一种高性能铝合金牺牲阳极

摘要

本发明属于腐蚀与防护技术领域，涉及一种海洋环境中设备腐蚀场合下的阴极保护用高性能铝合金牺牲阳极，在Al-Zn-In的基础上添加了合金元素Mg、Sn、Si，实现阳极电化学性能的提高；铝合金牺牲阳极的制备工艺为熔铸法，先在加热炉中加热控温至700～800℃使铝锭熔化，按照配方比分别称量Zn、In、Mg、Si、Sn五种元素，再在熔融的铝液中分别顺序添加五种元素，并用石墨棒搅拌均匀后除渣，然后将合金熔液浇铸到模具中，冷却后取出阳极即为产品，其制备工艺简单，元素成份易得，成本低，产品的电化学性能优良，在海水全浸环境下电容量≥2700Ah/kg；电流效率≥92％。

权利要求

1.一种高性能铝合金牺牲阳极，其特征在于在Al-Zn-In的基础上添加合金元素Mg、Si、Sn，实现阳极电化学性能的提高；六种合金元素的重量百分比配方为：Zn：

1.0-3.0％；In：0.015-0.025％；Mg：1.5-4.0％；Si：0.05-0.7％；Sn：0.002-0.015％；Al为

92.260-97.433％；杂质含量：Fe≤0.15％；Cu≤0.01％。

2.根据权利要求1所述的高性能铝合金牺牲阳极，其特征在于涉及的铝合金牺牲阳极的制备工艺为熔铸法，先在加热炉中加热控温至700～800℃使铝锭熔化，按照配方比分别计算和称量Zn、In、Mg、Si、Sn五种元素，再在熔融的铝液中分别顺序添加五种元素，并用石墨棒搅拌均匀后除渣，然后将合金熔液浇铸到模具中，冷却后取出阳极即为产品。

说明书

一种高性能铝合金牺牲阳极

技术领域：

[0001] 本发明属于腐蚀与防护技术领域，涉及一种海洋环境中设备腐蚀场合下的阴极保护用高性能铝合金牺牲阳极。背景技术：

[0002] 铝是自钝化金属，无论是铝还是铝合金，表面都极易钝化，若开发铝作牺牲阳极材料，只能通过合金化限制和阻止表面形成连续性氧化膜，促进表面活化，使合金具有较负的电位和较高的电流效率。现有技术状况在铝中单独添加锌、镉、镁和钡，可使铝的电位变负0.1～0.3V；单独添加汞、铟、镓等元素很少量就能使铝的电位变负0.3～0.9V；单独添加这些元素还可使铝合金的电位达到要求，但电流效率较低，并随时间延长而下降。为改善铝合金的电化学性能，既能使电位足够的负又能使电流效率较高，通常要在二元合金基础上开发三元合金、四元合金，目前已形成的系列包括Al-Zn-Hg系、Al-Zn-In系、Al-Zn-Sn系、Al-Zn-Cd系及Al-Zn-Mg系等，其中前两种合金系列是铝阳极品种中开发较早，应用较广泛的。如Al-Zn-Hg系合金的代表是DOW化学公司开发的Galvalum I型和II型铝阳极，其实际电容量很高，电流效率能达到95％，不过由于汞会污染环境，在熔炼时产生的汞蒸气对人体有害，所以目前已经几乎被淘汰；Al-Zn-In系合金是目前公认的有前途的铝阳极系列，GB4948中所列四种阳极成分均属此系列，此系列的基础成分为Al-2.5Zn-0.02In，其电位在-1.10V(SCE)，电流效率在85％左右；工作时，表面产生一层胶状的腐蚀产物，较为松软，易被水冲掉，但腐蚀形态不够均匀，有蚀坑和疱；为了进一步改善阳极性能，国内外研究者又在Al-Zn-In中添加了第四、第五种元素；例如，美国DOW化学公司1976年开发的Galvalum III是个典型的代表，它的成分为Al-3Zn-0.015In-0.1Si，它在海水中的电化学容量一般在2550A-h/kg左右；中国标准GB/T 4948-2002中规定了五种Al-Zn-In系合金阳极，其中Al-Zn-In-Cd、Al-Zn-In-Sn、Al-Zn-In-Si和Al-Zn-In-Sn-Mg四种阳极实际电容量通常在2500A-h/kg左右，而Al-Zn-In-Mg-Ti的实际电容量为2600A-h/kg左右；挪威船级社标准DNVRP B401推荐的Al-Zn-In系合金阳极，实际电容量通常也只在2500A-h/kg左右。归结起来，现有的铝合金牺牲阳极普遍存在着成份结构复杂，电化学性能不足，电容量不高，价格不合理，不宜在海水环境使用等缺点，而新型的高性能Al-Zn-In-Mg-Si-Sn六元铝合金牺牲阳极目前还尚未见报道。
发明内容：

