不同析出相铝合金阳极在污水储罐中的应用研究

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我国油气田分布范围较广,储罐种类繁多,所处环境条件的差异对铝阳极保护其耐腐蚀性能的要求也有所不同。储罐中的高矿化度和高氯离子等介质对普碳钢具有极强的腐蚀性,研究开发适用油气田储罐介质环境的铝合金牺牲阳极,意义重大且迫在眉睫。铝合金作为牺牲阳极能够较好地保护钢基体,可以延长钢基设备及附属设施的服役寿命。但是,目前常用阳极存在保护效率不高的问题,需要通过添加合金元素和进行适当的热处理来提高其活性。基于成分区别,铝合金阳极对钢基材料的保护效果也不同。为此,本文在表征牺牲阳效率的基础上,通过元素替代的方法期望提升牺牲阳极保护效率。基于此,本文制备了不同析出相的Al-Zn-In系阳极,并模拟某气田污水储罐环境进行试验,研究了不同析出相对铝合金牺牲阳极保护性能的影响。表征了金相组织及析出相的种类、大小及分布特点。结合Sn成分调控制备高效阳极,最终形成高保护效率的牺牲阳极,为污水储罐牺牲阳极制备提供研究基础。研究表明:Al-Zn-In阳极加入Cd后,析出相有两种:一种是小颗粒状富In相,另外一种是层片状Zn Fe相。Al-Zn-In-Cd阳极在污水储罐环境中的工作电位为-0.9671V,电流效率为46.19%。溶解过程以第二相优先溶解机理为主。阳极对储罐有一定保护效果,但对气/水界面位置保护效果较差。用Mg、Ti替换Cd后,析出相有两种:一种是细小颗粒状Mg Ti相,另外一种是块状富(Zn,Fe)相。Al-Zn-In-Mg-Ti工作电位为-1.0781V,电流效率为65.41%。以第二相优先溶解机理为主。阳极在一定程度上避免了储罐发生局部腐蚀,能够较好地保护储罐基体,仍存在效率低的问题。再用Sn替换Ti后,析出相有两种:一种是球状In3Sn相,另外一种是长条状Sn Fe相。Al-Zn-In-Mg-Sn工作电位为-1.1255V,电流效率为73.55%。以“溶解-再沉积”机理为主。阳极对储罐基体保护效果显著提升,比较适合作为污水储罐的牺牲阳极保护材料。随着Sn元素的不断增加,Al-Zn-In-Mg-x Sn金相组织晶粒逐渐减小,晶界逐渐变窄。但第二相的尺寸逐渐增大,数量也有所增加。Sn为0.15%时,溶解较为均匀,以“溶解-再沉积”为主。球状富(Sn,In,Mg)第二相在电化学腐蚀过程起到显著作用,自腐蚀电位正移趋势最小,自腐蚀电流密度最小,阻抗弧大小适中,利于Al-Zn-In-Mg-0.15Sn形成较均匀的腐蚀形貌。
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