專(zhuān)利名稱(chēng)：鋁鎂系犧牲陽(yáng)極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種保護(hù)海水環(huán)境下的鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)免遭腐蝕而使用的鋁合金犧牲陽(yáng)極材料。
背景技術(shù)：
目前廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施陰極保護(hù)的犧牲陽(yáng)極材料有鋁陽(yáng)極、鋅陽(yáng)極和鎂陽(yáng)極。對(duì)犧牲陽(yáng)極材料性能和使用條件要求主要包含電位要負(fù)，但必須在合理的范圍，單位質(zhì)量輸出電量大，電流效率高，溶解均勻性好，價(jià)格低廉，無(wú)毒無(wú)害。
鋁陽(yáng)極與鋅陽(yáng)極、鎂陽(yáng)極相比有其自身的優(yōu)越性，但純鋁易鈍化，通常采用合金化的方法來(lái)限制或阻止在其表面上形成連續(xù)性的保護(hù)性的氧化膜，促使表面活化，使合金具有較負(fù)的電位和較高的電流效率。
已經(jīng)開(kāi)發(fā)并成功應(yīng)用的鋁陽(yáng)極以主要活化元素鋅為基礎(chǔ)，再添加其它合金元素來(lái)改善其性能，代表性的有Al-Zn-Hg系，Al-Zn-In系A(chǔ)l-Zn-Sn系合金，在實(shí)際應(yīng)用中，這些陽(yáng)極材料也存在一些不足之處。
Al-Zn-Hg系合金主要因含汞，毒性大，國(guó)內(nèi)外已禁止使用這類(lèi)陽(yáng)極。Al-Zn-In系合金研究較多，在此基礎(chǔ)上再添加Cd、Sn、Bi、Si、Mg、Ga等元素組成多元合金。但鋁合金陽(yáng)極仍存在溶解性較差、陽(yáng)極極化嚴(yán)重、自腐蝕速度較大，電流效率較低等缺點(diǎn)。在我國(guó)國(guó)標(biāo)(GB/T4948-2002)中，一種使用廣泛且效果較好的鋁陽(yáng)極Al-Zn-In-Cd合金，原為國(guó)外研制開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)仿制使用。其中合金元素Cd對(duì)促進(jìn)陽(yáng)極均勻溶解很有效，但Cd也是有毒元素，鎘及含鎘材料目前已被國(guó)內(nèi)外列為污染環(huán)境的危險(xiǎn)品，人們又不斷探尋新的替代元素。據(jù)有關(guān)醫(yī)學(xué)資料顯示，鎘感染會(huì)引起多種疾病甚至導(dǎo)致多種器管損壞。國(guó)內(nèi)也報(bào)導(dǎo)過(guò)某電池廠因保護(hù)措施不力導(dǎo)致50多名工人受到鎘感染，被法庭判定賠償。目前研究工作者主要以Al-Zn-In系為基礎(chǔ)，再添加其它元素來(lái)改善其性能。一種發(fā)明專(zhuān)利Al-Sn-Bi系陽(yáng)極材料，只適用于淡水中使用。一種氯化鈉含量為1％的淡鹽水中使用的陽(yáng)極材料，添加有Ga、Sn、Bi、Pb元素，其中Ga也是有毒元素。這些合金電流效率低，不適宜在海水中做為犧牲陽(yáng)極材料使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種適用于海水環(huán)境中使用的鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)免遭腐蝕的鋁合金犧牲陽(yáng)極材料，該材料效率高、無(wú)毒害且經(jīng)濟(jì)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的該材料組份及含量(重量％)包括Mg 20～30％，雜質(zhì)少于0.15％，其余為Al。
本發(fā)明還可以有以下組成其組份及含量(重量％)為Mg 23～28％，In 0.02-0.06％，Sn0.02-0.1％，雜質(zhì)少于0.15％，其余為Al。
