專(zhuān)利名稱(chēng)：一種犧牲陽(yáng)極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種犧牲陽(yáng)極材料，屬于金屬腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種油氣田開(kāi)采過(guò)程中，使組合套管的鋼鐵構(gòu)件在高溫狀態(tài)下的環(huán)空保護(hù)液中免遭腐蝕而使用的鋁合金犧牲陽(yáng)極材料。
背景技術(shù)：
目前，在我國(guó)高含硫氣田的開(kāi)采中，生產(chǎn)環(huán)境十分惡劣，不僅高溫、高壓、高流速， 而且硫化氫、二氧化碳等腐蝕問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，由于腐蝕原因引起的事故時(shí)有發(fā)生，不僅造成財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染、而且可能引發(fā)重大安全事故，并威脅到國(guó)家能源戰(zhàn)略安全。油管是油田開(kāi)采設(shè)備中最重要的元器件之一，其腐蝕問(wèn)題由來(lái)已久，犧牲陽(yáng)極保護(hù)器是井筒管柱防腐保護(hù)普遍采用的措施之一，其防腐的有效性毋庸置疑。目前，可選用的犧牲陽(yáng)極主要包括鎂基、鋅基和鋁基合金犧牲陽(yáng)極。相比之下，鋁基合金犧牲陽(yáng)極在高溫環(huán)空保護(hù)液中具有更好的電化學(xué)性能和物理性能，因此在此環(huán)境中多選用鋁合金犧牲陽(yáng)極?，F(xiàn)有的鋁合金犧牲陽(yáng)極材料有Al-Zn-Hg系，Al-Zn-Sn系，Al-Zn-In系。但實(shí)際應(yīng)用中，Al-Zn-Hg系陽(yáng)極含有少量汞，毒性較大，存在環(huán)境污染的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)禁用； Al-Zn-Sn系電流效率較低，僅50%左右，且長(zhǎng)時(shí)間使用，電化學(xué)性能將進(jìn)一步降低，因此實(shí)用性不強(qiáng)；相比之下，Al-Zn-In系合金屬于廣泛應(yīng)用的陽(yáng)極材料，在海水及海泥中性能綜合都較好。專(zhuān)利200710189863. 8公開(kāi)了一種對(duì)工作在水環(huán)境或水環(huán)境中鋼鐵構(gòu)件實(shí)施保護(hù)的高性能新型Al-Zn-In系犧牲陽(yáng)極材料；專(zhuān)利200810249621. 8公開(kāi)了一種適合在深海環(huán)境下陰極保護(hù)的鋁合金犧牲陽(yáng)極。但以上犧牲陽(yáng)極材料應(yīng)用于高溫環(huán)空保護(hù)液時(shí)，主要存在以下問(wèn)題由于介質(zhì)的腐蝕性強(qiáng)、工作溫度高，犧牲陽(yáng)極電流效率低，消耗快，腐蝕產(chǎn)物不能均勻脫落等。因此，通過(guò)高溫腐蝕介質(zhì)下高效犧牲陽(yáng)極的研制，開(kāi)發(fā)針對(duì)油田特殊腐蝕環(huán)境下使用的犧牲陽(yáng)極產(chǎn)品，以減緩環(huán)空保護(hù)液對(duì)套管的腐蝕，延長(zhǎng)管材使用壽命，形成一套高含硫氣田和氣井環(huán)空保護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)特殊介質(zhì)中結(jié)構(gòu)物的全面保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有犧牲陽(yáng)極材料存在的不能適應(yīng)高溫狀態(tài)下的環(huán)空保護(hù)液中使用的缺陷，提供一種犧牲陽(yáng)極材料。本發(fā)明的犧牲陽(yáng)極材料是以鋁為主要材料，添加有鋅(Zn)，銦(In)，鎂(Mg)，錫 (Sn)，鈰(Ce)，鎵(Ga)。所述的犧牲陽(yáng)極材料的成分配比為
Zn 4 7 (wt) % ；
In 0. 04、. 06 (wt) % ；
Sn 0. 06^0. 08 (wt) % ；
Mg 0. 9 I. I (wt) % ；Ce 0. 09 0. 11 (wt) % ；
Ga 0. 015 0. 019 (wt) % ；
余量為招。本發(fā)明在Al-Zn-In系合金可控地?fù)饺脲a，鎵，鈰元素提高鋁陽(yáng)極的電化學(xué)性能并改善其溶解效果。錫元素可溶于鋁形成固溶體，同時(shí)錫具有較高的析氫過(guò)電位有效的抑制合金發(fā)生析氫腐蝕。此外，錫還能降低鋁表面鈍化膜電阻，代替鈍化膜中鋁，破壞氧化膜的致密性，從而促進(jìn)活化；鎵元素與鋁同族，能與鋁形成A12Ga合金相，對(duì)鋁能起到較好的活化作用，加入鎵元素能使陽(yáng)極電位負(fù)移程度增加，改善陽(yáng)極極化性能和耐孔蝕性能，但當(dāng)鎵含量超過(guò)0. 020%時(shí)，陽(yáng)極的電流效率降低，孔蝕加劇而造成腐蝕不均勻。稀土元素鈰半徑較大，均勻分布在鋁基陽(yáng)極中，填補(bǔ)合金晶核新相表面缺陷，生成能阻礙晶粒繼續(xù)生長(zhǎng)的膜，使晶粒細(xì)化并改善陽(yáng)極溶解情況，提高陽(yáng)極電流效率。