一種鋁合金犧牲陽極的熱處理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁合金犧牲陽極的熱處理方式，屬于陰極保護領域，該經(jīng)過熱處理的犧牲陽極材料可以應用于海洋環(huán)境中的鋼鐵結構(船舶、近海采油平臺、橋梁等)或淡水環(huán)境中(電熱水器或太陽能熱水器金屬內(nèi)膽)。
【背景技術】
[0002]腐蝕破壞造成的巨大經(jīng)濟損失逐年增加，同時腐蝕還造成了很多災難性的事故，消耗了寶貴的資源，因此，有關金屬腐蝕與防護的問題受到廣泛重視，成為材料學科一個重要的研究領域。防止金屬腐蝕的方法很多，陰極保護是最重要的方法之一。
[0003]犧牲陽極陰極保護技術有其獨特的優(yōu)點:不需要任何外部電源、不會干擾臨近設施、設備簡單、施工方便、不需要經(jīng)常維護等優(yōu)點，目前在工程上廣泛使用。
[0004]用于海水介質(zhì)中鋼構件保護的鋁合金犧牲陽極主要有Al-Zn-Hg系、Al-Zn-1n系和Al-Zn-Sn系犧牲陽極。因為Hg有毒，Al-Zn-Hg系現(xiàn)已被淘汰。Al-Zn-1n系陽極是目前研究最多、應用最廣泛的鋁合金犧牲陽極，但由In價格昂貴，另外In存在污染海洋環(huán)境等問題。我國提出“十二五”要推進經(jīng)濟結構調(diào)整，構筑低能耗、低污染(綠色、低碳)為基礎的經(jīng)濟發(fā)展模式，尋找高性能的無銦鋁合金犧牲陽極已成為發(fā)展趨勢。Al-Zn-Sn合金的電流效率約為60 %，具有較大的開發(fā)空間，但該陽極合金在工程上一直未得到廣泛應用。主要是因為Al-Zn-Sn陽極合金在工作時電流效率低、腐蝕形貌較差和腐蝕產(chǎn)物粘附嚴重。
[0005]用于電熱水器或太陽能熱水器金屬內(nèi)膽保護的犧牲陽極材料有鎂合金犧牲陽極和淡水用鋁合金犧牲陽極。目前使用的鎂合金存在一些問題。一是鎂合金犧牲陽極在使用過程中會使水發(fā)黑發(fā)臭，并且會有顆粒脫落；二是鎂合金在工作過程中會形成水垢的主要成分氫氧化鎂，水垢的堆積會降低熱水器的使用壽命；三是鎂合金犧牲陽極的電流效率< 50%，實際容量< 1200mAh/g。四是鎂合金會產(chǎn)生過保護，對金屬內(nèi)膽會產(chǎn)生氫脆危害?，F(xiàn)有鋁合金犧牲陽極，如GB/T4948-2002鋁鋅銦犧牲陽極主要用于海水介質(zhì)中鋼鐵構件的腐蝕防護，在自來水中處于飩化狀態(tài)，達不到犧牲陽極的基本要求，亦不能用于熱水器之中。國內(nèi)淡水用鋁合金犧牲陽極電流效率、合金成分、使用壽命、制造成本和工作電位等方面有著不同程度的不足。比如，專利CN1260408A公開的技術內(nèi)容中的犧牲陽極材料并不十分適合在熱水器中使用，主要缺陷如下:一是電流效率較低，只有35?40%，實際電容量只有1000?1100mAh/g，使用壽命短，二是在自來水中的工作電位較正，不適于在高電阻率(水質(zhì)較好)的自來水環(huán)境中工作，三是犧牲陽極中含有毒重金屬鉍；專利CN101586241A公開的鋁系犧牲陽極主要問題是合金中鋅含量為10?30wt%，鋅含量太高，過多的鋅會產(chǎn)生晶界偏析，經(jīng)過長期使用，會產(chǎn)生第二相脫離，導致犧牲陽極的電流效率會進一步降低；專利CN102851670A公開的的鋁合金犧牲陽極存在一些不足，一是合金成分中含有毒重金屬鉍，不利于人體健康和環(huán)境保護。二是成分中含有價格昂貴的硼，不利于降低成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的市提供了一種鋁合金犧牲陽極的熱處理方法，解決了 Al-Zn-Sn犧牲陽極在海水中使用時電流效率低腐、蝕形貌較差和腐蝕產(chǎn)物粘附嚴重問題，并且犧牲陽極中不含銦，降低成本和環(huán)境友好，解決了現(xiàn)階段犧牲陽極在保護熱水器金屬內(nèi)膽時電流效率低、使用有毒重金屬、晶界偏析嚴重性能穩(wěn)定性差和污染水質(zhì)等問題。
[0007]本發(fā)明的技術方案為:一種鋁合金犧牲陽極的熱處理方法，其特征在于:鋁合金犧牲陽極的熱處理方式為水淬固溶處理。
