模拟深海环境下Al-Zn-In牺牲阳极性能研究

摘要

海洋环境中服役的金属材料常采用牺牲阳极法进行保护，然而一些设备在上浮和下潜过程中不可避免的会遇到表层海水与深海环境的循环交替作用。本文针对实际工况条件，选择海洋环境中最常用的Al-Zn-In牺牲阳极，研究其在表层海水和模拟深海环境循环交替作用下的性能变化；研究深海环境下导致牺牲阳极放电性能变化的影响因素；改变牺牲阳极合金元素的含量，为开发新型深海用牺牲阳极、制定深海环境下牺牲阳极保护设计规范和提高牺牲阳极保护的可靠性提供理论与技术支持。主要研究内容包括：
　　 ⑴研究了Al-Zn-In牺牲阳极在表层海水环境，以及表层海水与深海环境循环交替作用下的性能变化。结果表明：在表层海水与深海环境交替作用下，Al-Zn-In牺牲阳极的开路电位和工作电位随环境的循环交替变化呈明显的响应关系，其中在深海环境下开路电位升高、工作电位升高；与表层海水环境下相比，Al-Zn-In牺牲阳极在表层海水与深海环境交替作用下电流效率降低了14.83％。
　　 ⑵研究了模拟深海环境下静水压力、含氧量、温度三环境因素对Al-Zn-In牺牲阳极材料性能的影响。结果表明：与表层海水环境下相比，牺牲阳极在模拟深海环境下的放电量大幅减少，电流效率降低。静水压力升高加速牺牲阳极的晶间腐蚀，造成晶粒脱落，电流效率降低；含氧量降低、温度降低导致牺牲阳极钝化，溶解放电困难。静水压力、含氧量、温度三者对牺牲阳极性能的影响程度大小为：含氧量<静水压力<温度。
　　 ⑶研究了溶液中In、Zn元素对Al-Zn-In牺牲阳极性能的影响。研究结果表明：溶液中In含量增加，能够促进牺牲阳极材料在深海环境下发生活性溶解，降低晶界腐蚀，极大的提高牺牲阳极在深海环境下的放电能力和电流效率；溶液中Zn含量增加，对改善牺牲阳极在深海环境下的放电性能作用不明显。
　　 ⑷实验熔炼铸造了In元素含量为0.04%、0.06%、0.08%的Al-Zn-In牺牲阳极，研究合金中In元素含量对牺牲阳极在表层海水与模拟深海环境下性能的影响。研究结果表明：随着In元素含量提高，Al-Zn-In牺牲阳极在表层海水与模拟深海环境下的开路电位值逐渐降低；在模拟深海环境下钝化现象减弱，活化点显著增加；当In元素含量达到0.08%时，牺牲阳极发生活性溶解，放电量及电流效率显著提高。