Протекторный сплав на основе алюминия

Протекторный сплав на основе алюминия

Реферат

Изобретение относится к металлургии протекторных сплавов на основе алюминия и может быть использовано при производстве протекторов для защиты от коррозии морских судов из алюминиевых сплавов.

Известны протекторные сплавы на основе алюминия, применяемые для защиты от коррозии различных металлических конструкций (см. сплавы марок АП1; АП2; АП3 и АП4 по ГОСТ 26251-84). Однако известные сплавы не обеспечивают надежной защиты от коррозии корпусов судов из алюминиевых сплавов.

Проведенный анализ отечественной и зарубежной патентной литературы показал, что наиболее близким по технической сущности и составу компонентов к заявляемой композиции является алюминиевый протекторный сплав марки АП4 по ГОСТ 26251-84, содержащий, мас.%:

Магний	0,5-1,0
Цинк	2,5-4,5
Олово	0,05-0,1
Индий	0,01-0,05
Галлий	0,01-0,05
Железо	0,10
Медь	0,01
Кремний	0,10
Алюминий	остальное

Данный сплав рекомендуется для изготовления протекторов с повышенной анодной активностью (отрицательный защитный потенциал до 800 мВ) для защиты от коррозии стальных конструкций в средах с пониженной электропроводностью.

Однако известный алюминиевый протекторный сплав очень сложен в производстве (в состав входит пять легирующих элементов, некоторые из которых, например галлий, очень плохо вводятся в расплав алюминия) и не обеспечивает стабильности электрохимических и эксплуатационных характеристик. С течением времени на поверхности протектора образуется плотная пленка осадка с высоким сопротивлением, что снижает величину рабочего потенциала (на 50-100 мВ) и коэффициент полезного использования (КПИ) сплава.

Целью настоящего изобретения является создание нового сплава, имеющего сбалансированный химический и фазовый составы и обладающего повышенными и стабильными во времени электроотрицательным защитным потенциалом и коэффициентом полезного использования по сравнению с известным аналогом, что обеспечивает возможность осуществлять защиту от коррозии корпусов алюминиевых судов.

Поставленная задача достигается введением в состав заявляемой композиции оптимального количества олова и циркония. Стабильность электрохимических характеристик (рабочий потенциал, коэффициент полезного использования) обусловлена более мелкозернистой структурой и соответственно более равномерным растворением при высокой анодной активности.

Предлагается сплав, содержащий, мас.%:

Цинк	4,0-5,0
Индий	0,01-0,06
Олово	0,01-0,1
Цирконий	0,01-0,1
Алюминий	остальное

Содержание примесей в сплаве соответствует требованиям ГОСТ 26251-84 и не превышает для железа и кремния 0,10% и для меди - 0,01%.

Соотношение легирующих и модифицирующих элементов в заявляемом составе выбрано таким, чтобы структура и основные свойства сплава обеспечивали требуемый комплекс технологических и эксплуатационных характеристик создаваемых протекторов.

Введение в заявляемый сплав модифицирующей добавки циркония в указанном соотношении с другими элементами улучшает его структурную стабильность, что и обеспечивает заданный уровень электрохимических и эксплуатационных характеристик протекторов во все время их службы, а следовательно, обеспечивает надежную защиту от коррозии корпусов судов из алюминиевых сплавов. Обладая способностью увеличивать дисперсность зерна, указанный элемент существенно повышает постоянство электрохимических характеристик по объему протектора, что и обеспечивает более высокий и стабильный коэффициент полезного использования и, в конечном счете, увеличивает срок службы защиты.

Основными элементами, вызывающими депассивацию алюминия (т.е. увеличение отрицательного потенциала алюминиевых сплавов в морской воде), являются цинк и индий.

Однако увеличение содержания цинка в сплаве более 5% не приводит к заметному увеличению отрицательного потенциала, но в то же время повышенное содержание цинка приводит к выделению цинка в отдельную фазу, которая является катодной по отношению к матрице сплава (твердый раствор цинка, индия и олова в алюминии). Это обстоятельство резко снижает КПИ сплава с увеличением содержания цинка свыше 5%. Содержание цинка в сплаве менее 3,5% в недостаточной степени повышает электроотрицательный потенциал. Эти обстоятельства привели к уточнению содержания цинка в сплаве в несколько иных пределах, чем у существующего протекторного сплава.

