[發(fā)明專利]一種耐高溫鋁合金犧牲陽(yáng)極材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810410927.0
• 申請(qǐng)日: 2018-05-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108359866B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱于兵;劉婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C21/10
• 分類號(hào): C22C21/10;C22C1/03;C23F13/14
• 代理公司: 42201 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 曹葆青;李智

本發(fā)明提供了一種耐高溫鋁合金犧牲陽(yáng)極材料及其制備方法與應(yīng)用。該鋁合金犧牲陽(yáng)極材料包含鋁、鋅、銦、鎂和硅，還包含稀土金屬鈰和鑭。所述鋅的質(zhì)量百分比為2％?5％；所述銦的質(zhì)量百分比為0.01％?0.06％；所述鎂的質(zhì)量百分比為0.5％?3％；所述硅的質(zhì)量百分比為0.05％?0.5％；所述鈰的質(zhì)量百分比為0.01％?0.6％；所述鑭的質(zhì)量百分比為0.01％?0.5％。本發(fā)明通過(guò)加入稀土元素鈰和鑭，改善了鋁合金犧牲陽(yáng)極組織，細(xì)化晶粒，使陽(yáng)極材料在高溫條件下溶解均勻，消耗速度慢，使用壽命長(zhǎng)，尤其適用于在高溫腐蝕環(huán)境下的陰極保護(hù)，有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁合金犧牲陽(yáng)極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含Ce,La稀土鋁合金犧牲陽(yáng)極材料。

背景技術(shù)

金屬材料在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有極其重要的地位，其腐蝕給人類帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。金屬在淡水、海水、土壤等自然環(huán)境介質(zhì)和酸、堿、鹽等化工介質(zhì)中受到的腐蝕均屬于電化學(xué)腐蝕范圍，因此，可對(duì)金屬設(shè)施采用電化學(xué)保護(hù)尤其是陰極保護(hù)法來(lái)延長(zhǎng)其使用壽命。

金屬防蝕中的陰極保護(hù)法有兩種,其一為外加電流法,其二為犧牲陽(yáng)極法。根據(jù)電流的來(lái)源不同分為外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極保護(hù)兩種方法。外加電流保護(hù)是依靠外加電源來(lái)提供電流，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)；后者是將被保護(hù)金屬與電位更負(fù)的金屬相連，構(gòu)成回路，電位更負(fù)的金屬溶解提供陰極保護(hù)的電流。在保護(hù)過(guò)程中，電位更負(fù)的金屬作為陽(yáng)極不斷溶解，故稱為犧牲陽(yáng)極保護(hù)。與外加電流保護(hù)相比，不需要任何外部電源、不會(huì)干擾臨近設(shè)施、設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、無(wú)需經(jīng)常維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，目前在工程上廣泛使用。

純鋁由于表面會(huì)形成一層鈍化膜而不能直接作為犧牲陽(yáng)極材料使用，需要加入微量合金元素破壞其鈍化膜，使其能持續(xù)溶解，才能發(fā)揮犧牲陽(yáng)極的作用。常用的合金元素有Zn，In，Sn等，不同的元素使得鋁負(fù)移的電位不同。鋁合金犧牲陽(yáng)極由于具有電流效率高、驅(qū)動(dòng)電位高、理論電容量大、成本低廉及資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，在防腐工程中有廣泛的應(yīng)用。其中Al-Zn-In-Mg-Si系犧牲陽(yáng)極是目前最有前景的鋁合金犧牲陽(yáng)極材料之一。原因在于，適量的Si元素可改善該合金的鑄造性能，使合金陽(yáng)極得到較高的電流效率和合金的流動(dòng)性，降低合金的收縮量和熱裂傾向，減少疏松、縮孔等缺陷，從而提高合金電化學(xué)性能；Mg的加入使Mg與Zn形成MgZn兩相，Mg和Zn形成的偏析相有活化合金的作用，In可以降低晶界腐蝕，促進(jìn)活性溶解。在常溫條件下，該鋁陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)電位高，電容量大，電流效率高。但是隨著溫度的升高，該鋁合金陽(yáng)極表面氧化膜更致密，電位正移，且存在嚴(yán)重的晶間腐蝕，造成晶粒大量脫落，電流效率下降，故而電化學(xué)性能降低。因此在某些特殊應(yīng)用環(huán)境下，如高溫油氣井、油污水等環(huán)境中該鋁合金使用效果就大打折扣，陽(yáng)極表面會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重蝕坑，使得油井套管得不到有效保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)鋁合金犧牲陽(yáng)極材料在高溫腐蝕環(huán)境中電化學(xué)性能差，腐蝕不均勻，電流效率不高的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種含稀土金屬的鋁合金犧牲陽(yáng)極材料，該鋁合金犧牲陽(yáng)極材料包含鋁、鋅、銦、鎂和硅，還包含稀土金屬鈰和鑭。

優(yōu)選地，所述鋅的質(zhì)量百分比為2％-5％；所述銦的質(zhì)量百分比為 0.01％-0.06％；所述鎂的質(zhì)量百分比為0.5％-3％；所述硅的質(zhì)量百分比為 0.05％-0.5％；所述鈰的質(zhì)量百分比為0.01％-0.6％；所述鑭的質(zhì)量百分比為 0.01％-0.5％；余量為鋁。

優(yōu)選地，所述鈰的重量百分比為0.08％-0.45％。

優(yōu)選地，所述鑭的重量百分比為0.03％-0.45％。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種含稀土金屬的鋁合金犧牲陽(yáng)極材料的制備方法，所述制備方法為將鋁、鋅、銦、鎂、鋁鈰中間合金、鋁鑭中間合金和鋁硅中間合金進(jìn)行熔煉，得到熔融液；將所述熔融液澆筑得到所述含稀土金屬的鋁合金犧牲陽(yáng)極材料。