[发明专利]一种铝锌铟系牺牲阳极材料

说明书

技术领域

本发明属于金属腐蚀与防护领域，具体涉及一种铝锌铟系牺牲阳极材料，该铝锌铟系牺牲阳极材料可对应用于水溶液(淡水、海水、湖水、江水)或含有水溶液环境(如泥土、海滩等)中工作的钢铁构件(船舶、近海采油钻井平台、输油输气循环水管道、桥梁、地下通信电缆等)实施保护。

背景技术

金属腐蚀是金属设备和构件破坏的主要形式之一，牺牲阳极阴极保护法是现在应用很广泛的防腐方法之一。该方法是将被保护的金属(阴极)与比它电位更负的金属(阳极)相连，两种金属处于相同电解质(土壤、海水、天然水等)中，借助于牺牲阳极材料与被保护金属之间有较大电位差和牺牲阳极材料不断活性溶解所产生的电流对被保护金属进行阴极极化达到抑制金属腐蚀的目的。牺牲阳极保护法由于其具有不需要外加电源和专人管理、不干扰邻近金属设施、电流分散能力好、设备简单、施工方便、不需要经常维护检测等优点，所以目前这种方法应用很广泛。牺牲阳极材料的主要性能指标有：实际电容量高即单位质量输出电量大；电流效率高；溶解均匀性好；价格低廉；无毒无害。

目前常用的牺牲阳极材料有镁基合金、锌基合金和铝合金。铝合金阳极材料研究起步比较晚，但发展迅速，主要因为铝合金具有独特的性能：铝合金的实际电容量即单位质量放电量是锌基合金的3.6倍，镁基合金的1.5倍。但作为牺牲阳极材料它的年消耗量是锌基合金的1/3，镁基合金阳极的1/2。另外，铝合金密度较小、电流效率较高、驱动电位居中、价廉易得，是地壳中含量最多的金属元素，又无公害，所以成为周期表中最适用的牺牲阳极材料。然而，纯铝在水溶液中会在其表面形成致密的含水氧化物而引起铝的钝化，因此纯铝不能用作牺牲阳极材料。为了消除铝表面的氧化膜，通常采用合金化技术，即在铝中添加锌、铟、汞、锡等合金元素。已经研制成功并应用的代表性铝合金牺牲阳极材料有Al-Zn-Hg系，Al-Zn-Sn系，Al-Zn-In系，但在实际应用中，这些阳极材料都存在着不足之处。如Al-Zn-Hg系阳极含少量汞，毒性较大，目前该类合金国内外已禁止使用。Al-Zn-Sn系阳极电流效率仅50％左右，且长时间使用其电化学性能还将进一步降低，目前此类牺牲阳极材料也很少使用。

如今应用最广的是Al-Zn-In系合金，如日本Sakano等申请的Al-2.5Zn-0.02In合金牺牲阳极材料专利，电流效率≥84％，实际电容量≥2400A·h·kg^-1。国内外大多数研究人员都是在Al-Zn-In系合金基础上改变成分含量和添加合金元素以提高材料的电流效率与实际电容量。Yoshino等在Al-Zn-In阳极中添加Sn，电流效率≥85％，实际电容量≥2400A·h·kg^-1。美国DOW(道氏)公司申请的GavalumIII(Al-3Zn-0.015In-0.1Si)合金牺牲阳极材料专利，电流效率≥86％，实际电容量≥2500A·h·kg^-1。我国重庆有色金属研究所在Al-Zn-In系合金方面也做了不少工作，申请了Al-4Zn-0.03In-0.05Sn-0.5Mg合金专利，电流效率≥85％，实际电容量≥2400A·h·kg^-1。这些研究和专利都是通过选择合适的元素合金化来提高铝合金的电流效率与实际电容量等电化学性能。但以上这些研究和专利所涉及的材料一方面电流效率不高，都在85％左右；另一方面，这些材料的电容量也不高，而且都主要以提高材料的电流效率为目的，忽略了阳极材料工作时的表面溶解情况。阳极材料在工作时，腐蚀表面常常呈现凹凸不平状，溶解不均匀。这种凹凸状的不均匀溶解会大大缩短阳极材料的使用寿命。

发明内容

本发明目的是提出一种铝锌铟系牺牲阳极材料，通过微合金化来提高铝合金牺牲阳极材料电化学性能(电流效率，实际电容量)，并改善其表面溶解均匀性，从而在减小牺牲阳极材料实际用量的同时提高其利用率。

本发明以Al-Zn-In牺牲阳极材料为基础，添加微量的镁、钛和硅元素，目的是提高Al-Zn-In系牺牲阳极材料的电化学性能并改善其表面溶解均匀性。主要成份为：以铝为原料，添加元素锌(Zn)、铟(In)，还添加了镁(Mg)、钛(Ti)、硅(Si)元素，所添加元素的重量百分比为：Zn：3.0～5.0％；In：0.02～0.03％；Mg：1.0％；Ti：0.05～0.07％；Si：0.08～0.10％；杂质含量≤0.15％。