电化学保护技术及其应用第三讲牺牲阳极
牺牲阳极简介
牺牲阳极简介牺牲阳极是指电解池理论金属做阳极情况下，阳极（金属）随着流出的电流而逐渐消耗，故称为牺牲阳极。
牺牲阳极通常仅经济地应用在保护电流需要量小的构筑物上和低土壤电阻率环境中。
锌阳极铝阳极镁阳极牺牲阳极工作原理根据电化学原理，把不同电极电位的两种金属置于电解质体系内，当有导线连接时就有电流流动，这时，电极电位较负的金属为阳极、利用两金属的电极电位差作阴极保护的电流源。
这就是牺牲阳极法的基本原理。
牺牲阳极材料的要求：1、要有足够负的稳定电位；2、自腐蚀速率小且腐蚀均匀，要有高而稳定的电流效率；3、阳极材料的电容量要大；4、必须有高的电流效率；5、工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱落；6、腐蚀产物不污染环境，无公害；7、材料来源广，加工容易，价格低廉。
牺牲阳极材料分类常用的牺牲阳极材料主要有镁和镁合金、锌和锌合金、铝合金三大类。
在个别工程项目中，由于情况特殊而采用了铁阳极或锰阳极作为牺牲阳极进行阴极保护。
1.铝合金牺牲阳极：多用于海洋或容器（储罐）内阴极保护。
钢桩码头安装铝阳极2.锌合金牺牲阳极：用于海水或低电阻率的土壤中，应用条件土壤电阻率≤15Ω·m。
3.镁合金牺牲阳极：多用于土壤环境,应用条件土壤电阻率≥15Ω·m。
由这三种金属材料又生产出多种形状、类型的不同的牺牲阳极。
我们立博防腐工程有限公司生产的种类繁多，其中包括：锌带、船体常用锌合金牺牲阳极、压载水舱常用锌合金牺牲阳极、海洋工程常用锌合金牺牲阳极、储罐内常用锌合金牺牲阳极、储罐内常用铝合金阳极、港工设施铝合金牺牲阳极、镯式铝合金牺牲阳极、高电位镁合金牺牲阳极、镯式镁合金牺牲阳极、镁带等多种环境适用型号。
牺牲阳极的优缺点优点：1.不需要外部电源，容易安装；2.一次性投资费用低，在运行过程中很少维护；3.无杂散电流干扰，适用于厂区和无电源的长输管道，以及小规模的分散管道保护；4.保护电流的利用率较高，不会产生过保护；5.多数情况下易于增加阳极；6.提供均匀的电流分配；缺点：1.较低的驱动电压/电流，保护范围小；2.对于劣质涂层的结构物需要较多的阳极；3.在高电阻的土壤环境下受限制，即土壤电阻率大于50Ω.m时，一般不宜选用牺牲阳极保护法；5.有效阴极保护年限受牺牲阳极寿命的限制，需要定期更换；。
牺牲阳极
牺牲阳极阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法是在保护钢铁设备上连接一种更易失去电子的金属或合金。
例如：钢闸门的保护，有的就应用这种方法。
它是一种比较更为活泼的金属，如锌等，连接在钢闸门上。
这样，当发生电化腐蚀时，被腐蚀的是那种比铁更活泼的金属，而铁被保护了。
通常在轮船的尾部和在船壳的水线以下部分，装上一定数量的锌块，来防止船壳等的腐蚀，就是应用的这种方法。
目前，电化学保护发出应用除海水或河道中钢铁设备的保护外，还应用于防止电缆、石油管道、地下设备和化工设备等的腐蚀。
电位定义：电位又称电势，是指单位电荷在静电场中的在某一点所具有的电势能[1]。
电位是电能的强度因素，它的大小取决于电势零点的选取，其数值只具有相对的意义。
通常，选取无穷远处为电势零点，这时，其数值等于电荷从该处经过任意路径移动到无穷远处所做的功（人为假定无穷远处的势能为零）与电荷量的比值。
电势常用的符号为U，在国际单位制中的单位是伏特(V)（简称伏，用V表示,是voltage的缩写）。
当单位正电苛通过一个物质相A的相界面时，因在A的相界面上存在着表面电势，是不定值，故一个物质相中某一位置的“绝对”电位无法确定，也不能测量，人们能测量的只是相同的物相内，两个不同位置的电位差△φ或电势E。
实际上当人们遇到“电位”、“电势”或“电压”等词时，一般都是指“电位降”，即电势；只有在理论探讨时，“电位”这一概念才有用。
另外,在电子学中,电位常指某点到参考点的电压降.其中,参考点可任意选择,但常选在电路的公共接点处,不一定是接地点.然而,一般都把参考点当成零电位点,便于电位的计算.电位有个很重要的特性,就是零电位点.所谓零电位点,是指电路中电位相同的点.它的特点:零电位点之间电压差等于0.若用导线或电阻将等电位点连接起来,其中没有电流通过，不影响电路原来工作状态.阳极保护的原理：当某种金属浸入电解质溶液时，金属表面与溶液之间就会建立起一个电位，腐蚀电化学中把这个电位称为自然腐蚀电位。
