A1-Zn-In系阳极材料的合金化

       铝因为电位较负、电容量高、价格低廉，因而作为牺牲阳极材料发展很快。铝在中性介一般加入锌质中表面会生成致密钝化膜，造成铝钝化，工程中通过合金化解决这个问题，铟等活化元素，熔炼成铝合金牺牲阳极，这在工程应用中比较成功。

       1931年，阿基莫夫证实了采用铝阳极的可能性。1968年，Rohman用Hg和Zn对铝进行合金化，获得A1-Zn-Hg阳极的第一个专利。以后DOW化学公司推动了铝阳极的迅速发展，研制出商品化的 GalualumI和GalualumⅡ阳极。在现有的铝基阳极中A1-Zn-Hg系具有最高电流效率(达90%~95%)，且不随时间变化，工作电位负且稳定，但由于Hg污染环境而被淘汰。后来Norris等发现，以n代替Hg可获得较好的效果，并由此开发了A1Zn-In系阳极。现在，A1-Zn-In系阳极是应用最为广泛的铝合金牺牲阳极。最近，Munoz和Bessone等研究了在铝合金表面上沉积纳米氧化膜通过表面改性活化铝合金，但这种方法目前处于探索阶段，合金性能不理想。

       铝基阳极合金中目前使用最广、最有发展前景的是A1-Zn-In系合金。在二元A1-Zn合金的基础上加人In元素，能明显活化铝阳极，使其电位负移。n在铝中的溶解度极小，其含量一般控制在0.01%~0.05%。含量低于0.005%时，In对阳极性能几乎无影响;低于0.01%时，仍不能使阳极充分活化，电流效率也较低;在0.01%~0.04%范围内随着In含量的增加，阳极性能显著改善。但当In的含量大于0.1%时，In将以新相形式偏析，加快铝的自腐蚀。另外，In和Zn有协同作用，Zn含量大于2.5%和In含量为0.02%~0.05%的铝阳极性能优越。因此，以In作为第三组元的A1-Zn-In系合金是研究最为活跃的阳极材料。典型的三元合金为A1-2.5Zn-0.02In，该合金工作电位在一1.10V(相对于饱和甘汞电极，简写为SCE)左右，电流效率约在80%，使用时，合金表面逐渐覆盖一层絮状腐蚀产物，松软，不易覆盖在合金表面。但其表面腐蚀不均匀，有一些深孔和凸起，有时甚至出现裂缝。为了改善表面溶解状况，国内外研究者均在A1-Zn-In合金基础上，通过添加第四第五等合金元素，如Si，Bi，Ti，Ga等，还有添加一些纳米氧化物，从而研发出一系列牺牲阳极材料。最近几年，A1-Zn-In-Mg-Ti系牺牲阳极在我国逐渐广泛应用，但该合金电化学性能也有待提高，且目前关于该合金的文献资料鲜有报道。焦孟旺等首次研究了Mn与稀土元素La对 Al-Zn-In-Mg-Ti阳极合金组织与性能的影响，表明Mn与La对该类合金电化学性能有改善作用，但有待进一步深入研究。

       常用的铝合金阳极电流效率为70%~85%，通过改进合金的组成与含量以提高铝合金的综合电化学性能是各国研究人员努力的方向之一。从成分设计考虑，利用微合金化是提高合金性能的有效途径。由于细晶粒合金通常具有优良性能，添加细化晶粒的合金元素来细化组织而达到提高性能的目的是常用合金化方法;防腐用阳极合金的使用状态通常为铸态，通过合金化改善铝合金铸造成型性也是提高该合金性能的方法;还可从净化铝合金中杂质元素方面考虑来以提高合金性能。因此，在目前工程上使用的牺牲阳极材料的基础上，通过微合金化来改善合金组织，提高合金铸造性能，减少杂质的有害影响等是进一步提高阳极合金的综合电化学性能的可行路径。

       牺牲阳极材料的性能主要由其化学成分和组织结构决定。目前国内外关于化学成分与组织结构对铝合金牺牲阳极材料电化学性能影响的研究很多，主要集中在以下两个方面:一是合金元素对铝合金阳极的活化作用，大部分合金元素如In、Sn、Zn加入的主要目的是限制或阻止表面形成连续致密的钝化膜，促进表面活化，使合金具有较负的电极电位和较高的电流效率;二是组织与性能的关系，在晶粒大小与阳极合金电化学性能之间关系方面，研究者观点各不相同，但小晶粒合金具有优良的力学性能，且使合金均匀溶解是大部分研究者所公认的。由于多元微合金化合金元素交互作用的复杂性及检测手段的限制，对于合金元素在牺牲阳极中的作用及阳极材料组织与性能的关系目前认识还比较模糊。如果能确定铝合金阳极主要组织与电化学性能之间的关系，无论是解释铝合金阳极溶解机理或电流效率损失原因还是为开发高性能铝合金阳极材料都具有理论指导意义。