同時(shí)鈰元素使表面面腐蝕溶解均勻，增加鋁陽(yáng)極話化溶解能力，使鋁陽(yáng)極高溫性能提高，鈰對(duì)鑄造鋁合金有長(zhǎng)效的變質(zhì)效果和除氣凈化鋁熔體效果。通過(guò)鎂、錫、鈰、鎵元素的摻入，犧牲陽(yáng)極材料的電化學(xué)性能和表面溶解情況得到明顯改善，在高溫環(huán)空保護(hù)液中具有良好的化學(xué)活性，其電流效率大于83%， 開(kāi)路電位分布在-0.995 -1.052V (SCE)之間，工作電位在-0.98 -I. 055V (SCE)，達(dá)到保護(hù)電位的合理范圍、腐蝕產(chǎn)物對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特性。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
Al-Zn-In系犧牲陽(yáng)極材料各成分質(zhì)量百分比為=Zn 5%，In 0.05%, Sn 0. 07%, Mg 1%， Ce 0. 1%，Ga 0. 017%，余量為鋁，雜質(zhì)含量〈O. 15%。用高純鋁錠在電阻坩堝爐于720°C下熔化，把預(yù)熱的鋅錠、銦粒、鎂錠、錫粒、鈰塊 、鎵塊按比例加入鋁液中，并且迅速用石墨罩將摻雜元素塊壓入液面下，然后用石墨棒輕微攪動(dòng)鋁液，最后澆注于石墨模鑄中成型后形成新型犧牲陽(yáng)極。對(duì)本發(fā)明的新型鋁合金陽(yáng)極材料，參照GB/T4948-2002中規(guī)定的犧牲陽(yáng)極電化學(xué)性能試驗(yàn)方法，介質(zhì)為80°C的環(huán)空保護(hù)液進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果為開(kāi)路電位為-I. 069V (SCE)，工作電位為-0. 946 -0. 989V (SCE)，電流效率為84. 03%,電容量為2414. 36 A A/kg，表面無(wú)附著，且腐蝕產(chǎn)物容易脫落。 具體電化學(xué)性能見(jiàn)表2
實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4、實(shí)施例5的制備方法與實(shí)施例I相同，其具體成分見(jiàn)表 1，具體電化學(xué)性能見(jiàn)表2。實(shí)施例I、實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4是參照GB/T4948-2002 中規(guī)定的犧牲陽(yáng)極電化學(xué)性能試驗(yàn)方法，在介質(zhì)為80°C的環(huán)空保護(hù)液進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果。實(shí)施例5是依照GB/T4948-2002中規(guī)定的犧牲陽(yáng)極電化學(xué)性能試驗(yàn)方法，在介質(zhì)為常溫海水進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果。表I Al-Zn-In系犧牲陽(yáng)極材料的成份
權(quán)利要求
1.一種犧牲陽(yáng)極材料，由以下組分組成以鋁為主要成分，還添加有鋅Zn、銦In、鎂Mg， 錫Sn、鈰Ce、鎵Ga。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種犧牲陽(yáng)極材料，其特征是各組分的重量百分含量如下Zn 4 7%, In 0. 04 0. 06%, Sn 0. 06 0. 08%, Mg 0. 9 I. 1%，Ce 0. 09 0. 11%, Ga.0.015 0. 019%，余量為鋁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種犧牲陽(yáng)極材料，屬于金屬腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，所述的犧牲陽(yáng)極材料的成分配比為Zn4~7(wt)%；In0.04~0.06(wt)%；Sn0.06~0.08(wt)%；Mg0.9~1.1(wt)%；Ce0.09~0.11(wt)%；Ga0.015~0.019(wt)%；余量為鋁，通過(guò)鎂、錫、鈰、鎵元素的摻入，本發(fā)明犧牲陽(yáng)極材料的電化學(xué)性能和表面溶解情況得到明顯改善，在高溫環(huán)空保護(hù)液中具有良好的化學(xué)活性，其電流效率大于83%，開(kāi)路電位分布在-0.995~-1.052V(SCE)之間，工作電位在-0.98~-1.055V(SCE)，達(dá)到保護(hù)電位的合理范圍、腐蝕產(chǎn)物對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特性。
文檔編號(hào)C23F13/14GK102605376SQ20111014045
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者黨麗旻, 關(guān)建慶, 劉貴昌, 安思彤, 常麗芳, 曹亮, 王立達(dá), 陳秀玲 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院, 大連理工大學(xué)