[发明专利]无锌型铝合金牺牲阳极

说明书

本发明提供一种无锌型铝合金牺牲阳极，所述无锌型铝合金牺牲阳极的组成材料包括铝、镁和铟，所述镁的质量分数为1.6％～2.3％，所述铟的质量分数为0.06％～0.09％，余量为铝；所述无锌型铝合金牺牲阳极中杂质铁的质量分数≤0.06％，杂质硅的质量分数≤0.07％，杂质铜的质量分数≤0.005％。该无锌型铝合金牺牲阳极中不含锌，避免了牺牲阳极中锌元素溶解对海洋生态的影响，而且该无锌型铝合金牺牲阳极的开路电位为‑1.2V～‑1.1V，工作电位为‑1.12V～‑1.05V，电容量≥2600A·h/Kg，故该无锌型铝合金牺牲阳极不仅工作电位满足标准要求，而且电容量大。同时该无锌型铝合金牺牲阳极表面溶解均匀，腐蚀产物容易脱落。

技术领域

本发明涉及防腐蚀技术领域，尤其是涉及一种无锌型铝合金牺牲阳极。

背景技术

铝合金牺牲阳极具有重量轻、电容量大、价格低等优点，广泛应用于各类船舶、采油平台、海上风电、海底管线、跨海大桥、人造岛礁、海港码头等大型设施的腐蚀防护。铝合金牺牲阳极材料的开发最早是从Al-Zn(铝-锌)二元合金开始的，经过多年的研究和发展，在Al-Zn二元合金的基础上添加了Hg(汞)、In(铟)、Cd(镉)、Sn(锡)、Mg(镁)等元素，使铝合金牺牲阳极的电化学性能不断改善，形成了一系列具有较高电化学性能的多元铝合金牺牲阳极。目前国内外已有多种阳极配方及工艺，根据主要添加的合金元素的不同，铝阳极可分为三大类：Al-Zn-Hg系、Al-Zn-Sn系、Al-Zn-In系。因汞有剧毒，对环境影响很大，并且在冶炼过程中威胁工人的身体健康，逐步地被In系阳极所取代。Al-Zn-Sn合金阳极必须经过均质化热处理以弥补杂质铁带来的不利影响，成本偏高。目前，应用于海洋工程装备的腐蚀防护的阴极保护材料以Al-Zn-In系阳极为主，经过多年研究，该类牺牲阳极的配方工艺成熟，性能指标也趋于稳定，与之相关的国标和国际规范也相继颁布。

随着社会的发展，人类文明的进步，各国都越来越重视海洋生态环境。重金属污染具有来源广、残毒时间长、蓄积性、难以降解、污染后不易被发现并且难于恢复、易于沿食物链转移富集等特征，被称为环境中具有潜在危害的重要污染物，具有高度危害性和难治理性。国家标准《GB3097-1997海水水质标准》中按照海域的不同适用功能和保护目标，将海水水质分为四类，每类水质对应的重金属标准含量如图1所示。因此在近岸修建大型海工设施时，应充分考虑对环境的影响，尤其是重金属的污染问题。

牺牲阳极的阴极保护技术作为海工装备腐蚀防护技术已得到广泛地应用，牺牲阳极溶解后产生的重金属离子，会对海洋生态环境造成影响和危害。近年来，海上养殖区附近修建了大量的海上风电设施，环评发现其周边海水中的锌含量超标，超过了标准规定中作为水产养殖区的二类水质中锌元素不超过0.05mg/L的上限，过量的锌会影响海洋生物正常的生理代谢，导致生物生长发育被抑制，对免疫系统和生殖系统也会造成损害，对养殖业会造成减产的危害。而锌超标主要是牺牲阳极中锌元素溶解所致，目前Al-Zn-In系牺牲阳极中Zn的含量一般在2.5％～7％之间，大多数供货阳极的Zn含量范围在4～6％之间。因此，为了降低锌对海洋生态的影响，尤其是对海上水产养殖的危害，急需研制一种适用于海洋环境的无锌型铝合金牺牲阳极材料，为海洋工程装备提供阴极保护。

目前无锌的铝阳极有两大类，分别是Al-Ga(铝-镓)阳极和Al-Mg阳极。Al-Ga阳极在1996年由法国的Guyader Le首先开始研究，主要用于保护高强钢，工作电位在-0.870V～-0.700V(本文所列的电位值均相对于饱和甘汞电极电位)，且电容量较低，溶解形貌较差。高青阳等人研究了Al-0.6％Mg-0.05％Ga阳极，采用加速实验，结果表明该阳极的开路电位为-1.413V～-1.519V，工作电位为-1.052V～-1.318V，实际电容量为1739Ah/kg。而海洋工程装备阴极保护所需要牺牲阳极的工作电位为-1.12V～-1.05V，过正的工作电位会造成驱动电位低，发生电流小，不能对保护体提供足够的极化电流；而过负的工作电位会产生较大的发生电流，带来氢脆和涂层阴极剥离的危害，也是不可取的。以上两类阳极都不能替代现有的Al-Zn-In系阳极。