一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用
阅读说明：本技术 一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用 (Preparation method and application of aluminum alloy sacrificial anode ) 是由 王呈刚 赵书锋 郭艳平 赵新颖 李珊珊 蔡文宗 卜建磊 于 2021-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用,属于防腐材料的技术领域。一种铝合金牺牲阳极的制备方法,制造方法包括如下步骤：(1)铝合金棒制造；(2)铝棒均质；(3)成分检测；(4)压条拉丝；(5)切丝；(6)压缩成型；(7)加热均质。本发明使用短铝丝,加热后转移至模具中进行压缩处理；压缩成型的铝块,进行均质后,获得牺牲阳极。本发明制备的多孔隙型铝合金牺牲阳极具有较大的孔隙率,扩大了牺牲阳极的比表面积。相比于现有的铝合金牺牲阳极,本发明制备铝合金牺牲阳极具有工作效率高、压缩强度高等优点。(The invention relates to a preparation method and application of an aluminum alloy sacrificial anode, belonging to the technical field of anticorrosive materials. A preparation method of an aluminum alloy sacrificial anode comprises the following steps: (1) manufacturing an aluminum alloy rod; (2) homogenizing the aluminum bar; (3) detecting components; (4) drawing a pressing strip; (5) shredding; (6) compression molding; (7) heating and homogenizing. The invention uses short aluminum wires, and the short aluminum wires are heated and then transferred into a die for compression treatment; and (3) compressing the formed aluminum block, and homogenizing to obtain the sacrificial anode. The porous aluminum alloy sacrificial anode prepared by the method has high porosity, and the specific surface area of the sacrificial anode is enlarged. Compared with the existing aluminum alloy sacrificial anode, the aluminum alloy sacrificial anode prepared by the invention has the advantages of high working efficiency, high compressive strength and the like.)
技术领域
本发明涉及防腐材料的技术领域，具体涉及一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用。
背景技术
金属腐蚀是金属与周围介质环境之间发生化学反应或电化学反应，从而导致金属材料变质或破坏的现象。目前用于金属防腐的基本方法有以下几种：（1）改变金属成分组成，提高金属自身的耐腐蚀性能；（2）对金属表面进行处理，如涂刷耐腐蚀涂料等；（3）采用合适的电化学保护。电化学保护多是采用牺牲阳极保护法。牺牲阳极保护法是将需要保护的金属与具有更大负电势的活性金属连接以形成回路，然后将具有更大负电势的活性较强金属发生持续溶解来提供用于阴极保护的电流来源。例如在保护储罐的壳体、海底输油管道以及远洋船舶外壳等方面有着重要的应用。常用的牺牲阳极材料主要包括三类：锌合金、镁合金以及铝合金。铝合金与锌镁合金相比较而言，其比重相对较小，而且还具有电流效率高、理论电容大、原材料来源丰富等一系列的优点，现已成为最主要的牺牲阳极材料。现有的牺牲阳极为实心体结构，实心结构只有结构表面与媒介接触，在作为牺牲阳极时，与媒介接触面积小，这导致了牺牲阳极的工作效率较低。
发明内容
针对现有技术中铝合金牺牲阳极工作效率较低的问题，本发明提供一种铝合金牺牲阳极的制备方法及其应用，以解决上述技术问题。
本发明的技术方案为：
一种铝合金牺牲阳极的制备方法，包括使用短铝丝为原料，混合后转移至模具中进行压缩处理；压缩成型的铝块，进行均质后，获得牺牲阳极。
优选的，制备过程如下：
（1）铝合金棒制造；（2）铝棒均质；（3）成分检测；（4）压条拉丝；（5）切丝；（6）压缩成型；（7）加热均质。
优选的，铝丝成分如下：Zn 3.0%~6.0%，In 0.01%~0.05%，Si＜0.05%，Fe＜0.03%，Cu＜0.02%，余量为Al。
优选的，所述步骤（1）中，按照备料中成分要求配料，控制熔炼温度为745~755℃，液体扒渣、除气、获得熔液；将熔液进行精炼，精炼过程控制温度为740-745℃，静置时间为15-20min，获得铝液；经双级过滤后铸造成铝棒。
