阅读说明：本技术 一种高温水环境中的铝合金阳极及其制备方法 (Aluminum alloy anode in high-temperature water environment and preparation method thereof ) 是由 贾世磊 于 2020-04-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高温水环境中的铝合金阳极,是由下述原料及按照下述重量百分比制成的混合物,锌4.0％～5.5％；锡0.01％～0.02％；硅0.01％～0.45％；余量为铝。本发明的有益效果是,本方案中的铝合金阳极能够在海水、盐水、淡水中使用,效果良好,与现有铝合金阳极的阴极保护驱动电压有大幅提高,解决了现阶段牺牲阳极电流效率低,使用寿命短、牺牲阳极溶解有毒重金属和污染水质的问题。(The invention discloses an aluminum alloy anode in a high-temperature water environment, which is a mixture prepared from the following raw materials in percentage by weight, wherein zinc accounts for 4.0-5.5%; 0.01 to 0.02 percent of tin; 0.01 to 0.45 percent of silicon; the balance being aluminum. The aluminum alloy anode has the beneficial effects that the aluminum alloy anode can be used in seawater, salt water and fresh water, the effect is good, the driving voltage is greatly improved compared with the cathode protection driving voltage of the conventional aluminum alloy anode, and the problems that the sacrificial anode is low in current efficiency and short in service life, and the sacrificial anode dissolves toxic heavy metals and pollutes water quality at the present stage are solved.)

一种高温水环境中的铝合金阳极及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金及材料加工技术领域，特别是一种高温水环境中的铝合金阳极及其制备方法。

背景技术

目前铝阳极主要应用于海水或盐水中，但在海水或盐水中随着水的电阻率增大，铝阳极的工作电位会逐渐变正，从而使得其驱动电压逐渐不足，进而将限制铝阳极在高电阻率介质中的实际应用，例如在低盐度水、淡水中；另外，如果水介质的温度升高，铝阳极工作电位会随温度升高发生不同程度的正移,源于铝阳极在热水中均发生明显的阳极极化现象，从而导致热水中钝化倾向增大；即使电化学性能优良的阳极品种，其性能如工作电位、电流效率、表面溶解也会明显下降，从而难以达到保护效果；而在淡水中目前主要使用的是镁合金牺牲阳极，其主要应用于电热水器；如在水质良好(电解质离子含量低)的地区使用，通常选用高活性镁阳极；但是对于工业冷却水系统，由于水质劣于家庭电热水器水质，其电解质离子含量稍高；然而镁合金牺牲阳极长时间使用容易存在黑水、臭鸡蛋气味和黑色颗粒沉积现象，另外镁阳极腐蚀产物氢氧化镁是水垢的主要成分，会增加由于水垢沉淀堆积导致换热器管束换热效率下降；因此，目前镁阳极的问题是电流效率低，阳极自消耗高，使用寿命不超过4年；而镁阳极对锅炉这类密闭容器中使用时，还由于很强的自腐蚀作用而析出氢，就必须考虑氢氧气燃爆的危险；另外，在使用镁阳极时其腐蚀产物会产生Mg(OH)2，必须定期清除泥渣。

鉴于上述情况，有必要对现有的阳极材料加以改进，使其能够适应现在对阳极材料在淡水、海水、盐水等应用环境的需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有阳极材料在淡水、海水、盐水等应用环境存在一系列不足，例如会导致阳极材料的电化学性能明显下降、会产生腐蚀产物，进而影响其保护效果且需要人工定期进行清理；因此我们设计了一种高温水环境中的铝合金阳极及其制备方法，从而使得在淡水、海水、盐水等应用环境中阳极材料能够得到有效的利用，便于人们进行使用。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种高温水环境中的铝合金阳极，是由下述原料及按照下述重量百分比制成的混合物，锌4.0％～5.5％；锡0.01％～0.02％；硅0.01％～0.45％；余量为铝。