[0008]優(yōu)選上述的鋁合金犧牲陽極材料的原料組分及各組分占原料總量的質(zhì)量百分含量分別為:Zn 2%?11%、Sn 0.02%?0.35%、余量為Al。
[0009]優(yōu)選上述熱處理的保溫溫度為450°C?530°C，熱處理的保溫時間為2?24小時。
[0010]上述鋁合金犧牲陽極的熱處理方法的具體步驟為:
[0011]A、井式電阻爐進行熔煉:待鋁和鋅完全熔化后，扒渣并將鋁箔包好的錫壓入熔液底部，攪拌，靜置脫氣，進行澆注；得鋁合金犧牲陽極材料樣品；
[0012]B、熱處理:待鋁合金犧牲陽極材料樣品冷卻(一般室溫)后，放入箱式電阻爐中，升溫至保溫溫度后保溫；拿出樣品放入水中淬火。
[0013]上述步驟A的井式電阻爐進行熔煉為常規(guī)方法。
[0014]優(yōu)選上述步驟A中鋁合金犧牲陽極材料的原料組分及各組分占原料總量的質(zhì)量百分含量分別為:Zn 2%?11%、Sn 0.02%?0.35%、余量為Al。
[0015]優(yōu)選保溫溫度為450°C?530°C，保溫時間為2?24小時。
[0016]有益效果:
[0017]1.提高了 Al-Zn-Sn犧牲陽極在海洋環(huán)境中的電化學性能，在海水中的開路電位1.12V?1.14V (VS.SCE)，工作電位1.05V?1.1OV (VS.SCE)，電流效率彡85%，實際電容量彡2500mAh/g，較Al-Zn-Sn犧牲陽極提高40%，解決了 Al-Zn-Sn犧牲陽極電流效率低的問題，腐蝕形貌均勻，腐蝕產(chǎn)物不粘附，性能達到國標要求。
[0018]2.本犧牲陽極不含銦，成本大大降低，環(huán)境友好，增加市場競爭力。不含有毒重金屬鉍，環(huán)保健康。
[0019]3.在淡水環(huán)境(電熱水器或太陽能熱水器金屬內(nèi)膽)中使用時，開路電位負于1.0V,實際電容量多1800mAh/g，并且不會出現(xiàn)水發(fā)黑、發(fā)臭和顆粒脫落等現(xiàn)象。
【具體實施方式】
[0020]實例I
[0021]—種鋁合金犧牲陽極材料各元素成分重量比例為:鋅2%，錫0.3%，其余為鋁。
[0022]制備時使用井式電阻爐進行熔煉。待鋁和鋅完全熔化后，扒渣并將鋁箔包好的錫迅速壓入熔液底部，并用石墨棒不斷攪拌，靜置脫氣，進行澆注。待樣品冷卻至室溫后，將樣品放入箱式電阻爐中，升溫至450°C，保溫2h。到時間后拿出樣品立即放入水中淬火。
[0023]對熱處理后的犧牲陽極材料按照GT/T4948-2002標準規(guī)定的方法進行測試，介質(zhì)為模擬海水。該合金開路電位為1.138V(VS.SCE)，電流效率為85.9%，表面溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物不粘附。
[0024]實例2
[0025]—種鋁合金犧牲陽極材料各元素成分重量比例為:鋅10%，錫0.02%，其余為鋁。
[0026]制備時使用井式電阻爐進行熔煉。待鋁和鋅完全熔化后，扒渣并將鋁箔包好的錫迅速壓入熔液底部，并用石墨棒不斷攪拌，靜置脫氣，進行澆注。待樣品冷卻至室溫后，將樣品放入箱式電阻爐中，升溫至530°C，保溫24h。到時間后拿出樣品立即放入水中淬火。
[0027]對熱處理后的犧牲陽極材料按照ASTM G97-97 (改)實驗標準進行測試，將標準溶液更換為普通自來水。該合金開路電位為1.032V(VS.SCE)，電實際電容量為1863mAh/g，溶液未發(fā)黑發(fā)臭。
[0028]實例3
[0029]—種鋁合金犧牲陽極材料各元素成分重量比例為:鋅11%，錫0.35%，其余為鋁。
[0030]制備時使用井式電阻爐進行熔煉。待鋁和鋅完全熔化后，扒渣并將鋁箔包好的錫迅速壓入熔液底部，并用石墨棒不斷攪拌，靜置脫氣，進行澆注。待樣品冷卻至室溫后，將樣品放入箱式電阻爐中，升溫至510°C，保溫18h。到時間后拿出樣品立即放入水中淬火。
