[發明專利]適用于低溫海水環境的高效鋁合金犧牲陽極及其制備工藝

有效

• 申請號: 201410016383.1
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN103774154A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 王海濤;劉光洲;王輝;劉雪雷
• 申請（專利權）人: 青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司
• 主分類號: C23F13/14
• 分類號: C23F13/14;C22C21/10;C22C1/02
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙) 11316
• 代理人: 滑春生;趙永偉

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技術領域

本發明屬于腐蝕與防護領域，涉及一種在低溫海水環境中金屬結構物和設備的陰極保護用高效鋁合金犧牲陽極。

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背景技術

海洋中的低溫環境主要包含兩大區域：一是高緯度的表層海水，在冬季里海水溫度低于5℃，甚至出現結冰；二是深海海域，海水溫度隨海水深度的增加而發生變化，例如：墨西哥灣海水表層溫度為室溫，當海水深度增加到610米時海水溫度降低到5℃。在挪威海域，大西洋和太平洋，甚至熱帶海域例如巴西與西太平洋，在深海區域海水溫度幾乎都是相同的低溫。

由于海洋中蘊含著豐富的石油天然氣資源和礦石資源，現在世界各國都在加大對海洋開發和利用，開發海洋必然涉及到海洋工程裝備的開發和保護，而海洋環境是最為苛刻的腐蝕環境，在該環境下金屬結構物和設備會遭受嚴重的腐蝕破壞，導致服役壽命大大降低。目前近海的海洋平臺和海底管線大多都采用犧牲陽極進行陰極保護，但目前國內海洋環境中犧牲陽極主要采用Al-Zn-In、Al-Zn-In-Cd和Al-Zn-In-Mg-Ti，此類陽極在近海海域常溫環境中電化學性能穩定，電容量在2450～2600A·h/Kg，溶解均勻，腐蝕產物容易脫落。但在低溫海水環境下，Al-Zn-In犧牲陽極電流效率為87%,?工作電位正移到-1.0V，溶解不均勻，不適宜在低溫條件下使用；Al-Zn-In-Cd犧牲陽極在低溫條件下的電流效率為84%，工作電位正移到-1.0V，腐蝕產物不脫落，溶解不均勻，不適宜在低溫條件下使用；?Al-Zn-In-Mg-Ti犧牲陽極在低溫下電流效率為90%，工作電位負于-1.05V，但該陽極經過為期7個月的實海實驗后，陽極表面產生大量腐蝕產物附著，產生嚴重的晶間腐蝕并且伴隨有晶粒脫落現象發生，不能正常使用。另有專利200810249621.8公開了一種適合于深海環境中的鋁合金犧牲陽極，其組分為Al-Zn-In-Mg-Ti-Ga-Mn，該陽極在低溫環境中的工作電位為-1.05～-1.10V，電流效率90%，但此犧牲陽極添加元素較多，熔煉工藝復雜，成本高，不利于工業化生產。

總之，現有犧牲陽極存在著兩個不足：一是電化學性能不高，電位過正，電流效率低；二是熔煉工藝復雜，成本高。本發明克服以上不足，研制了適用于低溫海水環境中的高效Al-Zn-In-Sn-Bi五元鋁合金犧牲陽極，目前該陽極尚未見文獻報道。

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發明內容

鑒于適用于低溫海水環境的犧牲陽極材料較少，且效率在90%左右，本發明的目的是進一步提高陽極的電化學性能，采用常規的熔鑄方法配制一種新型的高效的鋁合金犧牲陽極材料，使其在海水溫度0～5℃范圍內，工作電位符合陰極保護設計要求，腐蝕產物容易脫落，溶解均勻，電容量≥2700?A·h/Kg，電流效率≥95%。該陽極材料可以廣泛應用于低溫海水環境中，為海洋工程結構物和設備提供長期有效的陰極保護。

本發明的技術方案是：一種適用于低溫海水環境的高效鋁合金犧牲陽極，以鋁為原材料，通過添加鋅、銦、錫、鉍合金元素消除雜質元素對犧牲陽極電化學性能的影響，其各組成的含量的配比為：Zn?3.2-5.8%，In?0.005-0.01%，Sn?0.016-0.02%，Bi?0.01-0.2%，余量為Al，其中Al中含有雜質元素Fe≤0.10%，Si≤0.1%，Cu≤0.005%。

一種制備適用于低溫海水環境的高效鋁合金犧牲陽極的工藝，其特征在于，該制備工藝采用熔鑄法，熔煉前先將鋁錠和鋅錠預熱到100℃，以去除鋁錠和鋅錠中的水分；然后將鋁錠置入高溫加熱爐加熱，加熱至670～700℃，使鋁錠剛過完全熔化，以目視無固體鋁錠為準，再按照配方比例加入鋅錠。繼續加熱，待鋁液和鋅液的混合液溫度升到720-750℃時，停止加熱；用小坩堝舀取鋁液和鋅液的混合液，按照配方比例將銦錠、錫錠和鉍錠用鋁箔包裹好加入小坩堝，攪拌使之溶解，再倒入高溫加熱爐中，使其充分熔融并用石墨棒攪拌均勻。再澆鑄到模具中，冷卻后即為適合于低溫海水環境的高效鋁合金犧牲陽極。

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本發明的優點是：在0～5℃海水溫度范圍內，開路電位負于-1.10V（相對于SCE），工作電位穩定在-1.05～-1.1V(相對于SCE)，腐蝕產物容易脫落，腐蝕形貌均勻溶解，電容量≥2700?A·h/Kg，電流效率≥95%。

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具體實施方式