Протекторный сплав на основе цинка

 

Изобретение относится к сплавам на основе цинка, используемым для изготовления протекторов, служащих для защиты от коррозии в морской воде корпусов судов и других металлических сооружений и конструкций. Задачей изобретения является получение сплава на основе цинка, не содержащего токсичных компонентов с удовлетворительными электрохимическими характеристиками. Сплав содержит следующие компоненты в %: алюминий 0,5 - 0,7, марганец 0,1 - 0,3, кадмий 0,2 - 0,4, кремний 0,005 - 0,025, цинк - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к сплавам на основе цинка, используемым для изготовления протекторов, служащих для защиты от коррозии в морской воде корпусов судов и других металлических сооружений и конструкций.

Известны многочисленные композиции протекторных сплавов на основе цинка, широко применяемые в качестве материала протекторов для защиты от коррозии металлоконструкций в морской воде. Для обеспечения стабильной эффективности свойств сплавы легированы различными элементами, и максимально допустимое содержание примесей (железа, меди и свинца) в них ограничено тысячными долями процента [1], что является существенным недостатком, так как для приготовления этих сплавов необходимо использовать металлы высокой чистоты по примесям.

Из известных протекторных сплавов по химическому составу наиболее близким к заявленному является цинковый сплав, который содержит 0,4-0,6% алюминия, 0,01-0,3% марганца, 0,05-0,3% металла, выбранного из группы, включающей ртуть, галлий, таллий, и примесей, не более: железа 0,005%, меди 0,001% и свинца 0,005% [2]. Этот сплав имеет следующие электрохимические характеристики: рабочий потенциал при анодной плотности тока 3 А/м² по водородному электроду сравнения -_p - 850-860 мВ; фактическая токоотдача (Q_ф) - 780 Ач/кг.

Существенным недостатком известного сплава является, во-первых, то, что сплав содержит токсичные и труднорастворимые компоненты (ртуть, таллий, галлий), во-вторых, приведенные высокие электрохимические характеристики достигаются только при указанном максимально допустимом содержании примесей. Даже при незначительном превышении содержания хотя бы одной из примесей электрохимические характеристики резко уменьшаются, вызывая пассивацию протектора и предотвращая его работу. Так, например, при увеличении содержания железа или свинца до 0,02%, а также при совместном их присутствии в указанном количестве (суммарное содержание железа и свинца равно 0,02%), рабочий потенциал и фактическая токоотдача сплава составляют _p = -640 мВ (здесь и далее величины рабочих потенциалов даны по хлорсеребряному электроду сравнения), Q_ф = 600 Ач/кг. Имея в виду, что защитный потенциал стали составляет -500 - -550 мВ, протектор из этого сплава с указанным содержанием примесей будет работать в лучшем случае 50-60 сут вследствие пассивации. Срок же службы протекторов (период стабильной эффективности) должен быть не менее одного года. В настоящее время по условиям эксплуатации судов и сооружений срок службы протекторов задается равным четырем-десяти годам. Именно по этой причине для приготовления протекторных сплавов применяется цинк высокой чистоты, что резко усложняет производство и повышает стоимость получаемого цинка.

Цинк шести марок, в том числе и технической чистоты, от ЦВОО до Ц1, содержит меди не более 0,001%. Свинец в четырех марках цинка, от ЦВОО до ЦВ, содержится в количестве, не превышающем 0,005%. На некоторых заводах используется сырье, обеспечивающее получение цинка марки ЦО с содержанием свинца также не более 0,005%. В процессе приготовления сплавов и литья протекторов опасность превышения указанных концентраций меди и свинца невелика, что исключает необходимость нейтрализации их влияния в протекторных сплавах на основе цинка.

В пяти марках цинка, от ЦВОО до ЦО, содержание железа не превышает 0,005%. Однако в некоторых сплавах даже такое количество железа является нежелательным. В процессе плавки и литья опасность загрязнения железом очень велика. Поэтому возврат вторичного металла (брак производства, возврат неизрасходованных остатков протекторов), составляющий около 40%, не используется.

Задачей изобретения является получение сплава, не содержащего токсичных компонентов и имеющего более низкую стоимость за счет использования вторичного сырья и цинка технической чистоты.

Технический результат заключается в обеспечении достаточно высоких электрохимических характеристик и исключении опасности пассивации протекторов, изготовленных из предлагаемого сплава. Этот технический результат достигается тем, что в известный сплав, содержащий алюминий и марганец, дополнительно вводятся кадмий и кремний при следующем соотношении компонентов, в %: Алюминий - 0,5 - 0,7 Марганец - 0,1 - 0,3 Кадмий - 0,2 - 0,4 Кремний - 0,005 - 0,025 Цинк - Остальное Предлагаемый сплав имеет следующие электрохимические характеристики: рабочий потенциал - 700-715 мВ;
фактическая токоотдача - 700-720 Ач/кг.

Данный сплав, имея высокие электрохимические характеристики, позволит исключить использование токсичных компонентов и снизить стоимость протекторов за счет использования цинка технической чистоты и вторичного сырья. Введение в сплав кадмия способствует разрушению образующейся на поверхности протектора гидроксидной пленки и исключает пассивацию, а введение кремния нейтрализует отрицательное влияние железа.

Для эксперимента были использованы сплавы на основе цинка, содержащие железа не более 0,02%, свинца не более 0,005% и меди не более 0,001% с различным содержанием легирующих компонентов в заявленных пределах. Сплавы готовили в графитовых тиглях в индукционной печи. Процесс приготовления сплавов осуществляли следующим образом: расплавляли цинк, вводили расчетное количество лигатуры цинк-марганец (содержание марганца 5%), силумина марки СИЛ 0, алюминия марки А995 и кадмия марки Кд0. После выравнивания состава по объему расплава проводили рафинирование хлористым цинком или хлористым аммонием в количестве 0,2% от массы расплава. После отстаивания в течение 10-15 мин производили разливку сплавов при температуре 450-480^oC. Химический состав и электрохимические характеристики сплавов приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, сплавы NN 1-4, содержащие легирующие компоненты в заявленных пределах, имеют высокие электрохимические характеристики, причем наибольшие значения рабочего потенциала и фактической токоотдачи имеет сплав N 3. Сплавы NN 5 и 6, содержание легирующих компонентов в которых находится вне заявленных пределов, взяты для сравнения. Как видно из табл. 1, они имеют более низкие электрохимические характеристики, которые не соответствуют условиям эксплуатации протекторов.

Для сравнительной оценки на основе того же цинка был приготовлен известный сплав, взятый за прототип. Электрохимические характеристики известного и предлагаемого сплавов представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, электрохимические характеристики предлагаемого сплава, приготовленного на основе цинка с указанным содержанием железа, значительно превышают те же характеристики известного сплава, приготовленного на той же основе.

Использование предлагаемого сплава по сравнению с прототипом позволит изготавливать более дешевые протекторы с высокими электрохимическими характеристиками и достаточным сроком службы.

Формула изобретения

Протекторный сплав на основе цинка, содержащий алюминий и марганец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кадмий и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминий - 0,5 - 0,7
Марганец - 0,1 - 0,3
Кадмий - 0,2 - 0,4
Кремний - 0,005 - 0,025
Цинк - Остальное$

РИСУНКИ

Рисунок 1