牺牲阳极材料
牺牲阳极材料在电化学领域，阳极材料是电化学反应中不可或缺的一部分。
它们承担着电子传递和催化反应的重要作用。
然而，有时为了实现特定的电化学反应，我们可能需要选择一些特殊的阳极材料，这就需要进行一定程度的牺牲。
本文将就牺牲阳极材料的相关内容进行探讨。
首先，牺牲阳极材料可能是出于对特定电化学反应的需要。
有些电化学反应对阳极材料的要求非常高，需要具有特定的电催化性能或者特殊的化学稳定性。
在这种情况下，我们可能需要选择一些相对昂贵或者难以获取的阳极材料，这就需要做出一定的牺牲。
尽管这可能会增加成本和资源消耗，但为了实现特定的电化学反应，这种牺牲是必要的。
其次，牺牲阳极材料可能是出于对电化学设备性能的优化。
在一些特殊的电化学设备中，阳极材料的选择对设备性能有着重要影响。
为了提高设备的稳定性、效率和寿命，我们可能需要选择一些具有特殊性能的阳极材料，这就需要做出一定的牺牲。
尽管这可能会增加设备的制造成本和维护成本，但为了获得更好的性能表现，这种牺牲是值得的。
另外，牺牲阳极材料可能是出于对环境保护和资源可持续利用的考虑。
在一些电化学反应中，传统的阳极材料可能会产生有害物质或者对环境造成污染。
为了减少对环境的影响，我们可能需要选择一些环保型的阳极材料，这就需要做出一定的牺牲。
尽管这可能会增加生产和处理的成本，但为了实现清洁生产和可持续发展，这种牺牲是必要的。
总的来说，牺牲阳极材料是在特定需求下为了实现特定目标而进行的一种选择。
尽管这可能会带来一些成本和资源的损失，但在特定的情况下，这种牺牲是必要的。
我们需要根据具体的需求和目标来选择适合的阳极材料，以实现最佳的电化学性能和最大程度的资源利用。
同时，我们也需要不断探索和研发新型的阳极材料，以满足不断变化的电化学需求和环境保护的要求。
在选择牺牲阳极材料时，我们需要综合考虑电化学反应的特性、设备的性能要求、环境保护和资源可持续利用等因素，以做出合理的选择。
只有在全面考虑的基础上，我们才能实现最佳的电化学反应效果和最大程度的资源利用，同时保护环境和促进可持续发展。
牺牲阳极的工作原理
牺牲阳极的工作原理牺牲阳极，也称为非铂类阳极（Non-platinum anode, NPA），是指在金属腐蚀保护领域中，一种通过牺牲自身来延缓金属腐蚀速度的电化学保护方法。
它是利用一种与被保护金属失效电位更负的金属制成的阳极，在外加电流的作用下牺牲自身来保护被保护金属。
牺牲阳极的工作原理是基于电化学原理，主要包括两个方面：电势差和阳极溶解。
首先，电势差是牺牲阳极的存在和有效工作的前提条件。
在自然环境中或工业过程中，当两种不同金属接触时，会因为两种金属的化学性质和晶体结构的不同而产生一定的电位差。
在这种接触状态下，一种金属的电位相对于另一种金属是失效电位。
牺牲阳极的作用就是使被保护金属的电位相对于牺牲阳极更正电位，从而使被保护金属从活动状态转为失效状态，从而达到减缓腐蚀的目的。
其次，阳极溶解是牺牲阳极工作的主要过程。
当牺牲阳极与被保护金属接触并受到外加电流的作用时，它会开始溶解，并释放金属离子（阳离子）到电解质中。
这些金属离子随着电解质的流动，经过一系列的电化学反应，重新组合成金属离子，并与电解质中的阴离子结合形成相应的金属化合物。
牺牲阳极溶解的速度与腐蚀速度成正比。
这是因为牺牲阳极所含金属与被保护金属的电位差决定了牺牲阳极牺牲的程度，即牺牲阳极的失效程度。
电位差越大，牺牲阳极的失效程度越高，溶解速度也越快。
因此，通过选择合适的牺牲阳极材料，可以控制腐蚀速度。
牺牲阳极的选择要根据被保护金属的腐蚀、电位差和环境条件来确定。
一般来说，牺牲阳极应具备以下特点：与被保护金属之间差异较大的电位差，较低的自蚀速率，足够的机械强度和可加工性，以及易获取和低成本等。
牺牲阳极的工作原理在许多领域得到了广泛应用。
其中最常见的就是钢铁结构的防腐蚀措施。
在海洋环境中，以铝或锌制成的牺牲阳极被广泛用于船舶、海洋平台等大型钢结构的防腐蚀。
在石油、化工、电力等行业，以铝或镁制成的牺牲阳极也被广泛应用于储罐、管道、锅炉等设备的防腐蚀。
牺牲阳极的阴极保护原理
