[发明专利]一种耐高温锌合金牺牲阳极及其制备方法

说明书

本发明提供一种耐高温锌合金牺牲阳极包括锌、铝和杂质，铝的质量百分比为0.02％‑0.2％，杂质的质量百分比小于等于0.01％，余量为锌，还提供制备一种耐高温锌合金牺牲阳极的制备方法，包括制备熔融态的锌液，在锌液中加入铝锭以制备混合液，对混合液进行处理，得到锌合金牺牲阳极。本发明通过简化牺牲阳极合金种类，用最佳锌铝质量百分比以及简化的熔炼工艺，解决高温环境中牺牲阳极合金元素种类多，金相组织复杂，晶间腐蚀的风险高的问题，也解决了制备工艺复杂以及纯锌阳极很容易极化而失去阴极保护作用的问题。

技术领域

本申请涉及牺牲阳极技术领域，具体涉及一种耐高温锌合金牺牲阳极及其制备方法。

背景技术

牺牲阳极阴极保护是经济和效率较高的防止金属腐蚀的方法，广泛应用于船舶、海上采油平台、港口码头构筑物、海底输油管道等海洋结构设施。近年来，随着海洋油气开发、船舶业和石油加工业的发展。在浮式生产储油船储油仓、油田污水处理罐和化工管道、换热设备和热水锅炉等设施中，金属结构物的服役环境温度都比较高(≥50℃)，普通牺牲阳极在高温环境应用出现性能严重下降的情况。如在常温下使用的Zn-Al-Cd阳极在高温下(60℃)使用，发生严重的晶间腐蚀，阳极性能恶化，电流效率降低，甚至发生极性逆转，电位变得比钢铁还正，不仅不能保护钢铁设施，反而加速其腐蚀。传统的铝合金牺牲阳极在高温海水中表面容易钝化，形成一层腐蚀产物硬壳，发生电流急剧下降，起不到应有的保护作用，因此研究耐高温的阳极材料是很必要的。

锌是使用最早的牺牲阳极材料，已有上百年的历史，1960s以前使用的都是纯锌阳极，但纯锌阳极要严格限制杂质的含量，因为铁、铜和铅等有害杂质存在时，纯锌阳极很容易极化而失去阴极保护作用。其中尤以铁的影响最大，因为铁元素会与锌形成电位较正的金属间化合物FeZn₁₃，构成电偶腐蚀阴极，从而加速纯锌阳极的局部腐蚀，造成阳极电化学性能下降。

为了排除锌阳极中有害杂质的影响，往往在锌中添加合金元素，锌阳极中的有益合金元素有Al、Cd、Si、Hg、Sn、Mn等。虽然合金元素的添加能够有效的抑制杂质元素的影响，提升Zn合金牺牲阳极的性能，但是也存在不利影响。如Hg、Cd等有害重金属元素的引入，增加了对海洋环境的污染；合金元素的添加增加了Zn合金牺牲阳极金相组织的复杂性，为防止合金元素的偏析，降低夹杂相数量，Zn合金牺牲阳极的熔炼工艺要求严格。在高温环境中，Zn合金阳极性能下降的重要诱因是晶间腐蚀加剧，合金元素种类增多，金相组织越复杂，发生晶间腐蚀的风险越高。

中国专利CN200910230198.1报道了一种Zn-Al-Mn高温锌合金牺牲阳极，阳极的电容量大于790A·h/kg，但Mn的熔点为1241℃，这就要求此种锌合金牺牲阳极熔炼温度较高，工业化生产能耗较高。中国专利CN201310062740.3和CN201510311605.7分别报道了一种Zn-Mg-Si及Zn-Al-Mg-In-Ga高温锌合金牺牲阳极，上述阳极通过增加合金元素种类，提升锌合金牺牲阳极在高温环境的电化学性能。但随着合金元素种类的增加，元素偏析及晶间腐蚀的风险增加，对熔炼工艺要求较高。因此，研究新的耐高温的阳极材料是很必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温锌合金牺牲阳极及其制备方法，以解决高温环境中牺牲阳极合金元素种类多，金相组织复杂，晶间腐蚀的风险高，制备工艺复杂以及纯锌阳极极易发生极化而失去阴极保护作用的问题。

本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种耐高温锌合金牺牲阳极，包括锌、铝和杂质，所述铝的质量百分比为0.02％-0.2％，所述杂质的质量百分比小于等于0.01％，余量为所述锌。

优选地，所述铝的质量百分比为0.02％-0.08％，所述杂质的质量百分比小于等于0.01％，余量为所述锌。

优选地，所述铝的质量百分比为0.08％-0.2％，所述杂质的质量百分比小于等于0.01％，余量为所述锌。