本發(fā)明鋁鎂系犧牲陽(yáng)極材料的成分設(shè)計(jì)思路是這樣的。首先是主添加元素鎂，其含量為20～30％。鎂也是陽(yáng)極材料，電位很負(fù)，對(duì)鐵的驅(qū)動(dòng)電壓很大，但電流效率很低。以前在鋁中添加鎂元素以使鋁活化的研究結(jié)論是鎂含量加大不能使鋁陽(yáng)極活化，并且在鋁陽(yáng)極中控制鎂元素最大含量為2～5％(實(shí)際使用中不超過(guò)1.5％，通常在多元合金中用作輔助元素)。認(rèn)為鎂含量較大時(shí)會(huì)沿晶界析出金屬間化合物Mg2Al3(有文獻(xiàn)為Mg5Al8)，在電解質(zhì)溶液中，Mg2Al3相相對(duì)基體α(Al)是陽(yáng)極相，在晶間形成連續(xù)通道，從而產(chǎn)生晶間腐蝕，電流效率下降，本發(fā)明在純鋁中加入20～30％的鎂，使合金組織呈現(xiàn)以金屬間化合物Mg2Al3為主體，與以前理論反其道而行之，使Mg2Al3相變有害為有利。在試驗(yàn)條件下，隨著鎂含量從1％增加到30％，鋁的電位可由-0.76V降至-1.19V，活化效果好。金屬間化合物由于微觀結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，作為功能材料具有穩(wěn)定的性能。新型合金使一個(gè)易鈍化的金屬鋁和另一個(gè)活性過(guò)大的金屬鎂相結(jié)合，制備了一種性能理想的具有鋁鎂間金屬化合物結(jié)構(gòu)特征的犧牲陽(yáng)極材料。
在Al-Mg合金中，組織組成物為α(Al)+Mg2Al3，Mg2Al3相電位較負(fù)(標(biāo)準(zhǔn)電位為-1.22V)，而α(Al)為陰極相，兩者之間的電位差會(huì)引起微電偶自腐蝕。鎂含量較低時(shí)，電位尚不夠負(fù)。鎂含量較高時(shí)，開(kāi)路電位達(dá)到了要求，而工作電位降為-0.90V左右。為此再加入活化元素，以提高綜合性能。一方面降低極化率，另一方面使鋁基體活化，達(dá)到合金組織內(nèi)部各部分間電位相近，降低自腐蝕，實(shí)現(xiàn)均勻溶解。
加入合金元素In，通過(guò)“溶解—再沉淀”機(jī)理，使合金表面保持活化狀態(tài)，不斷溶解，可使鋁表面腐蝕趨于均勻，還能部分抑制鐵的有害影響，Al-Mg合金中加入In時(shí)，電位負(fù)移后很穩(wěn)定。
合金元素Sn以氧化錫方式進(jìn)入鋁表面氧化膜，破壞其鈍性，使鋁的電位負(fù)移。
In和Sn單獨(dú)加入Al-Mg二元合金中時(shí)，都表現(xiàn)了良好的匹配作用，使鋁電位負(fù)移，但I(xiàn)n的效果優(yōu)于Sn。兩者同時(shí)加入時(shí)，如在Al-Mg-In中再加入Sn，僅使電位略負(fù)(負(fù)移-0.02V左右)，但合金電位達(dá)到期望值過(guò)渡時(shí)間較短。
多元合金中鎂含量最好控制在23～28％，含量低電位不夠負(fù)，含量大合金顯脆性，In和Sn是為了改善鋁鎂基性能加入的，隨鎂含量增加而遞減。
當(dāng)鎂含量較高時(shí)，可加入0.01～0.5％銻，能有效降低高鎂鋁合金的脆性，另外，銻作為滅火劑的添加元素，在合金中兼有防止鋼件撞擊產(chǎn)生火花的作用。但銻也是中等毒性元素，可根據(jù)環(huán)境需要使用。
本發(fā)明鋁鎂系犧牲陽(yáng)極材料的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，在保證了電化學(xué)性能外，還考慮到所有添加元素?zé)o毒無(wú)害，生產(chǎn)不用特殊保護(hù)，使用中不污染環(huán)境，在經(jīng)濟(jì)上也合理。鎂與鋁的價(jià)格相當(dāng)，我國(guó)是原鎂生產(chǎn)和出口大國(guó)，使用鎂擴(kuò)大了使用范圍也提高了經(jīng)濟(jì)效益，單獨(dú)使用鎂電流效率低，組成合金后，提高了效率。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明鋁鎂系犧牲陽(yáng)極材料與國(guó)標(biāo)中典型的Al-Zn-In-Cd合金比較，概括起來(lái)有以下優(yōu)點(diǎn)。
1.設(shè)計(jì)和制備了一種以鎂元素為主體活化元素的新型鋁合金犧牲陽(yáng)極材料品種，活化性能好，達(dá)到保護(hù)電位的合理范圍。
