CN115747541A - 一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及牺牲阳极技术领域，尤其涉及一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用，解决了现有技术中在高温油气井、油污水等环境中该铝合金使用效果就大打折扣，阳极表面会产生严重蚀坑，使得油井套管得不到有效保护，与媒介接触面积小，这导致了牺牲阳极的工作效率较低的问题。一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用，包括铝合金牺牲阳极，铝合金牺牲阳极的材料包含铝、锌、铟、硅，还包含稀土金属铈和铁，所述铝95.18%，锌4.7%，铟0.05%，铈0.04%，铁0.02%，硅0.01%。本发明中提出的通过加入稀土元素铈和铁，改善了铝合金牺牲阳极组织，使阳极材料在高温条件下溶解均匀，消耗速度慢，使用寿命长，尤其适用于在高温腐蚀环境下的阴极保护，有着广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其涉及一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用。
背景技术
铝合金牺牲阳极适用于海水介质中的船舶、机械设备、海洋工程和海港设施以及海泥中管道、电缆等设施金属防腐蚀的阴极保护，铝牺牲阳极的使用环境处在海水环境中的大部分金属设备或者原油储罐内部底板的阴极保护是不能用在氯离子含量低的土壤环境中。铝牺牲阳极的电极电位为-1.05伏特 ，当周围温度高于49摄氏度时铝牺牲阳极的电容量随着温度的增长而递减，在咸水环境中，铝牺牲阳极的电流容量可能会降低一半。铝牺牲阳极可以直接与需要保护的设备结构固定在一起而不需要其他物质作为填料。
现有技术中在常温条件下，该铝阳极驱动电位高，电容量大，电流效率高，但是随着温度的升高，该铝合金阳极表面氧化膜更致密，电位正移，且存在严重的晶间腐蚀，造成晶粒大量脱落，电流效率下降，故而电化学性能降低。因此在某些特殊应用环境下，如高温油气井、油污水等环境中该铝合金使用效果就大打折扣，阳极表面会产生严重蚀坑，使得油井套管得不到有效保护，现有的牺牲阳极为实心体结构，实心结构只有结构表面与媒介接触，在作为牺牲阳极时，与媒介接触面积小，这导致了牺牲阳极的工作效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用，解决了现有技术中在高温油气井、油污水等环境中该铝合金使用效果就大打折扣，阳极表面会产生严重蚀坑，使得油井套管得不到有效保护，现有的牺牲阳极为实心体结构，实心结构只有结构表面与媒介接触，在作为牺牲阳极时，与媒介接触面积小，这导致了牺牲阳极的工作效率较低的问题。
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的制备方法及其应用，包括铝合金牺牲阳极，铝合金牺牲阳极的材料包含铝、锌、铟、硅，还包含稀土金属铈和铁，铝95.18%，锌 4.7%，铟0.05%，铈0.04%，铁0.02%，硅0.01%，是按照组分及含量取合金原料纯锌、纯铟、纯铝、铝铈中间合金，铝镧中间合金以及铝硅中间合金，取纯锌426份、取纯铟5份、取纯镁219份、取铝铈中间合金375份、取铝镧中间合金375份、取铝硅中间合金85份、取纯铝8515份，采用石墨坩埚和感应炉进行熔炼，得熔融液；在氩气保护下，将熔融液升温至760℃后浇入坩埚模具，得到铝合金铸锭，即为铝合金牺牲阳极材料。
优选的，铝合金牺牲阳极的制备方法是按照组分及含量取合金原料纯锌、纯铟、纯镁、纯铝、铝铈中间合金，铝镧中间合金以及铝硅中间合金，取纯锌457份、取纯铟5份、取纯镁229份、取铝铈中间合金133份、取铝镧中间合金50份、取铝硅中间合金50份、取纯铝9076份，采用石墨坩埚和感应炉进行熔炼，得熔融液；在氩气保护下，将熔融液升温至740℃后浇入坩埚模具，得到铝合金铸锭，即为铝合金牺牲阳极材料。
优选的，所用原料纯锌、纯铁、纯镁、纯铝均为工业纯锌、纯铁、纯镁、纯铝，铝铈中间合金、铝镧中间合金以及铝硅中间合金为工业铝铈以及铝硅中间合金，纯度高达99.8％，铝铈中间合金中铈的质量百分比为12％；铝硅中间合金中硅的质量百分比为20％。
优选的，在动态惰性气体氮气的保护下，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，将钼、钛、镁、硅加入到铝液中，在搅拌速度为700r/min的条件下搅拌并充分溶解后加入锌，继续搅拌并保温15min，将铸钢模具在温度为350℃的条件下预热20min，然后在温度为720℃的条件下进行浇铸，并对浇铸所得产品采用温度为25°的水进行喷水急冷得阳极的工作电位为-0.95V，电流效率不低于88％，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的铝合金牺牲阳极。
优选的，铝合金牺牲阳极的电位为-0.9至-0.95，电流效率不低于88％，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的铝合金牺牲阳极。
优选的，用铸钢模具浇铸，并对浇铸所得产品采用喷水急冷得工作电位稳定，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的铝合金牺牲阳极。
本发明至少具备以下有益效果：
铝合金牺牲阳极在高温条件下性能不好的主要原因是高温时铝合金存在严重的晶间腐蚀,造成晶粒大量脱落所致，通过加入稀土元素铈和铁，改善了铝合金牺牲阳极组织，细化晶粒，使阳极材料在高温条件下溶解均匀，消耗速度慢，使用寿命长，尤其适用于在高温腐蚀环境下的阴极保护，有着广阔的应用前景，扩大了牺牲阳极的比表面积。相比于现有的铝合金牺牲阳极，本发明制备铝合金牺牲阳极具有工作效率高、压缩强度高等优点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
