合金成分及海洋环境对Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极电化学性能影响研究

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铝合金牺牲阳极驱动电位高、理论电容量大、电流效率高、成本低廉、施工方便,常用于保护海洋工程中的钢制设施。铝合金牺牲阳极通常是向铝锭中添加适宜的合金元素熔炼而成,牺牲阳极的性能主要取决于其化学成分。随着深海资源的开发,深海钢结构的腐蚀防护设计越来越急迫,应用环境的变化对牺牲阳极阴极保护的有效性起着决定性的作用。本文以Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极为研究对象,采用拉丁正交设计不同合金含量阳极,主要采用了恒电流测试、极化曲线、电化学阻抗、扫描电镜等测试分析方法,研究了合金成分以及海洋环境因素对Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极电化学性能的影响。合金成分因素实验结果表明:In元素含量对阳极电化学性能影响最大,其次是Ti、Mg,影响最小的是Zn。随着In含量的升高,阳极的开、闭路电位逐渐负移,但电流效率呈下降趋势,且溶解形貌变差。阳极中In含量应控制在0.020%~0.030%。以电流效率为目标函数得出的阳极最佳配方(wt%)为:Zn6.0,In0.020,Mg1.5,Ti0.050,余量为Al,最佳配方阳极电流效率为89.85%。阳极的活化机理为活性元素的优先溶解,当介质中活性元素离子达到一定浓度值时,会在阳极表面得电子沉积,破坏表面的氧化膜,使阳极活化溶解。海洋环境因素实验结果表明:静、动态条件下,随着温度的降低,阳极的开、闭路电位负移,电化学容量增大,电流效率升高,溶解形貌变好。腐蚀产物的附着会使阳极溶解形貌变差,表现为不均匀腐蚀。低温时阳极的电化学性能变好,主要原因是活性离子在阳极表面的沉积,破坏了表面的氧化膜,使阳极活化溶解。相同温度下,动态时阳极的电化学容量、电流效率均比静态要低,主要原因是流动状态加剧了介质对阳极的冲刷,阳极表面结合力稍差的金属颗粒发生机械脱落,未完全放电,致使阳极的电化学容量、电流效率降低。溶解氧含量对阳极的电化学性能影响不太明显,随着溶解氧的降低,仅电流效率会稍微下降,溶解形貌变差。盐度的升高,加剧阳极溶解沿着晶界向阳极纵深发展,局部腐蚀严重,阳极的电化学性能变差,表现为开、闭路电位正移,电化学容量减小,电流效率降低,溶解形貌变差。
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