2.新型鋁合金陽(yáng)極材料的組織組成物以金屬間化合物為主體，電化學(xué)性能穩(wěn)定，利用金屬間化合物的特有性能，使合金中Mg2Al3相由有害變?yōu)橛欣?br> 3.與典型的鋁陽(yáng)極材料Al-Zn-In-Cd比較，電流效率高，特別是合金化后，使鎂的電流效率提高。
4.所有合金元素?zé)o毒無(wú)害，生產(chǎn)中不用特殊保護(hù)，使用中不污染環(huán)境。
5.新型合金在經(jīng)濟(jì)上合理，主添加元素鎂資源豐富，擴(kuò)展了鎂的用途，其價(jià)格與鋁相近。微量元素In、Sn未超過(guò)常用合金中的使用量，且Sn在我國(guó)也是盛產(chǎn)金屬。
6.新型陽(yáng)極材料溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物易脫落，還可以依據(jù)使用環(huán)境的不同，適當(dāng)調(diào)節(jié)合金成份，不用再加入新的合金元素。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例按照本發(fā)明新型鋁合金陽(yáng)極材料的成分范圍，采用GB/T4948-2002中規(guī)定的犧牲陽(yáng)極電化學(xué)性能試驗(yàn)方法，介質(zhì)為人造海水進(jìn)行試驗(yàn)，選擇其中3組與國(guó)標(biāo)中的陽(yáng)極材料進(jìn)行性能對(duì)比試驗(yàn)，表1為新合金化學(xué)成分，表2為各組合金電化學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果。測(cè)試過(guò)程中不同合金電位都有不同的變化，表中電位為在介質(zhì)中3小時(shí)后的穩(wěn)定電位。序號(hào)1、2、3表示不同化學(xué)成分的新型鋁合金陽(yáng)極材料，序號(hào)4為制備的國(guó)標(biāo)中的Al-3％Zn-0.02％In-0.02％Cd犧牲陽(yáng)極。
表1 不同組分的新型鋁合金化學(xué)成分(重量％) 表2 不同成分陽(yáng)極材料性能(介質(zhì)為人造海水) 本發(fā)明新型鋁合金材料的制造方法是將鋁熔化后，加覆蓋劑，再將合金元素Mg、In、Sn加入鋁液中。攪拌均勻，精煉出渣后直接鑄塊或壓鑄成形。
權(quán)利要求
1.一種海水環(huán)境用鋁鎂系犧牲陽(yáng)極材料，其特征是該材料組份及含量(重量％)包括Mg 20～30％，雜質(zhì)少于0.15％，其余為Al。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鎂系犧牲陽(yáng)極材料，其特征是其組份及含量為(重量％)Mg 23～28％，In 0.02-0.06％，Sn 0.02-0.1％，雜質(zhì)少于0.15％，其余為Al。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁鎂系犧牲陽(yáng)極材料，該材料組份及含量(重量％)包括Mg 20～30％，雜質(zhì)少于0.15％，其余為Al。該材料組份還可以有以下組成(重量％)Mg 23～28％，In 0.02－0.06％，Sn0.02－0.1％，雜質(zhì)少于0.15％，其余為Al。本發(fā)明的適用于海水環(huán)境中使用的鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)免遭腐蝕的鋁合金犧牲陽(yáng)極材料，該材料效率高、無(wú)毒害且經(jīng)濟(jì)。
文檔編號(hào)C23F13/16GK1827859SQ20061004196
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2006年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者劉長(zhǎng)瑞, 王慶娟, 杜忠澤, 王伯健, 唐長(zhǎng)斌, 韓莉 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)