优选的，所述步骤（2）为，均质温度为510±10℃，保温时间为6~7h，风冷却30~40min后，使用水冷至室温。
优选的，所述步骤（4）为：将成分检测合格后的铝棒加热至500~520℃，先轧坯成4~6mm的铝合金条，然后通过拉丝装置将铝合金条拉伸成直径为0.15~0.25mm的铝合金丝。
优选的，所述步骤（5）为：将步骤（4）制备的铝合金丝通过弹簧机切割成长度为5~15mm的短铝丝。
优选的，所述步骤（6）为：将步骤（5）制备的短铝丝加热至380~410℃，然后按照质量要求将短铝丝随机放置在压缩模具中，然后压缩成型。压缩成型后的孔隙率≤50%。
优选的，所述步骤（7）为：将步骤（6）压缩成型的样品加热至450~480℃均质，均质后获得牺牲阳极。通过加热均质，压缩的铝合金丝的表面物质开始出现了迁移，同时铝合金丝会和界面相互接触，接触以后形成了烧结颈。通过加热均质，使压缩成型时形成的较大孔隙逐渐变小，进而转变成小孔隙，这样使得牺牲阳极的压缩强度明显提高。
加热均质的温度不能过高，一旦过高后会使得内部的金属发生熔化，形成的孔隙将会消失，比表面积大幅降低，将会影响牺牲阳极的工作效率。
本发明制备的牺牲阳极用于保护污水储罐或海底输油管道。
本发明的有益效果为：
本发明制备的多孔隙型铝合金牺牲阳极具有较大的孔隙率，扩大了牺牲阳极的比表面积。相比于现有的铝合金牺牲阳极，本发明制备铝合金牺牲阳极具有工作效率高、压缩强度高等优点。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种铝合金牺牲阳极的制备方法，制备过程如下：
（1）铝合金制造
按照如下成分进行配料：Al 96.9%，Zn 3.0%，In 0.03%，Si 0.04%，Fe 0.02%，Cu0.01%。控制熔炼温度为745~755℃，液体扒渣、除气、获得熔液；将熔液进行精炼，精炼过程控制温度为740~745℃，静置时间为15min，获得铝液；经双级过滤后铸造成铝棒。
（2）铝棒均质
均质温度为510℃，保温时间为6h，风冷却30min后，使用水冷至室温。
（3）成分检测
取样检测合格，继续进行后续生产。
（4）压条拉丝
铝棒加热至500℃，先轧坯成6mm的铝合金条，然后通过拉丝装置将铝合金条拉伸成直径为0.25mm的铝合金丝。
（5）切丝
使用弹簧机，将铝合金丝切割成长度为5~10mm的短铝丝。
（6）压缩成型
短铝丝加热至380℃，然后按照质量要求将短铝丝随机放置在压缩模具中，然后压缩成型。压缩成型后的孔隙率为50%。
（7）加热均质
将步骤（6）压缩成型的样品加热至450℃均质，均质后获得牺牲阳极。
实施例2
一种铝合金牺牲阳极的制备方法，制备过程如下：
（1）铝合金制造
按照如下成分进行配料：Al 95.18%，Zn 4.7%，In 0.05%，Si 0.04%，Fe 0.02%，Cu0.01%。控制熔炼温度为745~755℃，液体扒渣、除气、获得熔液；将熔液进行精炼，精炼过程控制温度为740~745℃，静置时间为20min，获得铝液；经双级过滤后铸造成铝棒。
（2）铝棒均质
均质温度为515℃，保温时间为6h，风冷却30min后，使用水冷至室温。
（3）成分检测
取样检测合格，继续进行后续生产。
（4）压条拉丝
铝棒加热至5010℃，先轧坯成5mm的铝合金条，然后通过拉丝装置将铝合金条拉伸成直径为0.20mm的铝合金丝。
（5）切丝
使用弹簧机，将铝合金丝切割成长度为7~12mm的短铝丝。
（6）压缩成型
短铝丝加热至400℃，然后按照质量要求将短铝丝随机放置在压缩模具中，然后压缩成型。压缩成型后的孔隙率为50%。
（7）加热均质
将步骤（6）压缩成型的样品加热至460℃均质，均质后获得牺牲阳极。
实施例3
一种铝合金牺牲阳极的制备方法，制备过程如下：
（1）铝合金制造
按照如下成分进行配料：Al 94.12%，Zn 5.8%，In 0.02%，Si 0.03%，Fe 0.02%，Cu0.01%。控制熔炼温度为745~755℃，液体扒渣、除气、获得熔液；将熔液进行精炼，精炼过程控制温度为750~755℃，静置时间为10min，获得铝液；经双级过滤后铸造成铝棒。
（2）铝棒均质
均质温度为505℃，保温时间为7h，风冷却40min后，使用水冷至室温。
（3）成分检测
取样检测合格，继续进行后续生产。
（4）压条拉丝
铝棒加热至520℃，先轧坯成4mm的铝合金条，然后通过拉丝装置将铝合金条拉伸成直径为0.15mm的铝合金丝。
（5）切丝
使用弹簧机，将铝合金丝切割成长度为10~15mm的短铝丝。
（6）压缩成型
短铝丝加热至410℃，然后按照质量要求将短铝丝随机放置在压缩模具中，然后压缩成型。压缩成型后的孔隙率为50%。
（7）加热均质
将步骤（6）压缩成型的样品加热至480℃均质，均质后获得牺牲阳极。
测试例
对实施例1~3制备的牺牲阳极进行相关检测，测试方法参考GB/T 17848-1999《牺牲阳极电化学性能试验方法》。对比例采用一般Al-Zn-In牺牲电极，其成分组成如下：Al95.11%，Zn 4.8%，In 0.02%，Fe 0.03%，Cu 0.01%，Si 0.03%。测试结果如下表1：
表1-检测结果
实施例1
实施例2
实施例3
对比例
开路电位(V)
-1.103
-1.097
-1.116
-0.876
工作电位(V)
-1.142
-1.136
-1.139
-0.803
实际电容量(A·h/kg)
2726
2718
2707
2620
由表1中的检测结果可以看出，通过本发明的制备方法制备的牺牲阳极有着较大的表面积，因此阳极的有效工作面积要大于现有的牺牲阳极。随着牺牲阳极表面积的增大，阳极发出电流增大，阳极电位降低，阴极金属能够受到更好的保护。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。