0.06％、镓0.03％。
4.权利要求1-3之一所述一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在动态惰性气体保护下，将铝加入到熔炼炉中，加热进行熔化，得铝液；
(2)将锰、铋、锌、镓进行预热，除去所含水分，然后将锰、铋、锌投进铝液，搅拌并充分溶解后加入镓，继续搅拌并保温一段时间；
(3)用铸钢模具浇铸，并对浇铸所得产品采用喷水急冷得所述适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极。
5.根据权利要求4所述一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述惰性气体为氮气。
6.根据权利要求4所述一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述熔化的温度为730℃-770℃。
7.根据权利要求4所述一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述预热的温度为100-150℃，预热时间为8-10min。
8.根据权利要求4所述一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌为永磁搅拌；所述保温时间为10-15min。
9.根据权利要求4所述一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，浇铸前需将铸钢模具进行预热，预热温度为300-350℃，预热时间为15-20min。
10.根据权利要求4所述一种适用于海水的低驱动电位铝合金牺牲阳极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述浇铸的温度为700-720℃；所喷水的温度为0°-25°。
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