模擬深海環(huán)境下鋁合金犧特征陽(yáng)極電化學(xué)性能的研究.pdf

1、21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，海洋資源大都分布在從幾十米到幾千米的海底，探索和開(kāi)采這些資源需要制造和使用大量?jī)x器、設(shè)備和構(gòu)筑物。在深海環(huán)境中，常采用安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單的犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法對(duì)設(shè)備等進(jìn)行保護(hù)。深海環(huán)境具有壓力大、溫度低、溶解氧含量少等特點(diǎn)，這些因素對(duì)犧牲陽(yáng)極的電化學(xué)性能有一定影響。犧牲陽(yáng)極中鋁合金陽(yáng)極對(duì)金屬構(gòu)件驅(qū)動(dòng)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(zhì)，選取溫度、溶解氧、介質(zhì)

2、流動(dòng)狀態(tài)等因素為研究變量，模擬深海環(huán)境條件，研究深海環(huán)境因素對(duì)海水陰極保護(hù)中常用的Al-Zn-In-Cd犧牲陽(yáng)極的電化學(xué)性能規(guī)律；采用拉丁正交實(shí)驗(yàn)，研究確定優(yōu)選陽(yáng)極配方；在模擬深海環(huán)境下研究?jī)?yōu)選配方的電化學(xué)性能。采用恒電流陽(yáng)極極化法、循環(huán)伏安法對(duì)鋁陽(yáng)極的電化學(xué)性能進(jìn)行研究，并借助于電子探針等手段研究鋁陽(yáng)極的活化溶解機(jī)理，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)深海犧牲陽(yáng)極打下基礎(chǔ)。
　　 通過(guò)恒電流陽(yáng)極極化和循環(huán)伏安法研究深海環(huán)境因素對(duì)Al-Zn-In-C

3、d犧牲陽(yáng)極電化學(xué)性能的影響，結(jié)果顯示，溫度對(duì)Al-Zn-In-Cd犧牲陽(yáng)極試樣的開(kāi)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(yáng)極在動(dòng)態(tài)的開(kāi)路電位、工作電位相接近，電流效率稍高于靜態(tài)，溶解形貌稍差于靜態(tài)下；低溶解氧含量條件下陽(yáng)極試樣溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物易脫落，電化學(xué)性能良好，和常態(tài)條件下的基本一致。
　　 拉丁正交實(shí)驗(yàn)所得九種陽(yáng)極試樣在低溫條件下，開(kāi)路電位、工作電位及電化學(xué)容量均達(dá)到或超過(guò)國(guó)標(biāo)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(biāo)函數(shù)，進(jìn)行極差、方差分析，得到最佳陽(yáng)極配方(Al-3)各組分含量(wt％)為Zn4.8，In0.020，Si0.08，F(xiàn)e0.06～0.10。最佳配方Al-3陽(yáng)極在低溫條件下進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，研究結(jié)果表明，陽(yáng)極試樣在低溫下開(kāi)路電位、工作電位及電流效率均達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，且電流效率在90％以上。
　　 對(duì)其它陽(yáng)極的研究發(fā)現(xiàn)，Al-Zn-In-Si(I)陽(yáng)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(zhì)鐵的含量較低，對(duì)冶煉原料的要求提高，進(jìn)而增加成本；Al-1、Al-2陽(yáng)極在低溫條件下性能均為良好。因此，再次根據(jù)配方進(jìn)行配比，冶煉Al-1、Al-2、Al-3三種陽(yáng)極，并對(duì)其在模擬深海環(huán)境下進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三種鋁陽(yáng)極在模擬深海條件下電化學(xué)性能均良好，隨著溫度的降低，陽(yáng)極的開(kāi)路電位、工作電位均發(fā)生正移，電流效率逐漸升高。三種陽(yáng)極在不同溫度海水中的溶解形貌均為良好(除Al-3陽(yáng)極在4℃出現(xiàn)局部腐蝕現(xiàn)