電解用銅鐵合金復合陽極材料、電極組件和電解裝置制造方法及圖紙

一種電解用銅鐵合金復合陽極材料、電極組件和電解裝置，包括的成份和重量比例為Cu30%，Cr（1～3%）、Mn（2～5%）、Sn（0.5～2%）、Al(0.4～1.8%)和余量的Fe；熔煉后鑄造一次成型，并組成電極組件應用在海水冷卻管路中。本發明專利技術的優點是：通過采用所發明專利技術的新型銅鐵合金復合陽極電極材料，陽極防腐防污技術結合犧牲陽極保護解決目前存在的艦船銅及銅合金海水管路嚴重腐蝕泄漏和海生物污損問題，艦船銅鎳合金海水管路要求使用壽命與總體壽命相同，塢修間隔三～五年,海生物污損率降低到5%以下，可滿足銅鎳合金海水管路的使用要求。采用這種結構的電解裝置和電極組件，使用操作簡單，安裝維護方便，節省空間。

Copper iron alloy composite anode material for electrolysis, electrode assembly and electrolytic device

An electrolytic copper iron alloy composite anode material, electrode assembly and electrolysis device, including the composition and weight ratio of Cu30%, Cr (1 ~ 3%), Mn (2 ~ 5%), Sn (0.5 ~ 2%), Al (0.4 ~ 1.8%) and the balance of Fe; melting after casting molding, and the composition of the electrode assembly used in cooling water pipe. The invention has the advantages that the new copper iron alloy composite anode material by using the invention, anode anticorrosive antifouling technology of sacrificial anode protection combined to solve the existing ship of copper and copper alloy in seawater pipeline leakage and serious corrosion fouling problems of ship copper nickel alloy in seawater pipeline requires the use of life is the same with the overall life of Hollywood repair interval of three to five years. The fouling rate is reduced to less than 5%, which can meet the requirements of copper nickel alloy in seawater pipeline. The electrolytic device and the electrode assembly adopting the structure have the advantages of simple operation, convenient installation and maintenance, and space saving.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于銅鎳合金海水管路腐蝕污損防護的電解用銅鐵合金復合陽極材料，以及又該材料制成的電極組件，以及由此電極組件制成的應用在海水管路中的防腐電解裝置。
技術介紹
