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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

2020-12-27阅读(986)

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

论文摘要

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。

论文目录

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

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