铝、锌、镁合金电化学性能及机理研究
【摘要】:
铝、锌、镁及其合金是阴极保护系统中常用的电极材料。然而,铝合金牺牲阳极的溶解不均匀,锌参比电极在海水中的环境影响,以及镁合金牺牲阳极在青藏高原低温冻土层中的电化学性能的研究报道较少。因此,研究铝合金牺牲阳极的溶解不均匀性、锌参比电极在海水中的环境影响和镁合金牺牲阳极在冻土层中的电化学性能具有重要的现实意义。
本文采用电化学测试技术,研究了合金元素Ga对Al-Zn-In系合金牺牲阳极的作用,考察了海水中的各种因素对锌参比电极电位稳定性的影响,并探讨了冻土层中镁合金系列牺牲阳极的电化学性能,借助扫描电镜、X-射线衍射等现代物理测试技术进行了表征,深入研究了合金元素作用机理和电极溶解机理。
结果表明:Ga均匀地固溶于铝合金中,而In在阳极表面产生局部富集、形成富In第二相。随着Ga含量的增加,Al-Zn-In阳极工作电位负移,电流效率下降,孔蚀愈严重。在模拟海水中,Al-4%Zn-0.022%In-0.015%Ga牺牲阳极工作电位为-1039 mV,电流效率为96.3%,溶解均匀,具有良好的阳极极化性能和耐孔蚀性能,是一种理想的新型高效牺牲阳极;Al-In-Zn-Ga合金由于In3+的活化作用,破坏了表面钝化膜,使电极电位显著负移,从而激活了Ga3+的活性,使得Ga3+、In3+、Zn2+等产生共同沉积,维持了较高的阳极活性溶解,导致了合金的“溶解—再沉积”的过程。
高纯锌、Zn-Al-Cd合金在海水、淡海水和淡水中电位稳定,适宜充当长效参比电极,其中Zn-Al-Cd合金的电化学性能较佳。在Cl-浓度小于0.1496 mol/L的溶液中,随着Cl-浓度的增大,锌电极电位呈线性负移的趋势;但当Cl-浓度大于0.1496 mol/L时,锌的电极电位基本不受Cl-浓度的影响。海水pH值对高纯锌、Zn-Al-Cd合金电位影响不明显。海水流速增加,锌电极电位正移。10μA/cm2的阳极电流明显改善高纯锌的电极电位稳定性;高纯锌、Zn-Al-Cd合金表面膜主要由ZnO、Zn2(OH)2CO3等组成,Cl-、金属表面微观组织的不均匀性等因素的作用产生小范围的电位波动。
青藏高原冻土层中,高纯镁的腐蚀电位最负,MGAZ31B镁合金阳极的腐蚀电位最正;合金的溶解活性依次为MGAZ63B镁合金、MGAZ31B镁合金、MGMlC镁合金和高纯镁;MGAZ63B镁合金电化学性能较优,工作电位为-1630 mV,电流效率为61.77%,适宜做冻土层中的牺牲阳极。镁合金阳极表面呈现出沟槽或第二相腐蚀,腐蚀表面的主要元素为Mg、O以及镁合金中的基体元素,主要腐蚀产物为Mg(OH)2。
以边界元为计算方法,应用Matlab为开发工具,计算出的冻土层中镁牺牲阳极-碳钢热管阴极保护系统中碳钢表面的电位分布与实测值的误差最大不超过10%,说明电位的数值计算是可靠有效的,为今后稳定冻土层路基和铺设管道阴极保护设计提供了参考。
|
|
|
|
1 |
龚金保;不同温度下AZ41镁基合金牺牲阳极的电化学行为[J];腐蚀科学与防护技术;1997年01期 |
2 |
齐公台,郭稚弧,林汉同,魏伯康;腐蚀保护常用的几种牺牲阳极材料[J];材料开发与应用;2001年01期 |
3 |
任厚珉,董泉玉;牺牲阳极保护导线的连接工艺[J];全面腐蚀控制;1999年02期 |
4 |
黄永昌;电化学保护技术及其应用 第三讲 牺牲阳极[J];腐蚀与防护;2000年05期 |
5 |
朱承飞,徐峰,魏无际,丁毅,王宁;微量锑和锡对铝基牺牲阳极材料性能的影响[J];中国有色金属学报;2005年04期 |
6 |
刘国胜;;阴极保护在埋地天然气管道中的应用[J];油气田地面工程;2008年01期 |
7 |
王国芳;叶祖成;;镁牺牲阳极的保护在我厂热交换器中的应用[J];石油化工腐蚀与防护;1986年02期 |
8 |
董人瑞,谌智,郝文森,王娅莉,朱瑞东;E—502冷却器安装镁牺牲阳极产生的阻力计算[J];大庆石油学院学报;1990年03期 |
9 |
马丽杰,郭忠诚,宋曰海,周梅村;镁合金牺牲阳极及其在防腐蚀工程中的应用[J];四川化工与腐蚀控制;2003年03期 |
10 |
宋曰海,郭忠诚,樊爱民,龙晋明;牺牲阳极材料的研究现状[J];腐蚀科学与防护技术;2004年01期 |
11 |
汪世雷;邱于兵;郭兴蓬;;外加直流阴极保护对牺牲阳极效果的影响研究[J];材料保护;2007年09期 |
12 |
李佳润;袁起立;汪海波;;原油储罐内壁的腐蚀与防护[J];装备环境工程;2008年03期 |
13 |
李威力;闫永贵;陈光;马力;;Al-Zn-In系牺牲阳极低温电化学性能研究[J];腐蚀科学与防护技术;2009年02期 |
14 |
郭凌云;;燃气管道保护方法研究[J];中国科技财富;2009年08期 |
15 |
黄燕滨;宋高伟;丁华东;刘学斌;边飞龙;;牺牲阳极的阴极保护电位的测定与比较[J];装备环境工程;2011年03期 |
16 |
马长江;陈武;田俊杰;黄鹏;;金塘大桥承台钢底板阴极保护[J];全面腐蚀控制;2011年08期 |
17 |
朱云龙
,陈光章
,温秀忭
,候佩成
,魏兆波;多元铝基合金牺牲阳极研究[J];材料开发与应用;1989年06期 |
18 |
孙朝菊;铝—锌—汞牺牲阳极的活化机理[J];材料开发与应用;1990年04期 |
19 |
齐公台,郭稚弧,魏伯康;高温Al-Zn-In系合金牺牲阳极研究[J];油气田地面工程;1997年01期 |
20 |
李淑英,朱辉;淡水介质中筒状设备内壁阴极保护电位分布研究[J];腐蚀科学与防护技术;2000年02期 |
|