铝合金牺牲阳极材料的电化学性能研究

论文摘要

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。目前广泛应用的Al-Zn-In系阳极虽然不需热处理就有较好的电化学性能,但长期应用后,仍存在电位正移、表面溶解不均匀、电流效率降低等问题。为此,本文以Al-Zn-In-Si牺牲阳极为研究对象,系统研究了氧化夹杂、杂质Fe含量、成分以及显微组织对Al-Zn-In-Si日极电化学性能的影响,进而解决阳极氧化夹杂以及杂质Fe的影响等问题,提高牺牲阳极的综合电化学性能；同时,本文也研究了杂质Fe含量对Al-Zn-In-Cd牺牲阳极的电化学性能影响情况。采用恒电流测试、自放电测试、电化学阻抗等方法,测试了制备的各类牺牲阳极在人造海水中的开路电位、工作电位、溶解形貌、电流效率以及阳极的极化、活化-溶解等行为。利用金相、扫描电镜（SEM）与能谱（EDX）对阳极的显微组织进行了分析,确定了阳极中析出第二相的分布形态、大小、相组成和相含量,初步探讨了第二相的作用；利用X射线衍射仪（XRD）对阳极溶解产物进行了物相分析,确定了阳极中氧化夹杂的物相、电流效率损失的原因以及阳极溶解的主要产物。Al-Zn-In-Si日极的测试结果表明：未精炼阳极中夹杂物相主要为Al2O3和AlO；阳极溶解产物为Al（OH）3.Zn（OH）2以及少量由晶间溶解而脱落的Al,氧化夹杂的存在使阳极的电位正移、电流效率降低,但对阳极的溶解形貌影响不明显。确定了一种最佳的精炼方式-混合固体溶剂（六氯乙烷+冰晶石）精炼,经精炼的Al-Zn-In-Si阳极溶解的主要产物为Al（OH）3和Zn（OH）2,较少的机械脱落和适当增大Si含量,可提高阳极电流效率；阳极中添加适量的元素Zn和Si,可以形成“爪状”的AlFeSiZn相,从而改变Fe的相组成和相含量,进而改善阳极的电化学性能。A16.OZnO.025In0.13Si阳极具有较好的综合电化学性能,对杂质Fe的容忍度可以提高到理论含量0.14%。Al-Zn-In-Cd阳极的测试结果表明：阳极极化较小,工作电位稳定,输出电流较大,但电流效率略低,主要是由Cd的加入所引起的高活化所致。随着Fe含量的增多,阳极中析出的第二相变多变大,分布不均,致使阳极的电位正移,阳极溶解形貌变差,电流效率略降。此阳极中析出的第二相主要为FeAlZn相,且析出相中Fe、Zn元素的含量,随着阳极中Fe含量的增加而增多。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 牺牲阳极材料概述
• 1.2.1 镁基阳极
• 1.2.2 锌基阳极
• 1.2.3 铝基阳极
• 1.2.4 复合阳极
• 1.3 牺牲阳极材料要求及其活化机理
• 1.3.1 牺牲阳极材料要求
• 1.3.2 阳极活化机理
• 1.4 本文研究主要内容
• 第二章 实验
• 2.1 实验材料与试剂
• 2.2 实验仪器及设备
• 2.3 铝合金牺牲阳极的制备
• 2.3.1 阳极的成分设计
• 2.3.2 精炼方式的确定
• 2.3.3 阳极的熔铸工艺
• 2.4 成分分析及性能测试
• 2.4.1 成分分析
• 2.4.2 恒电流以及加速实验法测试
• 2.4.3 自放电测试
• 2.4.4 极化曲线测试
• 2.4.5 电化学阻抗测试
• 2.4.6 阳极的显微组织分析
• 2.4.7 阳极溶解产物的XRD分析
• 第三章 Al-Zn-In-Si牺牲阳极材料的电化学性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 未精炼阳极的电化学性能研究
• 3.2.1 恒电流测试
• 3.2.2 显微组织分析
• 3.2.3 阳极溶解产物的XRD分析
• 3.3 精炼方式的确定
• 3.4 夹杂和杂质Fe含量对阳极电化学性能的影响
• 3.4.1 成分分析
• 3.4.2 恒电流测试
• 3.4.3 极化曲线测试
• 3.4.4 电化学阻抗测试
• 3.4.5 显微组织分析
• 3.4.6 阳极溶解产物的XRD分析
• 3.4.7 氧化夹杂对阳极电化学性能的影响
• 3.4.8 杂质Fe含量对阳极电化学性能的影响
• 3.5 精炼阳极的电化学性能研究
• 3.5.1 恒电流测试
• 3.5.2 自放电测试
• 3.6 正交阳极的电化学性能研究
• 3.6.1 成分分析
• 3.6.2 恒电流测试
• 3.6.3 自放电测试
• 3.6.4 加速实验法测试
• 3.6.5 电化学阻抗测试
• 3.6.6 显微组织分析
• 3.6.7 阳极溶解产物的XRD分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 Fe含量对Al-Zn-In-Cd牺牲阳极的电化学性能影响研究
• 4.1 成分分析
• 4.2 恒电流测试
• 4.2.1 工作电位
• 4.2.2 电流效率
• 4.2.3 溶解形貌
• 4.3 自放电测试
• 4.3.1 工作电位
• 4.3.2 工作电流
• 4.3.3 溶解形貌
• 4.3.4 辅助阴极的表面形貌
• 4.4 显微组织分析
• 4.4.1 金相分析
• 4.4.2 SEM及其EDX分析
• 4.5 阳极溶解产物的XRD分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