[发明专利]一种油井用铝合金牺牲阳极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种油井用铝合金牺牲阳极及其制备方法，属于金属腐蚀防护技术领域。本发明的油井用铝合金牺牲阳极，由以下重量份数的组分组成：铝90～95份，锌3～10份，硅0.05～0.5份，稀土0.001～0.01份，所述稀土为为镧、铈、镨、钕或者其中间合金。本发明的制备方法为将铝在加热炉中熔融成铝液，向上述铝液中加入锌、硅和稀土元素，搅拌，除渣，直接浇铸或压铸成型。本发明的铝合金牺牲阳极在油井工作环境中具有良好的电化学性能，工作电位为0.80V‑1.20V，电流效率大于90％，工作的过程中能够均匀的溶解，有效地保护在油井工作环境下的金属结构。

技术领域

本发明涉及一种油井用铝合金牺牲阳极及其制备方法，属于金属腐蚀防护技术领域。

背景技术

腐蚀是金属和周围环境发生化学反应或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀，多数情况下，金属腐蚀后会失去其金属特性，变成某种化合物，以稳态形式存在，采用有效措施可以防止或减缓各类腐蚀。金属防腐技术中，阴极保护法是一种重要的控制技术，阴极保护法包括牺牲阳极阴极保护法和强制电流阴极保护法，其中，牺牲阳极阴极保护法具有投资低，安装维护方便等优点，已经被广泛的应用于管道，船体，钻井平台，机械设备等防腐。

目前，牺牲阳极材料主要有铝、镁、锌三大系列，铝基牺牲阳极与镁基、锌基牺牲阳极相比，具有下列优点：比重小，电化学理论点容量大(2980AhKg^-1，为锌的3.6倍，镁的1.35倍)，驱动电位高，电流效率高，使用时间长。虽然铝资源丰富，成本低廉，但铝的性质活泼，与氧亲和力强，其表面很容易形成稳定的致密氧化膜，降低铝在溶液中的电位，且腐蚀产物不宜脱落，使牺牲阳极效率降低，另一方面，由于铝的性质活泼，一旦氧化膜破坏，在水中有较高的自腐蚀速率，也使牺牲阳极效率降低，从而导致被保护的金属构件得不到保护，甚至发生电位逆转而加速金属构件腐蚀的严重后果。

针对上述问题，需要向基体金属中添加必要的合金元素，改变铝的表面形态，促进表面活化，改变阳极极化性能，这些添加的元素通常叫做活化元素，这种添加活化元素的方法被称为合金化方法，目前常用的活化元素包括锌、铟、锡、铋，除此之外还加入少量的其它活化元素，如镁、钙、钡、铍、硅、锰等活化元素。

早期的铝合金牺牲阳极研究主要添加汞和镉等重金属作为活化元素，由于会导致环境污染以及电流效率等原因而限制了使用。目前，铝合金牺牲阳极主要为铝-锌-铟(Al-Zn-In)系四元甚至五元合金。例如，专利CN 1566403 A公开了一种添加铈的铝合金牺牲阳极，主要成分为：Zn 2.50～5.2％，In 0.018～0.050％，Cd 0.005～0.020％，Mg 0.08～0.15％，稀土金属铈0.05～0.50％。此铝合金配方中含有镁，镁溶解时易产生黑水，臭水和颗粒脱落现象，造成环境污染，合金中铟的含量较高，生产成本高，工艺复杂，操作复杂，导致制造成本大大提高。

发明内容

鉴于上述问题和缺陷，本发明的目的是提供一种油井用铝合金牺牲阳极，该铝合金牺牲阳极具有较负工作电位、较大电流密度，腐蚀产物容易脱落，可适用于石油开采过程中金属结构的防护。

本发明的另一个目的在于提供一种油井用铝合金牺牲阳极的制备方法，该制备方法工艺简单，操作方便。

为了实现上述目的，本发明的油井用铝合金牺牲阳极采用的技术方案如下：

一种油井用铝合金牺牲阳极，由以下重量份数的组分组成：铝90～95份，锌3～10份，硅0.05～0.5份，稀土0.001～0.01份和不可避免的杂质，所述的稀土为稀土元素镧、铈、镨、钕或者其中间合金。

所述中间合金为铝与镧、铈、镨、钕四种稀土元素中的一种或多种组成的合金，优选的为铝与铈组成中间合金以及铝与镧、铈、镨、钕四种稀土元素组成的中间合金。

所述的铝与铈组成的中间合金为Al-20Ce，其中20表示Ce在合金中的质量分数。