[发明专利]一种环境友好型的锌合金牺牲阳极

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌合金牺牲阳极，尤其是涉及一种环境友好型的锌合金牺牲阳极，属于腐蚀与防护技术领域。

背景技术

锌基牺牲阳极自腐蚀速率小，电流效率高，其电位接近于钢铁的保护电位，具有自动调节电流的特性，使用时没有过保护的危险。锌基阳极的驱动电压仅约为0. 2V，主要适用于海水、盐水及低电阻率(<15Ω•cm)的土壤环境。目前，锌合金牺牲阳极已广泛应用于海洋结构、海底管道工程阴极保护工程中。同时，锌合金牺牲阳极在使用中不发生析氢反应，碰撞到钢构件时不会诱发火花，故其是唯一可用于油罐、油舱保护的牺牲阳极。

在锌阳极中添加一定量的镉元素，可以使基体晶粒细化，消除锌基体中杂质铁和铅的不利影响，腐蚀产物松软容易脱落，使阳极电化学性能得到进一步提高。因此，目前广泛应用的锌合金成分中都含有镉元素，例如在工程中得到广泛应用的GB/T 4950-2002标准中的Zn-Al-Cd牺牲阳极，该阳极中镉的含量为0.05~0.12%(质量百分比)，在海水中的电容量达到780A·h/Kg。另外DNV-RP-B401和ISO 15589标准规定了Zn-Al-Cd阳极中镉含量为0.025～0.07%。但是镉的添加会对环境以及人体呼吸道和肝脏造成极大的危害，且潜伏期可长达10~30年。随着环境污染的日益增大，人类的生存环境面临严峻的考验，因此寻找无毒新元素代替有毒元素镉也就成为迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明公开了一种环境友好型的锌合金牺牲阳极，其具体由以下技术方案加以实现：以锌为原材料，通过添加铝、镁、钙等合金元素消除杂质元素对牺牲阳极电化学性能的影响，其各元素的质量百分比含量的配比为：Al:0.1-0.5%、Mg:0.25-1.5%、Ca:0.01-0.05%，其余为锌。

上述元素百分比含量组成的锌合金牺牲阳极，其电化学性能为：在常温海水，开路电位≤-1.00V，其相对于Ag/AgCl参比电极；工作电位稳定在-1.00~-1.06V，相对于Ag/AgCl参比电极；上述锌合金牺牲阳极腐蚀产物容易脱落，腐蚀形貌均匀溶解，电容量≥800A·h /Kg。

具体的，本发明的一种锌合金牺牲阳极，以国标GB/T 470-2008中99.99锌锭为原材料，通过添加铝、镁、钙等合金元素消除杂质元素对牺牲阳极电化学性能的影响。

进一步地，锌合金牺牲阳极各元素百分比组成为：Al:0.1-0.5%、Mg: 0.25-1.5%、Ca:0.01-0.05%，其中杂质元素Fe≤0.003%、Pb≤0.006%、Cu≤0.002%、Cd≤0.003%，余量为Zn。

具体地，本申请的一种环境友好型的锌合金牺牲阳极是一种Zn-Al-Mg-Ca(锌合金)牺牲阳极。

本发明还提供了上述环境友好型的锌合金牺牲阳极的制备工艺，其采用熔铸法，其具体由以下技术方案加以实现：

熔炼前先将铝锭、锌铝合金、锌镁合金和锌钙合金预热到100℃，以去除材料中的水分；

然后将熔炼炉加热至460～480℃，使锌锭完全熔化成锌液，按照合金元素重量比例加入锌铝合金、锌镁合金和锌钙合金，并在锌液上方覆盖石墨层，同时在熔炼炉内通氮气，以排空空气，减少锌的氧化，采用永磁搅拌，搅拌时间≥10分钟，使合金元素混合均匀；

待锌液温度升到550℃时，停止加热，将锌液浇铸到模具中，冷却后即为Zn-Al-Mg-Ca锌合金牺牲阳极。

本发明中Zn-Al-Mg-Ca牺牲阳极中铝、镁、钙元素以锌铝合金、锌镁合金和锌钙合金的方式添加。锌镁合金中镁的质量百分比含量为40%～50%，其熔化温度为400℃～430℃；锌铝合金中铝的质量百分比含量为5%～15%，其熔化温度420℃～450℃；锌钙合金中，钙的质量百分比含量为45%～60%，其熔化温度为410℃～450℃。由于镁的熔点为649℃，镁的燃点是500℃，铝的熔点为660℃，钙的熔点839℃，采用合金化的添加方式大大降低铝、镁、钙的熔融温度，降低镁的燃烧损耗，降低能耗，同时节约了成本。

上述锌合金牺牲阳极所用的合金元素Al、Mg、Ca均为无毒元素，其中镁、钙元素是海水中主要组成元素，该阳极中不添加镉，其阳极溶解的腐蚀产物对环境无毒，有利于保护生态环境；是一种环保、环境友好的牺牲阳极材料。