CN114231994B - 一种铝合金牺牲阳极及其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及腐蚀与防护技术领域，尤其是一种铝合金牺牲阳极及其制备方法及应用，现提出如下方案，铝合金牺牲阳极含有重量比为：0.005％～0.50％的铟，0.01％～4.00％的锡，0.01％～1.85％的硅，0.2％～6.0％的镁，0.005％～0.20％的镉，其余为铝；铝合金牺牲阳极的制备方法，在铝中加入相应组分的铟、锡、硅、镁和镉，加热熔融制得合金溶液，再将合金溶液浇铸成型得到铝合金牺牲阳极。本发明提出的铝合金牺牲阳极中不含锌，具有电位稳定，实际电流容量高，表面溶解均匀，腐蚀产物容易脱落的优点，避免了牺牲阳极中锌元素溶解对海洋生态的影响，为环境友好型铝合金牺牲阳极。
Description
技术领域
本发明涉及腐蚀与防护技术领域，尤其是一种铝合金牺牲阳极及其制备方法及应用。
背景技术
目前，应用于海洋工程装备的腐蚀防护的阴极保护材料以Al-Zn-In系阳极为主，含锌的铝合金牺牲阳极溶解后产生的重金属锌离子，会对海洋生态环境造成影响和危害，例如，海上养殖区附近修建了大量的海上风电设施，环评发现其周边海水中的锌含量超标，超过了标准规定中作为水产养殖区的二类水质中锌元素不超过0.05mg/L的上限，过量的锌会影响海洋生物正常的生理代谢，导致生物生长发育被抑制，对免疫系统和生殖系统也会造成损害，对养殖业会造成减产的危害，而锌超标主要是牺牲阳极中锌元素溶解所致。
为了减少锌过量对海洋环境的影响，可以在不影响铝合金牺牲阳极原有性能基础上不添加金属锌，形成一种对海洋环境无污染的无锌型铝合金牺牲阳极材料，为此，本发明提出了一种铝合金牺牲阳极及其制备方法及应用。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种铝合金牺牲阳极及其制备方法及应用。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种铝合金牺牲阳极，含有重量比为：0.005％～0.50％的铟，0.01％～4.00％的锡，0.01％～1.85％的硅，0.2％～6.0％的镁，0.005％～0.20％的镉，其余为铝。
上述铝合金牺牲阳极在用于海洋结构物、海底管道及海洋装备的腐蚀防护的阴极保护工程中的应用。
上述铝合金牺牲阳极的制备方法，包括在铝中加入铟、锡、硅、镁和镉，加热熔融制得合金溶液，再将合金溶液浇铸成型得到铝合金牺牲阳极，所述铟的质量分数为0.005％～0.50％，所述锡的质量分数为0.01％～4.00％，所述硅的质量分数为0.01％～1.85％，所述镁的质量分数为0.2％～6.0％，所述镉的质量分数为0.005％～0.20％。
本发明的有益效果：
1、本发明提出的铝合金牺牲阳极中不含锌，避免了牺牲阳极中锌元素溶解对海洋生态的影响，为环境友好型铝合金牺牲阳极，而且该铝合金牺牲阳极的开路电位为-1.19V～-1.10V(相对于饱和甘汞电极)，工作电位为-1.13V～-1.05V(相对于饱和甘汞电极)，电容量为按照ISO 15589-2Annex E(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix B)测试：≥2600Ah/Kg；按照ISO 15589-2Annex C(等同于DNVGL-RP-B401Appendix C的Free-running法)进行1年期电化学性能试验：≥2200Ah/kg。
2、本发明的铝合金牺牲阳极在使用时，其表面溶解均匀，腐蚀产物容易脱落，可广泛用于海洋结构物、海底管道工程及海洋装备等的阴极保护工程。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种铝合金牺牲阳极，含有重量比为：0.005％～0.50％的铟，0.01％～4.00％的锡，0.01％～1.85％的硅，0.2％～6.0％的镁，0.005％～0.20％的镉，其余为铝，铝合金牺牲阳极的阳极开路电位为-1.13V(相对于饱和甘汞电极)，开路电位为-1.19V～-1.10V(相对于饱和甘汞电极)，工作电位为-1.13V～-1.05V(相对于饱和甘汞电极)，按照ISO 15589-2Annex E(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix B)测试，其电容量≥2600Ah/Kg。
在一些场景下，适当的调整各金属的比例可得到本发明所提出的铝合金牺牲阳极，例如，铝合金牺牲阳极的组成及各组成含量可以但不仅局限于为：铝合金牺牲阳极的各组分重量比为：铟0.008％，锡0.012％，硅0.015％，镁0.3％，镉0.006％，铝99.659％，该铝合金牺牲阳极的阳极开路电位为-1.13V(相对于饱和甘汞电极)，工作电位为-1.07V(相对于饱和甘汞电极)，按照ISO 15589-2Annex E(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix B)测试，实际电流容量为2628Ah/Kg。
在一些场景下，适当的调整各金属的比例可得到本发明所提出的铝合金牺牲阳极，例如，铝合金牺牲阳极的各组分重量比为：铟0.25％，锡2％，硅0.93％，镁3.1％，镉0.1％，铝93.62％，该铝合金牺牲阳极的阳极开路电位：-1.15V，工作电位为：-1.12V，按照ISO 15589-2Annex E(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix B)测试，实际电流容量为：2637Ah/Kg。