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求采用常规的熔铸法设计配制一种新型的高性能铝合金牺牲阳极材料，该阳极材料可以在海水环境中使用，广泛提高其电化学性能。

[0004] 为了实现上述目的，本发明在Al-Zn-In的基础上添加了合金元素Mg、Sn、Si，通过元素的合金化消除杂质元素的不利影响，提高阳极电化学性能，使阳极在海水环境中的电容量达到2700Ah/kg～2800Ah/kg，电容有大幅提高；通过在Al-Zn-In的基础上添加合金元素Mg、Si、Sn，并控制Al、Zn、In、Mg、Si、Sn六种合金元素之间的重量比例，实现阳极电化学性能的提高；其六种合金元素的重量百分比配方为：Zn：1.0-3.0％；In：0.015-0.025％；Mg：1.5-4.0％；Si：0.05-0.7％；Sn：0.002-0.015％；杂质含量：Fe≤0.15％；Cu≤0.01％；
余量为Al，Al的比例为92.260-97.433％。

[0005] 本发明涉及的铝合金牺牲阳极的制备工艺为熔铸法，先在加热炉中加热控温至700～800℃使铝锭熔化，按照配方比分别计算和称量Zn、In、Mg、Si、Sn五种元素，再在熔融的铝液中分别顺序添加五种元素，并用石墨棒搅拌均匀后除渣，然后将合金熔液浇铸到阳极的模具中，冷却后取出阳极即为产品。

[0006] 本发明与现有技术相比，其制备工艺简单，元素成份易得，成本低，产品的电化学性能优良，其中在海水中全浸环境下的开路电位为-1.18～-1.10；工作电位为-1.12～-1.05；电容量≥2700Ah/kg；电流效率≥92％，产物容易脱落，表面溶解均匀。具体实施方式：

[0007] 下面通过实施例对本发明做进一步说明。

[0008] 实施例1：

[0009] 本实施例的铝合金牺牲阳极的重量百分比配方为：Zn：3.000％；In：0.020％；Mg：1.500％；Si：0.190％；Sn：0.006％；杂质含量：Fe：0.060％；Cu：0.005％；余量Al为
95.219％；在加热炉中加热控温至700～800℃使铝锭熔化，按照配方比分别计算和称量Zn、In、Mg、Si、Sn五种元素，在熔融的铝液中分别添加五种元素，用石墨棒搅拌均匀，除渣，然后浇铸到阳极的模具中，冷却后取出阳极即为产品。

[0010] 实施例2：

[0011] 本实施例的铝合金牺牲阳极的重量百分比配方为：Zn：1.500％；In：0.015％；Mg：2.000％；Si：0.200％；Sn：0.009％；杂质含量：Fe：0.090％；Cu：0.004％；余量Al为
96.182％；在加热炉中加热控温至700～800℃使铝锭熔化，按照配方比分别计算和称量Zn、In、Mg、Si、Sn五种元素，在熔融的铝液中分别添加五种元素，用石墨棒搅拌均匀，除渣，然后浇铸到阳极的模具中，冷却后取出阳极即为产品。

[0012] 实施例3：

[0013] 本实施例的铝合金牺牲阳极的重量百分比配方为：Zn：2.400％；In：0.025％；Mg：2.200％；Si：0.080％；Sn：0.015％；杂质含量：Fe：0.095％；Cu：0.005％；余量Al为
95.180％；在加热炉中加热控温至700～800℃使铝锭熔化，按照配方比分别计算和称量Zn、In、Mg、Si、Sn五种元素，在熔融的铝液中分别添加五种元素，用石墨棒搅拌均匀，除渣，然后浇铸到阳极的模具中，冷却后取出阳极即为产品。

[0014] 本实施例按照通用的国家标准，即GB/T 17848-1999规定的标准试验方法对本发明制备的铝合金牺牲阳极材料的电化学性能进行测试，其结果如表1。

[0015] 表1：本实施例的铝合金牺牲阳极的电化学性能