[0031]對熱處理后的犧牲陽極材料按照GT/T4948-2002標準規(guī)定的方法進行測試。介質(zhì)為模擬海水。該合金開路電位為1.124V(VS.SCE)，電流效率為85.3%，表面溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物不粘附。
[0032]實例4
[0033]—種鋁合金犧牲陽極材料各元素成分重量比例為:鋅3%，錫0.1%，其余為鋁。
[0034]制備時使用井式電阻爐進行熔煉。待鋁和鋅完全熔化后，扒渣并將鋁箔包好的錫迅速壓入熔液底部，并用石墨棒不斷攪拌，靜置脫氣，進行澆注。待樣品冷卻至室溫后，將樣品放入箱式電阻爐中，升溫至500°C，保溫12h。到時間后拿出樣品立即放入水中淬火。
[0035]對熱處理后的犧牲陽極材料按照ASTM G97-97 (改)實驗標準進行測試，將標準溶液更換為普通自來水。該合金開路電位為1.026V(VS.SCE)，電實際電容量為1823mAh/g，溶液未發(fā)黑發(fā)臭。
[0036]實例5
[0037]—種鋁合金犧牲陽極材料各元素成分重量比例為:鋅5%，錫0.2%，其余為鋁。
[0038]制備時使用井式電阻爐進行熔煉。待鋁和鋅完全熔化后，扒渣并將鋁箔包好的錫迅速壓入熔液底部，并用石墨棒不斷攪拌，靜置脫氣，進行澆注。待樣品冷卻至室溫后，將樣品放入箱式電阻爐中，升溫至480°C，保溫4h。到時間后拿出樣品立即放入水中淬火。
[0039]對熱處理后的犧牲陽極材料按照GT/T4948-2002標準規(guī)定的方法進行測試。介質(zhì)為模擬海水。該合金開路電位為1.125V(VS.SCE)，電流效率為87.3%，表面溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物不粘附。
【主權項】
1.一種鋁合金犧牲陽極的熱處理方法，其特征在于:鋁合金犧牲陽極的熱處理方式為水淬固溶處理。2.根據(jù)權利要求1所述的熱處理方法，其特征在于所述的鋁合金犧牲陽極的原料組分及各組分占原料總量的質(zhì)量百分含量分別為:Zn 2%?11%、Sn0.02%?0.35%、余量為AL.3.根據(jù)權利要求1所述的熱處理方法，其特征在于熱處理的溫度為450°C?530°C，熱處理的保溫時間為2?24小時。4.一種鋁合金犧牲陽極的熱處理方法，其具體步驟為: A、井式電阻爐進行熔煉:待鋁和鋅完全熔化后，扒渣并將鋁箔包好的錫壓入熔液底部，攪拌，靜置脫氣，進行澆注；得鋁合金犧牲陽極材料樣品； B、熱處理:待鋁合金犧牲陽極材料樣品冷卻后，放入箱式電阻爐中，升溫后保溫；拿出樣品放入水中淬火。5.根據(jù)權利要求4所述的熱處理方法，其特征在于步驟A中鋁合金犧牲陽極材料的原料組分及各組分占原料總量的質(zhì)量百分含量分別為:Zn 2%?11%、Sn 0.02%?0.35%,余M為Al。6.根據(jù)權利要求4所述的熱處理方法，其特征在于升溫至450°C?530°C，保溫2?24小時。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋁合金犧牲陽極的熱處理方式，其特征在于：熱處理方式為水淬固溶處理；所述的鋁合金犧牲陽極材料的原料組分及各組分占原料總量的質(zhì)量百分含量分別為：Zn？2％～11％、Sn？0.02％～0.35％、余量為Al；熱處理的保溫溫度為450℃～530℃，熱處理的保溫時間為2～24小時。本犧牲陽極不含銦，成本大大降低，環(huán)境友好，增加市場競爭力；在淡水環(huán)境中使用時，不會出現(xiàn)水發(fā)黑、發(fā)臭和顆粒脫落等現(xiàn)象；提高了Al-Zn-Sn犧牲陽極在海洋環(huán)境中的電化學性能，解決了Al-Zn-Sn犧牲陽極電流效率低的問題，腐蝕形貌均勻，腐蝕產(chǎn)物不粘附，性能達到國標要求。
【IPC分類】C22F1/053, C22C21/10
【公開號】CN105063443
【申請?zhí)枴緾N201510548843
【發(fā)明人】王亞東, 秦鐵男, 趙相玉, 徐蔚, 馬立群, 馬化雄
【申請人】南京工業(yè)大學, 中交天津港灣工程研究院有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月31日