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一種鋁合金犧牲陽極的熱處理方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510548843.X

申請日:

2015.08.31

公開號:

CN105063443A

公開日:

2015.11.18

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):C22C 21/10申請公布日:20151118|||實質審查的生效IPC(主分類):C22C 21/10申請日:20150831|||公開
IPC分類號: C22C21/10; C22F1/053 主分類號: C22C21/10
申請人: 南京工業大學; 中交天津港灣工程研究院有限公司
發明人: 王亞東; 秦鐵男; 趙相玉; 徐蔚; 馬立群; 馬化雄
地址: 211816江蘇省南京市浦口區浦珠南路30號
優先權:
專利代理機構: 南京天華專利代理有限責任公司32218 代理人: 徐冬濤; 袁正英
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510548843.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.11.21|||2015.12.16|||2015.11.18

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發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,環境友好,增加市場競爭力;在淡水環境中使用時,不會出現水發黑、發臭和顆粒脫落等現象;提高了Al-Zn-Sn犧牲陽極在海洋環境中的電化學性能,解決了Al-Zn-Sn犧牲陽極電流效率低的問題,腐蝕形貌均勻,腐蝕產物不粘附,性能達到國標要求。

權利要求書

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量百分含量分別為:Zn2%~11%、Sn
0.02%~0.35%、余量為Al。
3.根據權利要求1所述的熱處理方法,其特征在于熱處理的溫度為450℃
~530℃,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量百分含量分別為:Zn2%~11%、
Sn0.02%~0.35%、余量為Al。
6.根據權利要求4所述的熱處理方法,其特征在于升溫至450℃~530℃,
保溫2~24小時。

說明書

一種鋁合金犧牲陽極的熱處理方法

技術領域

本發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,該經過
熱處理的犧牲陽極材料可以應用于海洋環境中的鋼鐵結構(船舶、近海采油平臺、
橋梁等)或淡水環境中(電熱水器或太陽能熱水器金屬內膽)。

背景技術

腐蝕破壞造成的巨大經濟損失逐年增加,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。

犧牲陽極陰極保護技術有其獨特的優點: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、不需要經常維護等優點,目前在工程上廣泛使用。

用于海水介質中鋼構件保護的鋁合金犧牲陽極主要有Al-Zn-Hg系、Al-Zn-In
系和Al-Zn-Sn系犧牲陽極。因為Hg有毒,Al-Zn-Hg系現已被淘汰。Al-Zn-In
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存在污染海洋環境等問題。我國提出“十二五”要推進經濟結構調整,構
筑低能耗、低污染(綠色、低碳)為基礎的經濟發展模式,尋找高性能的無銦鋁
合金犧牲陽極已成為發展趨勢。Al-Zn-Sn合金的電流效率約為60%,具有較大
的開發空間,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物粘附嚴重。

用于電熱水器或太陽能熱水器金屬內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黑發臭,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。四是鎂合金會產生
過保護,對金屬內膽會產生氫脆危害。現有鋁合金犧牲陽極,如GB/T4948-2002
鋁鋅銦犧牲陽極主要用于海水介質中鋼鐵構件的腐蝕防護,在自來水中處于飩化
狀態,達不到犧牲陽極的基本要求,亦不能用于熱水器之中。國內淡水用鋁合金
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(水質較好)的自來水環境中工作,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,過多的鋅會產生晶界偏析,經過長期使用,會產生
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
人體健康和環境保護。二是成分中含有價格昂貴的硼,不利于降低成本。

發明內容

本發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物粘附嚴重問題,
并且犧牲陽極中不含銦,降低成本和環境友好,解決了現階段犧牲陽極在保護熱
水器金屬內膽時電流效率低、使用有毒重金屬、晶界偏析嚴重性能穩定性差和污
染水質等問題。

本發明的技術方案為: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。

優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量百
分含量分別為:Zn2%~11%、Sn0.02%~0.35%、余量為Al。

優選上述熱處理的保溫溫度為450℃~530℃,熱處理的保溫時間為2~24
小時。

上述鋁合金犧牲陽極的熱處理方法的具體步驟為:

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(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。

上述步驟A的井式電阻爐進行熔煉為常規方法。

優選上述步驟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
質量百分含量分別為:Zn2%~11%、Sn0.02%~0.35%、余量為Al。

優選保溫溫度為450℃~530℃,保溫時間為2~24小時。

有益效果:

1.提高了Al-Zn-Sn犧牲陽極在海洋環境中的電化學性能,在海水中的開路電
位1.12V~1.14V(VS.SCE),工作電位1.05V~1.10V(VS.SCE),電流效率≥
85%,實際電容量≥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,腐蝕產物不粘附,性能達到國標要
求。

2.本犧牲陽極不含銦,成本大大降低,環境友好,增加市場競爭力。不含有
毒重金屬鉍,環保健康。

3.在淡水環境(電熱水器或太陽能熱水器金屬內膽)中使用時,開路電位負
于1.0V,實際電容量≥1800mAh/g,并且不會出現水發黑、發臭和顆粒脫落等現
象。

具體實施方式

實例1

一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。

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℃,保溫2h。到時間后拿出樣
品立即放入水中淬火。

對熱處理后的犧牲陽極材料按照GT/T4948-2002標準規定的方法進行測試,
介質為模擬海水。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,腐蝕產物不粘附。

實例2

一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。

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℃,保溫24h。到時間后拿出
樣品立即放入水中淬火。

對熱處理后的犧牲陽極材料按照ASTMG97-97(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,溶液未發黑發臭。

實例3

一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。

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℃,保溫18h。到時間后拿出
樣品立即放入水中淬火。

對熱處理后的犧牲陽極材料按照GT/T4948-2002標準規定的方法進行測試。
介質為模擬海水。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,腐蝕產物不粘附。

實例4

一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。

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℃,保溫12h。到時間后拿出
樣品立即放入水中淬火。

對熱處理后的犧牲陽極材料按照ASTMG97-97(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,溶液未發黑發臭。

實例5

一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。

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℃,保溫4h。到時間后拿出樣
品立即放入水中淬火。

對熱處理后的犧牲陽極材料按照GT/T4948-2002標準規定的方法進行測
試。介質為模擬海水。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,腐蝕產物不粘附。

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一種 鋁合金 犧牲 陽極 熱處理 方法
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