对本方案的进一步阐述，所述铝合金阳极材料中，杂质含量：铁≤0.2％，镉≤0.003％。

对本方案的进一步阐述，所述铝合金阳极在海水环境中的开路电位负于-1.15V，其电容量≥1500Ah/kg，阳极活化，溶解均匀。

对本方案的进一步阐述，所述铝合金阳极在自来水环境中的开路电位负于-1.30，其电容量≥2000Ah/kg，阳极活化，溶解均匀。

对本方案的进一步阐述，所述铝合金阳极在海水环境中的开路电位为-1.18～-1.12，电容量为1517～2595Ah/Kg，阳极活化，溶解均匀。

本发明的一种适用于高温水环境中的铝合金阳极的制备方法，包括以下步骤：

(1)取铝锭为铝元素的原料，坩埚加热至750～800℃，将铝锭熔化；

(2)分别称取锌、锡和硅元素的原料，添加至步骤(1)所得熔融的铝液中，用石墨棒搅拌均匀，除渣，浇铸到模具中，冷却，取出得铝合金阳极。

对本方案的进一步阐述，所述硅元素采用10％或20％的铝硅合金为原材料。

其有益效果在于，本方案中的铝合金阳极能够在海水、盐水、淡水中使用，效果良好，与现有铝合金阳极的阴极保护驱动电压有大幅提高，解决了现阶段牺牲阳极电流效率低，使用寿命短、牺牲阳极溶解有毒重金属和污染水质的问题；且铝阳极的腐蚀产物氢氧化铝是絮状的，可随水流流动，不会形成水垢，同时这种絮状的腐蚀产物对换热器和整个水冷管路的保护还有好处；

其中，添加锡可使铝合金电位负移，避免常用的铝阳极采用镓和铟作为晶格活化剂二对人体有害的元素；添加Si等元素可以使工作电位稳定，合金表面溶解均匀，腐蚀产物容易脱落。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本技术方案更加清楚，下面将结合实施例对本发明做详细的阐述。

实施例1

一种高温水环境中的铝合金阳极，是由下述原料及按照下述重量百分比制成的混合物，锌4.0％；锡0.01％；硅0.02％；杂质含量：铁≤0.2％，镉≤0.003％，余量为铝。

制备方法：(1)取铝锭为铝元素的原料，坩埚加热至750～800℃，将铝锭熔化；

(2)分别称取锌、锡和硅元素的原料，添加至步骤(1)所得熔融的铝液中，用石墨棒搅拌均匀，除渣，浇铸到模具中，冷却，取出得铝合金阳极。

实施例2

一种高温水环境中的铝合金阳极，是由下述原料及按照下述重量百分比制成的混合物，锌4.5％；锡0.01％；硅0.04％；杂质含量：铁≤0.2％，镉≤0.003％，余量为铝。

制备方法：(1)取铝锭为铝元素的原料，坩埚加热至750～800℃，将铝锭熔化；

分别称取锌、锡和硅元素的原料，添加至步骤(1)所得熔融的铝液中，用石墨棒搅拌均匀，除渣，浇铸到模具中，冷却，取出得铝合金阳极。

实施例2按照GB/T 17848-1999规定的标准试验方法测试电化学性能，3种温度下铝阳极在海水中电化学性能见表1。

表1实施例2铝合金牺牲阳极在不同温度海水中电化学性能

实施例3

一种高温水环境中的铝合金阳极，是由下述原料及按照下述重量百分比制成的混合物，锌5.5％；锡0.02％；硅0.015％；杂质含量：铁≤0.2％，镉≤0.003％，余量为铝。

制备方法：(1)取铝锭为铝元素的原料，坩埚加热至750～800℃，将铝锭熔化；

分别称取锌、锡和硅元素的原料，添加至步骤(1)所得熔融的铝液中，用石墨棒搅拌均匀，除渣，浇铸到模具中，冷却，取出得铝合金阳极。

按照GB/T 17848-1999规定的标准试验方法对上述阳极电化学性能进行测试，三组实施例中得到的铝阳极分别在25℃和80℃自来水中电化学性能见表1。

表2三组实施例得到的铝阳极在自来水中电化学性能对比

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。