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环境温度对锌合金牺牲阳极材料性能的影响与合金化改性研究

作　者: 韩巍
导　师: 华建社；刘长瑞
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 锌阳极 合金化 开路电位 牺牲阳极 极化率
分类号: TG174.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


锌合金作为牺牲阳极保护材料具有自腐蚀小、电流效率高、寿命长等特点,广泛应用于船舶、海上采油平台、海底输油管道的阴极保护。锌合金阳极材料主要有Zn-Al、Zn-Sn、Zn-Al-Mn、Zn-Al-Cd等,Zn-Al-Cd是目前应用最广的锌阳极材料。由于锌合金阳极材料在使用时其性能受环境温度的影响较大,随温度升高有晶间腐蚀发生,限制了其应用。因此,研究环境温度对锌合金牺牲阳极材料性能的影响规律,为开发性能优良的新型阳极材料具有重要的意义。本文在牺牲阳极保护材料性能要求的基础上,根据合金化理论,添加合适的合金元素,制备了Zn-Al、Zn-Cd、Zn-In、Zn-RE、Zn-Al-Cd、Zn-RE-In二元和三元合金。通过在不同环境温度下测试锌合金阳极开路电位、极化曲线、腐蚀速率等电化学性能,并分析金相组织微观结构,获得了在环境温度变化的条件下Al、Cd、In、RE对锌阳极电化学行为特征的影响规律。研究结果表明:(1)Zn-Al、Zn-0.5Al-0.1Cd合金随环境温度的增加开路电位变正。其中,Zn-0.5Al-0.1Cd从常温20℃时的-1077.7mV变为70℃时的-716.1mV,Zn-0.6Al从常温20℃时的-1044.9mV变为70℃时的-200mV,且极化率变大。而Zn-Cd合金常温下随着Cd含量增加开路电位负移,其中Zn-0.11Cd常温开路电位为-1058.9mV,70℃下为-1092.3mV,随温度升高变负,Zn-0.11Cd随温度升高极化率增大、腐蚀速率减小。(2)添加In、RE元素随温度变化开路电位电位变负,电化学性能有所改善。Zn-In合金铟含量在0.05～0.10%时,在不同温度下其极化率较小,开路电位较负;Zn-RE合金在常温20℃下开路电位在-1045mV～-1075mV之间波动。其中Zn-0.6RE合金常温和在70℃时开路电位分别为-1044.7mV和-1188.5mV,并且阳极极化率小,腐蚀速率随温度变化较小,具有较好的电化学性能。添加RE元素使得锌基阳极材料晶粒细化,组织均匀,性能得到了改善。(3)Zn-0.6RE-In合金,在不同温度下随着铟含量的增加开路电位先变负后正移,其中Zn-0.6RE-0.07In随着温度升高开路电位变负,从50℃后温度对开路电位影响较小,且阳极极化率也较小,腐蚀产物疏松易脱落,在常温时的电流效率为92.3%。因此,认为Zn-0.6RE-0.07In合金是较优良的阳极材料。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-23
  1.1 概述  10-11
  1.2 牺牲阳极材料的工作原理  11-14
    1.2.1 阴极保护原理  11-12
    1.2.2 阴极保护电位及电流密度  12-13
    1.2.3 牺牲阳极材料的性能要求  13-14
  1.3 牺牲阳极材料的研究现状  14-20
    1.3.1 铝基牺牲阳极材料  14-16
    1.3.2 镁基牺牲阳极材料  16-17
    1.3.3 锌基牺牲阳极材料  17-19
    1.3.4 复合式牺牲阳极材料  19-20
  1.4 锌阳极的性能特点及存在的问题  20-22
    1.4.1 锌牺牲阳极的性能及特点  20-21
    1.4.2 锌阳极材料存在的问题  21-22
  1.5 课题研究的目的、意义及主要内容  22-23
    1.5.1 研究的目的及意义  22
    1.5.2 课题研究的主要内容  22-23
2 锌阳极的合金化理论  23-27
  2.1 合金化设计方法  23
  2.2 锌合金添加合金元素的原则  23-24
  2.3 锌阳极中的合金元素及其作用  24-26
  2.4 锌阳极的合金化设想  26-27
3 实验及检测方法  27-36
  3.1 实验方案  27-28
  3.2 实验仪器及实验材料  28-29
    3.2.1 实验设备  28
    3.2.2 实验材料  28-29
  3.3 锌合金阳极材料的熔铸  29-30
  3.4 锌合金阳极材料性能测试方法  30-36
    3.4.1 开路电位  30-31
    3.4.2 极化曲线  31-32
    3.4.3 腐蚀速度  32
    3.4.4 电流效率  32-35
    3.4.5 金相组织观察  35-36
4 Zn-Al-Cd阳极材料在不同温度下电化学性能研究  36-46
  4.1 不同环境温度下Zn-Al-Cd电化学性能的分析  36-37
    4.1.1 温度对Zn-Al-Cd开路电位的影响  36
    4.1.2 温度对Zn-Al-Cd极化曲线的影响  36-37
    4.1.3 温度对Zn-Al-Cd合金腐蚀速率的影响  37
  4.2 不同环境温度下Zn-Al合金电化学性能的分析  37-41
    4.2.1 Zn-Al合金的开路电位  38-39
    4.2.2 Zn-Al合金的极化曲线  39-40
    4.2.3 Zn-Al合金的腐蚀速率  40-41
  4.3 不同环境温度下Zn-Cd合金电化学性能的分析  41-44
    4.3.1 Zn-Cd合金开路电位  41-42
    4.3.2 Zn-Cd合金极化曲线  42-44
    4.3.3 Zn-Cd合金的腐蚀速率  44
  4.4 分析与讨论  44-45
  4.5 本章小结  45-46
5 Zn-RE-In阳极材料在不同温度下电化学性能研究  46-60
  5.1 不同环境温度下In对Zn-In合金电化学性能的影响  46-49
    5.1.1 Zn-In合金开路电位  46
    5.1.2 Zn-In合金极化曲线  46-48
    5.1.3 Zn-In合金腐蚀速率  48-49
  5.2 不同环境温度下RE对Zn-RE合金电化学性能的影响  49-52
    5.2.1 Zn-RE合金开路电位  49
    5.2.2 Zn-RE合金极化曲线  49-51
    5.2.3 Zn-RE合金腐蚀速率  51-52
    5.2.4 Zn-RE金相分析  52
  5.3 不同环境温度下In对Zn-RE-In合金电化学性能的影响  52-56
    5.3.1 Zn-0.6RE-In开路电位  53
    5.3.2 Zn-0.6RE-In极化曲线  53-55
    5.3.3 Zn-0.6RE-In腐蚀速率  55
    5.3.4 Zn-0.6RE-In金相分析  55-56
  5.4 Zn-0.6RE-0.07In与Zn-0.5Al-0.1Cd合金常温下电化学性能比较  56-57
  5.5 分析与讨论  57-58
  5.6 本章小结  58-60
6 结论  60-62
致谢  62-64
参考文献  64-68
附录  68

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术 > 电化学保护
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