模擬深海環境下鋁合金犧特征陽極電化學性能的研究.pdf

1、21世紀是海洋的世紀，海洋資源大都分布在從幾十米到幾千米的海底，探索和開采這些資源需要制造和使用大量儀器、設備和構筑物。在深海環境中，常采用安裝方便，維護簡單的犧牲陽極陰極保護法對設備等進行保護。深海環境具有壓力大、溫度低、溶解氧含量少等特點，這些因素對犧牲陽極的電化學性能有一定影響。犧牲陽極中鋁合金陽極對金屬構件驅動電位大、理論電容量高、資源豐富、成本低廉，因而被大量使用。
　　 本文選取天然海水為介質，選取溫度、溶解氧、介質

2、流動狀態等因素為研究變量，模擬深海環境條件，研究深海環境因素對海水陰極保護中常用的Al-Zn-In-Cd犧牲陽極的電化學性能規律；采用拉丁正交實驗，研究確定優選陽極配方；在模擬深海環境下研究優選配方的電化學性能。采用恒電流陽極極化法、循環伏安法對鋁陽極的電化學性能進行研究，并借助于電子探針等手段研究鋁陽極的活化溶解機理，為進一步開發深海犧牲陽極打下基礎。
　　 通過恒電流陽極極化和循環伏安法研究深海環境因素對Al-Zn-In-C

3、d犧牲陽極電化學性能的影響，結果顯示，溫度對Al-Zn-In-Cd犧牲陽極試樣的開路電位、閉路電位、電流效率均有較為明顯的影響；Al-Zn-In-Cd犧牲陽極在動態的開路電位、工作電位相接近，電流效率稍高于靜態，溶解形貌稍差于靜態下；低溶解氧含量條件下陽極試樣溶解均勻，腐蝕產物易脫落，電化學性能良好，和常態條件下的基本一致。
　　 拉丁正交實驗所得九種陽極試樣在低溫條件下，開路電位、工作電位及電化學容量均達到或超過國標要求，電流

4、效率均在85％以上。分別以電流效率和溶解形貌為目標函數，進行極差、方差分析，得到最佳陽極配方(Al-3)各組分含量(wt％)為Zn4.8，In0.020，Si0.08，Fe0.06～0.10。最佳配方Al-3陽極在低溫條件下進行電化學性能測試，研究結果表明，陽極試樣在低溫下開路電位、工作電位及電流效率均達到國標要求，且電流效率在90％以上。
　　 對其它陽極的研究發現，Al-Zn-In-Si(I)陽極在低溫條件下電流效率較高，但

5、是溶解形貌欠佳，加上雜質鐵的含量較低，對冶煉原料的要求提高，進而增加成本；Al-1、Al-2陽極在低溫條件下性能均為良好。因此，再次根據配方進行配比，冶煉Al-1、Al-2、Al-3三種陽極，并對其在模擬深海環境下進行電化學性能測試。實驗結果表明，三種鋁陽極在模擬深海條件下電化學性能均良好，隨著溫度的降低，陽極的開路電位、工作電位均發生正移，電流效率逐漸升高。三種陽極在不同溫度海水中的溶解形貌均為良好(除Al-3陽極在4℃出現局部腐蝕現