在一些场景下，适当的调整各金属的比例可得到本发明所提出的铝合金牺牲阳极，例如，铝合金牺牲阳极的各组分重量比为：铟0.48％，锡3.8％，硅1.65％，镁5.8％，镉0.18％，铝88.09％，铝合金牺牲阳极的阳极开路电位-1.13V，工作电位为-1.1V，按照ISO15589-2Annex E(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix B)测试，实际电流容量为2609Ah/Kg。
在一些场景下，适当的调整各金属的比例可得到本发明所提出的铝合金牺牲阳极，例如，铝合金牺牲阳极的各组分重量比为：铟0.008％-0.48％，锡0.012％-3.8％，硅0.015％-1.65％，镁0.3％-5.8％，镉0.006％-0.18％，铝88.09％-99.659％。
一种铝合金牺牲阳极在用于海洋结构物、海底管道及海洋装备的腐蚀防护的阴极保护工程中的应用，例如，应用于各类船舶、采油平台、海上风电、海底管线、跨海大桥、人造岛礁、海港码头等大型设施的腐蚀防护。
实施例1
按照Al：99.659％，In：0.008％，Sn：0.012％，Si：0.015％，Mg：0.3％，Cd：0.006％配置各组分材料，将其放在在熔炉内加热熔融，通过合金化后形成铝合金溶液，再通过模具浇铸形成成品铝合金牺牲阳极，按照ISO 15589-2Annex E(等同于DNVGL-RP-B401Appendix B)对样品进行测试表明：阳极表面腐蚀均匀，腐蚀产物容易脱落，阳极开路电位：-1.13V(相对于饱和甘汞电极)，工作电位为：-1.07V(相对于饱和甘汞电极)，实际电流容量为：2628Ah/Kg；按照ISO 15589-2Annex C(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix C的Free-running法)进行1年期电化学性能试验，其工作电位为-1.07V(相对于饱和甘汞电极)，电容量为2410Ah/kg。
实施例2
按照Al：88.09％，In：0.48％，Sn：3.8％，Si：1.65％，Mg：5.8％，Cd：0.18％配置各组分材料，将其放在在熔炉内加热熔融，通过合金化后形成铝合金溶液，再通过模具浇铸形成成品铝合金牺牲阳极，按照ISO 15589-2Annex E(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix B)对样品进行测试表明：阳极表面腐蚀均匀，腐蚀产物容易脱落，阳极开路电位：-1.13V，工作电位为：-1.1V，实际电流容量为：2609Ah/Kg；按照ISO 15589-2Annex C(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix C的Free-running法)进行1年期电化学性能试验，其工作电位为-1.10V(相对于饱和甘汞电极)，电容量为2290Ah/kg。
实施例3
按照Al：93.62％，In：0.25％，Sn：2％，Si：0.93％，Mg：3.1％，Cd：0.1％配置各组分材料，将其放在在熔炉内加热熔融，通过合金化后形成铝合金溶液，再通过模具浇铸形成成品铝合金牺牲阳极，按照ISO 15589-2Annex E(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix B)对样品进行测试表明：阳极表面腐蚀均匀，腐蚀产物容易脱落，阳极开路电位：-1.15V，工作电位为：-1.12V，实际电流容量为：2637Ah/Kg，按照ISO 15589-2Annex C(等同于DNVGL-RP-B401Appendix C的Free-running法)进行1年期电化学性能试验，其工作电位为-1.10V(相对于饱和甘汞电极)，电容量为2350Ah/kg。
通过实施例1-3的数据可以看出，本发明所提出的环境友好型铝合金牺牲阳极具有电位稳定，实际电流容量高，表面溶解均匀，腐蚀产物容易脱落的优点，对海洋环境无二次污染，适用于海洋环境不同工况下钢构件的阴极保护；
对比例1(去除Sn)
按照Al：91.89％，In：0.48％，Si：1.65％，Mg：5.8％，Cd：0.18％配置各组分材料，将其放在在熔炉内加热熔融，通过合金化后形成铝合金溶液，再通过模具浇铸形成成品铝合金牺牲阳极，按照ISO 15589-2Annex E(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix B)对样品进行测试表明：阳极表面腐蚀均匀，腐蚀产物不容易脱落，阳极开路电位：-1.16V，工作电位为：-1.14V，实际电流容量为：2325Ah/Kg；按照ISO 15589-2Annex C(等同于DNVGL-RP-B401Appendix C的Free-running法)进行1年期电化学性能试验，其工作电位为-1.10V(相对于饱和甘汞电极)，电容量为2077Ah/kg；
通过对比例1和实施例2相比，实施例2的实际电流容量为2609Ah/Kg，而对比例1的实际电流容量为2325Ah/Kg，对比例1的实际电流容量下降较多，阳极开路电位、工作电位略有降低。
对比例2(去除Si、Mg、Cd)