Введение индия в сплав увеличивает электроотрицательный потенциал, но резко снижает КПИ. Вызвано это тем, что индий, активируя сплав, вызывает его повышенное саморастворение. Для снижения отрицательного воздействия индия в сплав вводится олово, которое в определенной степени снижает коррозионную активность сплава. При этом очень важно выдержать соотношение содержания индия и олова, т.к. при увеличенном содержании олова (более 0,1%) и недостаточном содержании индия (менее 0,01%) получится сплав с высоким КПИ, но не высоким значением электроотрицательного потенциала. При обратном соотношении будет высокий электроотрицательный потенциал, но невысокий КПИ. Кроме того, индий является дорогим и дефицитным материалом и его повышенное содержание приводит к удорожанию сплава.

Исходя из этих соображений и выбраны оптимальные пределы содержания индия (0,01-0,06%) и олова (0,01-0,1%) в заявленной композиции.

Исключение из состава магния и галлия вызвано тем, что наличие галлия, как показали исследования, не приводит к заметным улучшениям электрохимических и эксплуатационных характеристик. В то же время он плохо вводится в расплав алюминия и увеличивает стоимость сплава. Магний также практически не влияет на величину рабочего потенциала, но способствует расслаиванию алюминиевого сплава в морской воде и снижает величину теоретической токоотдачи, что, в конечном счете, отрицательно сказывается на сроке службы протекторов.

Несоблюдение указанных пределов по содержанию примесей (Fe; Si; Cu) приводит к снижению величины защитного потенциала и коэффициента полезного использования.

Проведенные металлографические исследования показали, что заявленный сплав имеет гомогенный однофазный состав. Структура сплава мелкозернистая. Все это подтверждает высокие электрохимические и эксплуатационные свойства заявленного сплава.

Таким образом, создан новый протекторный сплав на основе алюминия с повышенной анодной активностью со стабильными во времени электрохимическими и эксплуатационными характеристиками.

В ЦНИИ КМ "Прометей" в соответствии с планом научно-исследовательских работ выполнен комплекс опытно-промышленных работ по выплавке протекторов из осваиваемой марки сплава. Металл выплавлялся в индукционных печах с графитошамотным тиглем из чистых шихтовых материалов. Химический состав исследованных материалов, а также результаты определения необходимых электрохимических и эксплуатационных свойств представлены в табл.1 и 2.

Таблица 1
Химический состав заявляемого и известного сплавов
Состав	Условный номер состава	Содержание элементов, мас.%
цинк	магний	олово	индий	галлий	цирконий
	1	4,0	-	0,01	0,01	-	0,01
Заявленный	2	4,5	-	0,05	0,03	-	0,05
	3	5,0	-	0,10	0,06	-	0,10
Известный	4	4,5	0,8	0,05	0,02	0,02	-
Примечания: 1. Основа - алюминий. 2. Содержание железа, меди и кремния в сплаве соответствует требованиям ГОСТ 26251-84 и не превышает соответственно 0.10, 0.01 и 0.10.

Таблица 2
Результаты ускоренных электрохимических испытаний заявляемого и известного сплавов
Состав	Условный номер состава	Величина рабочего потенциала, мВ (Н.В.Н.)	Величина коэффициента полезного использования, %	Состояние поверхности образца
в начале испытаний	через 20 суток
	1	-880	-950	88	Растворение
Заявленный	2	-885	-860	85	имеет равномерный
	3	-900	-880	82	характер
Известный	4	-860	-780	70	Растворение имеет неравномерный характер

Ожидаемый технико-экономический эффект использования нового технического решения выразится в повышении эксплуатационной надежности и ресурсов судов с корпусами из алюминиевых сплавов типа АМг.

Протекторный сплав на основе алюминия, содержащий цинк, олово, индий и алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий при следующем содержании компонентов, мас.%:

Цинк	4-5
Индий	0,01-0,06
Олово	0,01-0,1
Цирконий	0,01-0,1
Алюминий	Остальное