船舶海水管路由于管子直徑小，彎頭、三通、閥門等附件多，直管段短，海水流速高，紊流程度大等原因，不僅腐蝕破損嚴重，而且腐蝕防護非常困難。外加電源保護至今沒有得到成功地應用，犧牲陽極的保護得到了廣泛的應用。但是在采用犧牲陽極保護時，由于海水管路管子直徑大都比較小，因此電流屏蔽嚴重，陽極間距受到很大限制，在船舶海水管路中實行全程保護，困難相當大，需要相當多的陽極才行，而犧牲陽極在艦船海水管路上的安裝條件和可裝載量十分有限，不可能裝載足夠量的犧牲陽極進行全程陰極保護，因此只能對于彎管、三通、泵、閥進出口處等腐蝕嚴重管段實施重點陰極保護方案。由于海水管路暴露在流動及含砂的海水環境中，陰極保護所需保護電流密度較高，因此犧牲陽極消耗也快，由于海水管路的容積有限，還要考慮對流體阻力的影響，陽極不能做得較大，因此陽極的壽命受到很大的限制，因此必須在較短時間內按照設計要求定期更換陽極。海水管路的主要破損原因是沖擊腐蝕，沖擊腐蝕隨海水流速的增大而增加。每種海水管路材料都有一個臨界流速值，海水流速超過該值時沖擊腐蝕破壞將十分嚴重。為此，作為海水管道材料，都規定有一個允許設計流速值。在較高的海水流速下，單純采用犧牲陽極保護，仍然較難解決腐蝕泄露問題。由流速提高沖擊腐蝕等原因帶來的艦船海水管路系統的腐蝕破損問題變得突出，海生物污損問題也是導致通海管路出現故障的一個重要原因，致使管道堵塞，嚴重的降低海水的流量，冷卻效果下降，嚴重時造成停機停航，都造成艦船性能的嚴重降低。在銅及銅合金海水管路的保護過程中，采用亞鐵離子在海水管路表面成膜，以提高管路的耐蝕性，很早就已得到應用。亞鐵離子在銅合金表面形成一層水合氧化鐵保護膜，不僅具有耐流動海水的機械沖刷作用，而且能明顯阻滯腐蝕反應的陰、陽極過程，對紊流區域的潰蝕有顯著效果。傳統的向管路系統中施加硫酸亞鐵成膜保護的方法存在一定的使用限制，然而亞鐵離子在銅合金海水管路的成膜保護方面確實有明顯的效果。通過在海水管路系統中安裝電解槽，在其中電解鐵陽極，將含有鐵離子的電解液注入海水系統內，獲得亞鐵離子代替其它鐵離子源，使銅及其合金表面成膜來提高其耐蝕性。海軍技術裝備研究所與中科院海洋所進行過FeSO4成膜保護與鋅陽極聯合保護艦船海水管路的試驗，結果表明在5.3m/s海水流速，干濕交替情況腐蝕2個月的情況下，聯合保護方法的防腐效果最好，比單獨FeSO4成膜提高13%，是鋅陽極保護的1.6倍，是無保護狀態的6倍。關于銅合金海水管路的犧牲陽極保護，目前大多數國家推薦采用鐵合金犧牲陽極，而不是鋅合金犧牲陽極。當海水管路腐蝕問題得到解決后，可殺死海生物的銅離子大為減少，海生物污損的問題更加突出，為此在解決海水管路泄漏問題的同時，也需解決海生物污損的問題。對于銅及銅合金海水管路存在的腐蝕問題和海生物污損，目前解決措施是單獨電解鐵、銅陽極實現防蝕防污的方法。其原理是利用電解銅鐵復合陽極材料產生亞鐵離子經水解作用等形成Fe(OH)2膠體，附著在銅合金表面上，溶解下來的鐵離子還可以在銅合金表面上形成富鐵膜，從而增加了鐵犧牲陽極的保護效果。電解銅陽極產生的銅離子附著在膠體膜上，達到防污的目的。電解銅-鋁(鐵) 防污技術最早由英國切斯特菲爾德市陰極與電解工程師有限公司為英國皇家海軍潛艇海水管系的防污和防腐而研制成功。其主要原理是將裝于海底閥箱或過濾器中的銅陽極和鋁(鐵) 陽極施加直流電。從銅陽極溶解下的銅離子具有毒性，與吸人的冷卻海水混合后，造成有毒的環境，抑制了海生物的棲息和附著生長，而鋁陽極電解后形成凝絮物，作為銅離子的載體，粘附于海水流動緩慢并且是海生物易于附著的地方，如閥門、彎頭、冷凝器等部位，起到防污漆的作用。而作為陰極的海水管系，處于陰極保護狀態，避免了腐蝕。因此這一技術又稱為電解銅-鋁(鐵) 防污防腐技術，這一技術從海軍艦艇推廣到水面艦艇、民用船舶、海洋平臺等行業。對于銅及銅合金海水管路存在的腐蝕問題和海生物污損，目前解決技術措施是單獨電解銅、鐵陽極實現防蝕防污的方法，但是存在電極材料消耗過快，電解陽極材料成膜防腐防污效果不足及安裝空間限制等問題。
技術實現思路