按照Al：95.72％，In：0.48％，Sn：3.8％配置各组分材料，将其放在在熔炉内加热熔融，通过合金化后形成铝合金溶液，再通过模具浇铸形成成品铝合金牺牲阳极，按照ISO15589-2Annex E(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix B)对样品进行测试表明：阳极表面腐蚀均匀，腐蚀产物较容易脱落，阳极开路电位：-1.14V，工作电位为：-1.12V，实际电流容量为：2399Ah/Kg；按照ISO 15589-2Annex C(等同于DNVGL-RP-B401 Appendix C的Free-running法)进行1年期电化学性能试验，其工作电位为-1.10V(相对于饱和甘汞电极)，电容量为2085Ah/kg。
通过对比例1和对比例2相比，对比例2的实际电流容量为2399Ah/Kg，对比例1的实际电流容量为2325Ah/Kg，对比例2的电流电流容量有所提高，阳极开路电位、工作电位以略有提高，但均低于实施例2中的相关数据，分析其原因包括如下：
锡元素添加提高阳极的电流效率，但是各金属反应后产生的腐蚀产物不易脱落，使得其它的金属元素参与反应的速率降低，从而降低了阳极表面活性，以至于各阳极的各实验参数降低，而通过添加Si、Mg、Cd可以使得腐蚀产物较容易脱落，使得其它的金属元素参与反应的速率提高，从而提高了阳极表面活性，以至于各阳极的各实验参数相应的提高了，但是均低于实施2中的各参数，可见以上组分之间存在一定的协同促进作用；
本发明各组分间具有相互协同作用，通过在金属铝中添加铝、铟、锡、硅、镁、镉金属，有效保证阳极的电化学性能及阳极的腐蚀表面的均匀程度，从而提升阳极的使用寿命，通过添加铟元素提升阳极的电位，锡元素添加提高阳极的电流效率，硅、镁、镉的添加用于增加阳极表面活性；在阳极中添加铟元素使其达到所需阳极电位时，会导致阳极的电流容量下降，通过锡元素的添加能将有效解除铟元素对阳极电流效率的影响，但是，锡的添加又造成阳极表面活性下降，而通过添加硅、镁、镉等元素解决阳极表面活性低的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种铝合金牺牲阳极，其特征在于，含有重量比为：0.005％～0.50％的铟，0.01％～4.00％的锡，0.01％～1.85％的硅，0.2％～6.0％的镁，0.005％～0.20％的镉，其余为铝；所述铝合金牺牲阳极的开路电位相对于饱和甘汞电极为-1.19V～-1.10V，工作电位相对于饱和甘汞电极为-1.13V～-1.05V，电容量≥2600Ah/Kg。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极，其特征在于，所述铝合金牺牲阳极的各组分重量比为：铟0.008％，锡0.012％，硅0.015％，镁0.3％，镉0.006％，铝99.659％；所述铝合金牺牲阳极的阳极开路电位相对于饱和甘汞电极为-1.13V，工作电位相对于饱和甘汞电极为-1.07V，实际电流容量为2628Ah/Kg。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极，其特征在于，所述铝合金牺牲阳极的各组分重量比为：铟0.25％，锡2％，硅0.93％，镁3.1％，镉0.1％，铝93.62％。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极，其特征在于，所述铝合金牺牲阳极的各组分重量比为：铟0.48％，锡3.8％，硅1.65％，镁5.8％，镉0.18％，铝88.09％；所述铝合金牺牲阳极的阳极开路电位为-1.13V，工作电位为-1.1V，实际电流容量为2609Ah/Kg。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极，其特征在于，所述铝合金牺牲阳极的各组分重量比为：铟0.008％-0.48％，锡0.012％-3.8％，硅0.015％-1.65％，镁0.3％-5.8％，镉0.006％-0.18％，铝88.09％-99.659％。
6.权利要求1-5任一权利要求所述的一种铝合金牺牲阳极在用于海洋结构物、海底管道及海洋装备的腐蚀防护的阴极保护工程中的应用。
7.权利要求1-5任一权利要求所述的铝合金牺牲阳极的制备方法，其特征在于，包括在铝中加入铟、锡、硅、镁和镉，加热熔融制得合金溶液，再将合金溶液浇铸成型得到铝合金牺牲阳极，所述铟的质量分数为0.005％～0.50％，所述锡的质量分数为0.01％～4.00％，所述硅的质量分数为0.01％～1.85％，所述镁的质量分数为0.2％～6.0％，所述镉的质量分数为0.005％～0.20％。
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Denomination of invention: A sacrificial anode made of aluminum alloy and its preparation method and application Granted publication date: 20240123 Pledgee: Bank of Ningbo branch of the Bank of Ningbo, Xiangshan branch Pledgor: ZHEJIANG YUXI CORROSION CONTROL Corp. Registration number: Y2024980041550 |