介质环境和热处理对铝合金牺牲阳极电化学行为的影响研究

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铝合金牺牲阳极具有密度小、理论电容量高、导电率高、廉价易得、寿命长等特点,目前已被广泛应用于各工业领域。但是在一些特殊的介质环境中,如:高温高压井下环境、高压低温深海环境以及高温常压介质环境等,铝合金牺牲阳极存在自腐蚀过快、使用寿命缩短和电流效率低下等问题。目前对这些特殊介质中铝合金牺牲阳极电化学行为的变化规律和机制都不清楚,这已经阻碍了特殊介质中牺牲阳极材料的应用以及新材料的开发。因此,研究相关特殊介质对铝合金牺牲阳极电化学行为的影响规律,并进一步探索提升铝合金阳极电化学性能的方法,具有重要的理论与实际意义。本文以Al-Zn-In-Mg-Si-RE阳极(铸态AR阳极)为研究对象,对其微观组织进行了表征分析。采用电化学测试、失重、电流效率测量等方法,结合3D形貌观察和微观分析,研究3.5%Na Cl溶液中温度和压力对铸态AR阳极电化学行为的影响规律及其影响机制;初步探索了饱和CO2地层水中CO2和缓蚀剂对铸态AR阳极电化学行为的影响;利用固溶时效处理(T6处理)对铸态AR阳极的微观组织进行调整,研究了阳极微观组织变化对其电化学行为的影响。主要研究结果如下:1.铸态AR阳极的微观组织表征铸态AR阳极的微观组织由α-Al相、Mg Zn2相和Al2Ce Zn2相组成,晶界清晰且晶粒粗大,电位较负的Mg Zn2相和Al2Ce Zn2相广泛分布在晶界和晶粒中,与铝基体之间有较强的腐蚀微电偶效应。其中合金元素分布不均匀是导致阳极微观组织不均匀的原因。2.温度和压力对铸态AR阳极电化学行为的影响在3.5%Na Cl溶液中,升高温度或压力均明显促进阴极过程,使得铸态AR阳极的自腐蚀电位正移,自腐蚀速率增加。当温度<40℃或压力<2.0 MPa时,压力或温度的变化会显著影响铸态AR阳极极化和阻抗行为。升高温度使得铸态AR阳极的溶解加速,不均匀溶解加剧,导致高温下铸态AR阳极的电流效率下降。增大压力虽然使得铸态AR阳极的表面溶解更均匀,但仍导致阳极的电流效率降低。3.饱和CO2地层水中CO2和缓蚀剂对铸态AR阳极电化学行为的影响饱和CO2地层水中CO2的存在会减缓铸态AR阳极的自腐蚀,同时也会降低其电流效率,但随着温度的升高,介质中CO2对铸态AR阳极的影响减弱。不同温度下饱和CO2地层水中加入8-羟基喹啉(8-HQ)和2-巯基苯并噻唑(2-MBTH)对铸态AR阳极的阳极过程有不同影响,25℃时促进阳极过程,40℃时几乎不影响阳极过程,但都抑制阴极析氢过程,从而减缓铸态AR阳极的自腐蚀。饱和CO2地层水中加入8-HQ后AR阳极的电流效率进一步降低,但40℃下的电流效率有所提升;而加入2-MBTH对阳极的电流效率影响不大。添加不同的缓蚀剂对铸态AR阳极的电化学性能会产生不同的影响。4.固溶时效(T6)处理对AR铝合金牺牲阳极电化学行为的影响两种不同固溶温度(470℃和510℃)T6处理均会改善AR阳极的微观组织结构,使晶粒细化、大小分布更均匀,第二相数量增加,合金元素的分布更加均匀和表面电势差减小。510℃的T6处理对AR阳极微观组织的改善效果更明显。T6处理会改变AR阳极在70℃、0.1 MPa和6.0 MPa地层水中的极化和阻抗行为,使阳极更易发生钝化、耐蚀性增强,但AR阳极的电流效率稍有提升,溶解形貌变化不大。因此,可以认为本论文中T6处理对AR阳极的电化学性能影响不明显。
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