本專利技術旨在提供一種電解用銅鐵合金復合陽極材料，以解決目前存在的艦船銅及銅合金海水管路嚴重腐蝕泄漏和海生物污損的問題。本專利技術的技術方案是：一種電解用銅鐵合金復合陽極材料，其特征在于，其成份和重量比例為Cu：30%，Cr：1%～3%、Mn：2%～5%、Sn：0.5%～2%、Al：0.4%～1.8%和余量的Fe。制作方法是：采用中頻感應電爐，將生鐵和電解錳同時加入爐中，用珍珠巖覆蓋，待原材料完全熔化后，向其中加入微碳鉻鐵，然后升溫至1500-1700℃，待微碳鉻鐵徹底熔化后，將鋼液攪拌均勻，扒渣，出爐；靜止至鋼液溫度1510℃～1550℃，澆鑄形成的Fe-Mn-Cr合金，作為中間合金；將該中間合金與Cu-Sn-Al銅合金一起在1300-1500℃進行熔鑄，按質量配比0.04-0.06%稱取混合稀土RE，用鋁箔包緊并壓入合金熔液中，并攪拌、扒渣；在模具中澆鑄成圓棒，自然冷卻，混合稀土RE的加入可以細化合金晶粒，提高材料的屈服強度。加入微碳鉻鐵后的升溫溫度為1600℃；將該中間合金與Cu-Sn-Al銅合金一起進行熔鑄的溫度為1400℃；稱取混合稀土RE的質量配比為0.05 %；在模具中澆鑄的圓棒的直徑和長度為40mm×300mm。一種由所述的電解用銅鐵合金復合陽極材料制成的電極組件，其特征在于，包括電極棒、絕緣支撐圓盤和接口法蘭，在絕緣支撐圓盤上設有多個沿圓周均布的陽極固定槽或孔，多根圓柱形的電極棒的兩端分別固定在兩個該絕緣支撐圓盤上對應的陽極固定槽或孔內，在一個絕緣支撐圓盤的外端面連接接口法蘭；該電極棒由所述的電解用銅鐵合金復合陽極材料制成，電極棒的個數為偶數。一種所述的電極組件應用在海水管路中的電解裝置，其特征在于，包括電解電源、海水箱和所述的電極組件，在該海水箱的兩端設有海水管路接口和閥門，在該海水箱內裝有電極組件，偶數個該電極棒彼此絕緣，分成相同數量的兩組，連接到電解電源的正負極上作為陰、陽極；該電解電源主要由直流恒流電源和極性轉換裝置組成，用來向電極組件提供直流電解電流，周期性的改變海水箱內兩組電極棒的極性，以防止陰極結垢。通過計算鐵銅離子發生量和鐵銅離子濃度以及復合銅鐵陽極的消耗情況，調整電解電源的電流輸出，控制系統中的鐵離子和銅離子濃度；直流恒流電源的額定輸出電流和電壓根據保護系統所需要的鐵離子量來設計或選用。本專利技術的優點是：通過采用所專利技術的新型銅鐵合金復合陽極電極材料，陽極防腐防污技術結合犧牲陽極保護解決目前存在的艦船銅及銅合金海水管路嚴重腐蝕泄漏和海生物污損問題，艦船銅鎳合金海水管路要求使用壽命與總體壽命相同，塢修間隔三～五年,海生物污損率降低到5%以下，可滿足銅鎳合金海水管路的使用要求。采用這種結構的電解鐵銅復合陽極使用操作簡單，安裝維護方便，節省空間。附圖說明圖1是本專利技術銅鐵復合電極組件的結構示意圖；圖2是圖1的左視圖；圖3是圖1的右視圖；圖4是本專利技術電解本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電解用銅鐵合金復合陽極材料，其特征在于，其成份和重量比例為Cu：30%，Cr：1%～3%、Mn：2%～5%、Sn：0.5%～2%、Al：0.4%～1.8%和余量的Fe。

【技術特征摘要】
1.一種電解用銅鐵合金復合陽極材料，其特征在于，其成份和重量比例為Cu：30%，Cr：1%～3%、Mn：2%～5%、Sn：0.5%～2%、Al：0.4%～1.8%和余量的Fe。2.據權利要求1所述的電解用銅鐵合金復合陽極材料，其特征在于，制作方法是：采用中頻感應電爐，將生鐵和電解錳同時加入爐中，用珍珠巖覆蓋，待原材料完全熔化后，向其中加入微碳鉻鐵，然后升溫至1500-1700℃，待微碳鉻鐵徹底熔化后，將鋼液攪拌均勻，扒渣，出爐；靜止至鋼液溫度1510℃～1550℃，澆鑄形成的Fe-Mn-Cr合金，作為中間合金；將該中間合金與Cu-Sn-Al銅合金一起在1300-1500℃進行熔鑄，按質量配比0.04-0.06%稱取混合稀土RE，用鋁箔包緊并壓入合金熔液中，并攪拌、扒渣；在模具中澆鑄成圓棒，自然冷卻，混合稀土RE的加入可以細化合金晶粒，提高材料的屈服強度。3.根據權利要求2所述的電解用銅鐵合金復合陽極材料，其特征在于，加入微碳鉻鐵后的升溫溫度為1600℃；將該中間合金與Cu-Sn-Al銅合金一起進行熔鑄的溫度為1400℃；稱取混合稀土RE的質量配比為0.05 %；在模具中澆鑄的圓棒的直徑和長度為40mm...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姚萍，王洪仁，劉光洲，丁慧，趙超，
申請(專利權)人：青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司，
類型：發明
國別省市：山東;37