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行業(yè)新聞
鋁和鋁陽(yáng)極
- 作者:立博
- 來(lái)源:wm.voypictures.com
- 發(fā)布時(shí)間:2023-02-09
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鋁也是典型的輕金屬,原子序數(shù)13,相對(duì)原子質(zhì)量26.98,密度2.7g/cm3,熔點(diǎn)660℃。鋁的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為一1.66V(SHE),在海水中的穩(wěn)定電位約為-0.78V(SHE)。鋁的理論電容量是鋅的3.6倍,鎂的1.35倍。鋁的原料易得,制造工藝較簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,是發(fā)展?fàn)奚?yáng)極的良好材料。
鋁是自鈍化金屬,未經(jīng)合金化的工業(yè)純鋁和普通鋁合金的表面極易鈍化,即使在空氣中也易在金屬表面自發(fā)地形成一層致密的、厚度為5~200nm的氧化膜,此即所謂鈍化膜。鈍極化后的鋁電位較正,在海水中的穩(wěn)定電位約為-0.78V(SHE),而且易于極化。在海水中用0~10A/m2的電流密度使鋁陽(yáng)極極化時(shí),鋁的電極電位正移到-0.71V(SHE),此值比鋼的保護(hù)電位還要正。所以未合金化的鋁,單就其本身的電位值來(lái)說(shuō),就不可能用作犧牲陽(yáng)極。
為研制具有實(shí)用價(jià)值的鋁基犧牲陽(yáng)極,必須通過(guò)合金化的方法,在鋁中添加具有活化作用的合金元素,發(fā)展新型鋁合金,以限制或阻止在合金表面形成連續(xù)的保護(hù)性氧化膜,促進(jìn)和保持表面活化,使合金具有較負(fù)的電位和較高的電流效率。一般在鋁中添加8%Zn或5%Mg就可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。此外,還要添加如Cd、Ga、In、Hg和Ti等合金元素,以便陽(yáng)極長(zhǎng)期保持活性。這些合金化元素也稱(chēng)為晶格變形元素,起到防止形成連續(xù)氧化膜的作用。活化在本質(zhì)上也促進(jìn)了陽(yáng)極材料的腐蝕。因此,為了維持陽(yáng)極的電流輸出達(dá)到最佳效果,還要添加Mn與Si等進(jìn)一步合金化,這些元素也稱(chēng)為晶格限制元素。
各種鋁合金陽(yáng)極的行為是很不一樣的。電極電位一般在-0.75~-1.30V(SHE)之間;電流效率則在95%(含Hg合金)和70%~80%(含Cd、In、Sn合金)之間。在鋁中添加兩種或兩種以上合金元素可以使?fàn)奚?yáng)極性能得到很大改善,既能使電位足夠負(fù),又能使電流效率達(dá)到較高的程度。有三種這樣的鋁合金具有重要的實(shí)際意義,即Al-Zn-Hg系合金、Al-Zn-In系合金和Al-Zn-Sn系合金。它們有一個(gè)共同點(diǎn),即都添加有一定含量的Zn。
溶液pH值對(duì)鋁的腐蝕速度和電位有很大影響。pH值在3~9范圍內(nèi)時(shí),鋁溶解而在其防腐用鋁基陽(yáng)極材料表面形成含水氧化鋁(ALbO)HO),從而形成高電阻膜,導(dǎo)致鋁的鈍化。該鈍化膜電位較高,溶解速度很慢。當(dāng)pH>9時(shí),鋁的溶解產(chǎn)物部分形成鋁酸鹽,含水氧化物開(kāi)始溶解,這時(shí)鋁的溶解速度增大,電位急劇地負(fù)移。在實(shí)際的海水、淡水或土壤中,pH值很少大于9,也很少小于3。因此鋁在這些環(huán)境中通常呈鈍性。作為犧牲陽(yáng)極使用時(shí),應(yīng)通過(guò)合金化使鋁合金表面活化。
Zn是鋁合金陽(yáng)極中主要的合金元素。在Al-Zn合金中,Zn含量小于40%時(shí),合金易汗化。Zn含量小于10%的Al-Zn合金具有較高的電流效率。含5%Zn的Al-Zn合金組織為單相固溶體,具有很好的電化學(xué)性能和較大的陽(yáng)極活性,鈍化傾向非常小。因此,作為犧牲陽(yáng)極的各種鋁合全都有一定的Zn含量,一般為5%左右。
In對(duì)這類(lèi)合金的陽(yáng)極性能有較大影響。當(dāng)合金中Si和雜質(zhì)Fe的含量較多時(shí),可以增加In的含量來(lái)抵消其有害作用。而當(dāng)Si和雜質(zhì)Fe的含量較少時(shí),增加In含量反而會(huì)使合金性能下降。所以,鋁合金中的In含量要適度,既要考慮使合金具備足夠的活性,又要滿足對(duì)電流效率的要求。In在鋁合金以第二相的形式存在,在第二相中,In、Si、Fe、Cu的含量均高于合金的平均值。這類(lèi)鋁合金的活化很可能與第二相的作用有關(guān)。美國(guó)化學(xué)公司于1976年推出的Galvallum型鋁合金就是這類(lèi)合金的典型代表,其成分為Al-3Zn-0.015In 0.1Si。它在海水中具有優(yōu)良的電化學(xué)性能,此外在海泥、熱鹽水及淡海水中也表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能,并已獲得廣泛應(yīng)用。