[发明专利]一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极及其制备方法。

背景技术

金属腐蚀是金属设备和构件失效的主要形式之一，带来了巨大的经济损失，造成了一些 灾难性的事故，消耗了宝贵的资源。牺牲阳极阴极保护是一种重要的电化学防腐方法，它是 将被保护的金属与电位更负的活泼金属相连，组成电偶电池，依靠牺牲阳极不断溶解所产生 的阴极电流来实现阴极保护。牺牲阳极阴极保护因具有不需要外部电流、施工安装简单、造 价便宜、尤其在低电阻环境中运行良好等优点，得到了广泛应用。牺牲阳极材料必须满足具 有足够负且稳定的开路和闭路电位、理论电容量大、电流效率高、表面溶解均匀、无毒害， 具有一定的力学性能等条件。

工程中常用的牺牲阳极材料主要有镁、锌、铝三大类。铝合金阳极与镁、锌基阳极相比， 具有下列优点：比重小、电化当量为2890A·h·kg^-1，为锌的3.6倍，镁的1.35倍；电极电位负， 对钢铁驱动电位适中；工作时无毒，无有害气体，不污染环境，使用寿命长。从节约能源、 安全和环保等方面考虑，铝基合金是理想的阳极材料；在自然资源方面，铝的矿藏量较其他 金属都丰富，全世界年产量也相当高，为生产提供了广泛的材料来源。因此，铝基阳极自20 世纪60年代开发成功后，得到了广泛应用。

自然状况下，纯铝表面极易生成致密的钝化膜，使铝的电位正移，不能够连续溶解。研 究表明，铝中添加某些合金元素，如锌、镁、铟、锡等可以部分取代铝晶格上的铝原子，使 这些部位成为铝氧化膜的缺陷，以限制或阻止铝表面形成连续致密的氧化膜，从而促进表面 活性溶解。目前使用最广泛的铝合金牺牲阳极材料有Al-Zn-Hg系、Al-Zn-Sn系、Al-Zn-In系。 Al-Zn-Hg系阳极虽然性能较好，但合金元素Hg对人体和环境都有不利影响，使其使用受到 限制；Al-Zn-Sn系阳极电流效率约70％，需进行热处理之后才能达到理想效果；Al-Zn-In系 合金由于无毒无害，电流效率高，成为当今使用最广泛的牺牲阳极材料。

目前，国内外大多数研究都是以Al-Zn-In系合金为基础，从改变成分含量、添加合金元 素和改变热处理工艺等方面来提高阳极性能。中国专利申请号200710189863.8公布了一种添 加镁、钛的铝锌铟系阳极，中国专利申请号200910308983.4公布了一种含镓元素的铝锌锡系 阳极及其制备方法，中国专利申请号201010516697.X公布了含镁、硅、锡的铝锌铟系阳极。 上述研究都主要以提高材料的电流效率、实际电容量或是改善合金的溶解形貌为目的，而忽 略了阳极力学性能对阳极安装、使用过程的影响，尤其是复杂环境下异型阳极的装备过程中， 对阳极力学性能有更高的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种通过微合金的方法来改善阳极组织，提高阳极电化 学和力学性能，改善溶解均匀性的Al-Zn-In-Er牺牲阳极。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：

一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极，由以下质量百分比的组分组成：锌3.5-5.5wt％，铟 0.01-0.05wt％，铒0.05-2wt％，杂质总量≤0.15wt％，余量为铝。

所述杂质中的铁含量占阳极总量≤0.1wt％。

铒的质量百分比为0.1-1wt％。

所述锌、铟、铒、铝分别以中间合金的形式加入，中间合金分别为含10wt％Zn的Al-Zn 合金、含0.1wt％In的Al-In合金、含4wt％Er的Al-Er合金。

一种Al-Zn-In-Er牺牲阳极的制备方法，采用在常压、动态氩气保护下的高频感应熔炼， 按各组分质量百分比分别计算和量取Al-Zn合金、Al-In合金、Al-Er合金和纯铝放入高频感 应熔炼炉中，加热到700-760℃后保温10-15min，用铸钢模具浇注，浇注温度为720℃，浇注 前铸钢模具300℃预热20min；冷却后取出，即所述Al-Zn-In-Er牺牲阳极。