一种快速活化铝合金牺牲阳极

摘要

一种快速活化铝合金牺牲阳极，其组成成分主要如下：Zn：3.5－7.5wt％，Mg：0.7－2wt％，Mn：0.04－0.10wt％，In：0.015－0.050wt％，Ga：0.01－0.06wt％，其中Si≤0.10wt％，Fe≤0.15wt％，Cu≤0.01wt％，余量为铝。本发明的优点是：在铝合金中添加Ga、Mg、Mn等元素，使铝合金牺牲阳极晶粒细化，在间、全浸环境中铝合金牺牲阳极原电池能快速活化释放出持续大电流，保护被腐蚀的钢结构。适用于一切间、全浸环境中的钢结构阴极保护。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金牺牲阳极。

背景技术

海洋是极为苛刻的腐蚀环境，腐蚀与防护问题是海上结构物如船舶、海洋平台、港口码头、跨海大桥、过海管线等面临的重要课题。阴极保护(cathodic protection)是海洋防腐的重要手段，特别是在结构物的内部保护中(如船舶压载水舱等)，由于安全原因，只能使用牺牲阳极阴极保护。

过去，阴极保护主要采用锌合金牺牲阳极，但由于其比重大、电容量小，并且在干湿交替的环境中易结壳失效，大大降低了阴极保护的效果。相比之下，铝合金牺牲阳极重量轻、电容量高、寿命长，达到相同的保护效果时费用低，因此，以铝合金牺牲阳极代替锌阳极是大势所趋。目前，铝合金牺牲阳极已在海洋环境的防腐中得到了应用，而不断提高铝合金牺牲阳极的电化学性能成为腐蚀工程师孜孜追求的目标。牺牲阳极的主要电化学性能指标包括：阳极的开路电位、工作电位、电容量、电流效率以及表面溶解状况。目前牺牲阳极材料研制的主要目标是开路电位和工作电位合适、表面溶解均匀、电容量大、电流效率高的阳极。

海洋结构物中有的部位是间歇性浸水的，即间浸部位，用于这些部位的牺牲阳极除上述要求外，还要求浸水时能够快速活化，使得被保护体的电位迅速达到保护电位，从而提高保护效果。而目前的锌合金牺牲阳极在间浸环境中表面易结壳，电化学性能迅速下降，保护效果很差，因而不适用于间浸环境；传统的铝合金牺牲阳极(见GB4948-2002)在间浸环境中电容量下降很大，一般不超过2200Ah/kg，活化时间较长，一般需要10分钟以上，使得阴极保护的效果不理想。

因此，实际应用中非常需要一种能够快速活化，并且在全浸和间浸环境中都具有较高电容量和电流效率的牺牲阳极材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种快速活化铝合金牺牲阳极，适用于一切间、全浸环境中的钢结构阴极保护，能快速活化释放出持续大电流。

本发明一种快速活化铝合金牺牲阳极，其特征在于以铝为原料，添加以下元素，按照重量百分比其组成为：锌：3.5-7.5wt％，镁：0.7-2wt％，锰：0.04-0.10wt％，铟：0.015-0.050wt％，镓：0.01-0.06wt％，其中硅≤0.10wt％，铁≤0.15wt％，铜≤0.01wt％，余量为铝。

本发明通过在铝合金中添加合金元素Ga、Mg、Mn等，使铝合金牺牲阳极晶粒细化，使阳极在海水中能快速活化，并持续释放出大电流，保护被腐蚀的钢结构。适用于一切间、全浸环境中的钢结构阴极保护。可以应用于船舶、海洋平台、港口码头、跨海大桥、过海管线等结构物的防腐，具有广阔的产业化前景。

该牺牲阳极按照传统工艺可采用铸造工艺，也可采用其它冶金手段铸造。

本发明的优点：

1、该铝合金牺牲阳极在海水中能够快速活化，活化时间小于3min。

2、该阳极在全浸和间浸环境中都具有较高的电容量和电流效率：在间浸环境情况下，实际电容量≥2450Ah/Kg，电流效率≥86％；在全浸环境情况下，实际电容量≥2700Ah/Kg，电流效率≥93％。

具体实施方式

实施例1：

与海面接触部位、船舶内舱、岩洞金属设备等处在间浸部位，普通的牺牲阳极电容量、电流效率、活化时间等降低，不能保持浸水时能够快速活化。我们采用锌：5.5wt％，镁：1.3wt％，锰：0.080wt％，铟：0.035wt％，镓：0.045wt％，余量为铝的材料(其中硅≤0.10wt％，铁≤0.15wt％，铜≤0.01wt％)制作的牺牲阳极，经检测处在间浸环境中，阳极电容量：2472Ah/Kg，电流效率：87％，活化时间2.5min，完全达到设计要求。把生产阳极块直接焊接到被保护结构物，过两个月发现被保护物表面的锈斑为扩大现象，露出铮亮钢结构表面，采用高活化的铝合金牺牲阳极使得被保护体的电位迅速达到保护电位，从而提高保护效果。

实施例2：

对于码头下面全浸环境下的钢管桩采用牺牲阳极保护，我们采用锌：4.5wt％，镁：1.1wt％，锰：0.060wt％，铟：0.040wt％，镓：0.025wt％，余量为铝的材料(其中硅≤0.10wt％，铁≤0.15wt％，铜≤0.01wt％)，经检测处在全浸环境中，阳极电容量：2700Ah/Kg，电流效率：94.5％，活化时间2min。经过近半年的观察测量，工作电位正常，阳极表面脱落均匀，被保护钢结构表面无锈斑生成，同时节约阳极的用量。

实施例3：

对于石化储罐内壁的防腐保护，我们采用锌：4.5wt％，镁：1.1wt％，锰：0.060wt％，铟：0.035wt％，镓：0.030wt％，余量为铝的材料(其中硅≤0.10wt％，铁≤0.15wt％，铜≤0.01wt％)，经检测处在全浸环境中，阳极电容量：2710Ah/Kg，电流效率：95％；经检测处在间浸环境中，阳极电容量：2462Ah/Kg，电流效率：87.5％。快速活化的牺牲阳极很好的解决储罐内壁处在全、间浸环境的问题。