包括铝合金牺牲阳极，铝合金牺牲阳极的材料包含铝、锌、铟、硅，还包含稀土金属铈和铁，铝95.18%，锌 4.7%，铟0.05%，铈 0.04%，铁0.02%，硅0.01%，是按照组分及含量取合金原料纯锌、纯铟、纯铝、铝铈中间合金，铝镧中间合金以及铝硅中间合金，取纯锌426份、取纯铟5份、取纯镁219份、取铝铈中间合金375份、取铝镧中间合金375份、取铝硅中间合金85份、取纯铝8515份，采用石墨坩埚和感应炉进行熔炼，得熔融液；在氩气保护下，将熔融液升温至760℃后浇入坩埚模具，得到铝合金铸锭，即为铝合金牺牲阳极材料。
实施例二
铝合金牺牲阳极的制备方法是按照组分及含量取合金原料纯锌、纯铟、纯镁、纯铝、铝铈中间合金，铝镧中间合金以及铝硅中间合金，取纯锌457份、取纯铟5份、取纯镁229份、取铝铈中间合金133份、取铝镧中间合金50份、取铝硅中间合金50份、取纯铝9076份，采用石墨坩埚和感应炉进行熔炼，得熔融液；在氩气保护下，将熔融液升温至740℃后浇入坩埚模具，得到铝合金铸锭，即为铝合金牺牲阳极材料。
实施例三
所用原料纯锌、纯铁、纯镁、纯铝均为工业纯锌、纯铁、纯镁、纯铝，铝铈中间合金、铝镧中间合金以及铝硅中间合金为工业铝铈以及铝硅中间合金，纯度高达99.8％，铝铈中间合金中铈的质量百分比为12％；铝硅中间合金中硅的质量百分比为20％。
实施例四
在动态惰性气体氮气的保护下，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，将钼、钛、镁、硅加入到铝液中，在搅拌速度为700r/min的条件下搅拌并充分溶解后加入锌，继续搅拌并保温15min，将铸钢模具在温度为350℃的条件下预热20min，然后在温度为720℃的条件下进行浇铸，并对浇铸所得产品采用温度为25°的水进行喷水急冷得阳极的工作电位为-0.95V，电流效率不低于88％，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的铝合金牺牲阳极。
铝合金牺牲阳极的电位为-0.9至-0.95，电流效率不低于88％，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的铝合金牺牲阳极，用铸钢模具浇铸，并对浇铸所得产品采用喷水急冷得工作电位稳定，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的铝合金牺牲阳极。
铝合金牺牲阳极在高温条件下性能不好的主要原因是高温时铝合金存在严重的晶间腐蚀,造成晶粒大量脱落所致，通过加入稀土元素铈和铁，改善了铝合金牺牲阳极组织，细化晶粒，使阳极材料在高温条件下溶解均匀，消耗速度慢，使用寿命长，尤其适用于在高温腐蚀环境下的阴极保护，有着广阔的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (6)
1.一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用，包括铝合金牺牲阳极，其特征在于，铝合金牺牲阳极的材料包含铝、锌、铟、硅，还包含稀土金属铈和铁，所述铝95.18%，锌 4.7%，铟0.05%，铈 0.04%，铁0.02%，硅0.01%，是按照所述组分及含量取合金原料纯锌、纯铟、纯铝、铝铈中间合金，铝镧中间合金以及铝硅中间合金，取纯锌426份、取纯铟5份、取纯镁219份、取铝铈中间合金375份、取铝镧中间合金375份、取铝硅中间合金85份、取纯铝8515份，采用石墨坩埚和感应炉进行熔炼，得熔融液；在氩气保护下，将熔融液升温至760℃后浇入坩埚模具，得到铝合金铸锭，即为所述铝合金牺牲阳极材料。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用，其特征在于，所述铝合金牺牲阳极的制备方法是按照所述组分及含量取合金原料纯锌、纯铟、纯镁、纯铝、铝铈中间合金，铝镧中间合金以及铝硅中间合金，取纯锌457份、取纯铟5份、取纯镁229份、取铝铈中间合金133份、取铝镧中间合金50份、取铝硅中间合金50份、取纯铝9076份，采用石墨坩埚和感应炉进行熔炼，得熔融液；在氩气保护下，将熔融液升温至740℃后浇入坩埚模具，得到铝合金铸锭，即为所述铝合金牺牲阳极材料。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用，其特征在于，所用原料纯锌、纯铁、纯镁、纯铝均为工业纯锌、纯铁、纯镁、纯铝，铝铈中间合金、铝镧中间合金以及铝硅中间合金为工业铝铈以及铝硅中间合金，纯度高达99.8％，所述铝铈中间合金中铈的质量百分比为12％；所述铝硅中间合金中硅的质量百分比为20％。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用，其特征在于，所述在动态惰性气体氮气的保护下，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，将钼、钛、镁、硅加入到铝液中，在搅拌速度为700r/min的条件下搅拌并充分溶解后加入锌，继续搅拌并保温15min，将铸钢模具在温度为350℃的条件下预热20min，然后在温度为720℃的条件下进行浇铸，并对浇铸所得产品采用温度为25°的水进行喷水急冷得阳极的工作电位为-0.95V，电流效率不低于88％，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的铝合金牺牲阳极。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用，其特征在于，铝合金牺牲阳极的电位为-0.9至-0.95，电流效率不低于88％，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的铝合金牺牲阳极。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用，其特征在于，用铸钢模具浇铸，并对浇铸所得产品采用喷水急冷得工作电位稳定，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的铝合金牺牲阳极。
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2022
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