牺牲阳极的阴极保护原理在阴极保护技术中，牺牲阳极是一种常见的阴极保护原理。
牺牲阳极阴极保护是利用一种更容易腐蚀的金属来代替受保护金属作为阳极，从而保护受保护金属不受腐蚀。
在这种原理下，受保护金属成为阴极，而牺牲阳极则成为阳极，通过电化学反应来保护受保护金属。
牺牲阳极阴极保护原理的关键在于牺牲阳极材料的选择。
通常情况下，牺牲阳极材料应该具有更负的标准电极电势，以便能够更容易地被氧化。
常用的牺牲阳极材料包括锌、铝、镁等。
这些金属在自然环境中更容易被氧化，因此可以更好地保护受保护金属。
牺牲阳极阴极保护原理的工作原理是通过在受保护金属表面形成一个保护性的氧化膜，阻止了金属的继续腐蚀。
当牺牲阳极被氧化时，产生的电子通过外部电路流向受保护金属，使其成为阴极，从而减缓受保护金属的腐蚀速度。
这样，牺牲阳极不断被腐蚀，而受保护金属得到保护。
牺牲阳极阴极保护原理的应用非常广泛，特别是在海洋工程、管道、船舶和钢结构等领域。
在海洋工程中，海水中的氯离子容易引起金属腐蚀，而牺牲阳极可以有效地保护海洋结构。
在管道和船舶中，牺牲阳极也可以延长金属的使用寿命，减少维护成本。
然而，牺牲阳极阴极保护原理也存在一些问题。
首先，牺牲阳极需要定期更换，这会增加维护成本。
其次，牺牲阳极的性能受环境因素的影响较大，需要根据具体情况进行设计和选择。
最后，牺牲阳极的保护效果受到电流分布的影响，需要合理布置阳极以确保保护效果。
综上所述，牺牲阳极阴极保护原理是一种有效的防腐蚀技术，通过选择合适的牺牲阳极材料，可以有效地保护受保护金属不受腐蚀。
然而，在实际应用中需要注意材料选择、维护更换和电流分布等因素，以确保牺牲阳极阴极保护技术的有效性和可靠性。
牺牲阳极保护法实验报告
牺牲阳极保护法实验报告
牺牲阳极阴极保护法（简称牺牲阳极保护法），是利用电化学原理，在阳极材料被腐蚀消耗的同时，使阴极材料得到保护的方法。
牺牲阳极的保护原理，亦为原电池的工作原理。
在电解质溶液（如：海水）中，采用某种电极电位比被保护金属更低的金属作为阳极，利用低电位金属的腐蚀电流作为高电位被保护金属的防腐电流。
当不同的金属在海水等电解质溶液中组合在一起时，由于各自的电极电位不同，从而产生了电位差，形成了一个大电池。
随着阳极金属的溶解，阳极上的电子不断流向阴极，电位高的阴极金属得到电子而受到保护。
在阴极保护中，为使金属结构得到完全保护，可通过改变电流密度来达到所需要的保护电位。
牺牲阳极保护技术具有以下优点：安装及维持保养简单，费用低廉，无需外部电流，对环境污染小，腐蚀保护控制效果好。
该方法可防止被保护金属溶入电解质（包括海水和其它介质），现已广泛用于海泥介质环境、输气管和输油管等管线工程及水利工程等。
实际应用时，该保护法常与其它方法共同取用，称之为复合防腐。
例如，可结合火焰喷涂、熔覆、电沉积、热浸和气相沉积等方法在被保护金属构件的表面生成不同类型的涂层，或者添加绿色有机-无机复合缓蚀剂，以进一步提高金属构件的防腐效果。
随着海洋产业的迅猛发展和保护海洋环境的迫切需要，一些防止海洋腐蚀的涂层正朝着高性能和高环保的方向发展，最常见的有水性无机富锌涂料、无公害防锈涂料、低处理表面防锈涂料等。
这些防腐方法的联合使用，改善了海洋装置的实际防腐效果。
牺牲阳极防腐原理
牺牲阳极防腐的基本原理牺牲阳极防腐是一种常用的金属防腐方法，它利用电化学原理，在金属结构表面形成一层保护膜，从而防止金属的腐蚀。
其基本原理涉及到电化学反应、阳极和阴极的作用以及电流的流动。
电化学反应电化学反应是指在电解质溶液中，由于电流的作用，阳极和阴极上发生的化学反应。
在牺牲阳极防腐中，电化学反应主要涉及金属的氧化和还原反应。
以铁为例，当金属表面暴露在含有氧气和水的环境中时，会发生以下反应：1.阳极反应：Fe → Fe2+ + 2e-在阳极上，铁原子失去电子，转化为二价铁离子。
2.阴极反应：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-在阴极上，氧气和水与电子结合，生成氢氧根离子。
阳极和阴极的作用在牺牲阳极防腐中，阳极和阴极起到了不同的作用。
1.阳极：牺牲阳极牺牲阳极是一种较为活泼的金属，如锌、铝等，它们具有较低的电极电位。
当牺牲阳极与金属结构接触时，牺牲阳极会优先发生氧化反应，将电子释放给金属结构，从而保护金属结构不被腐蚀。
以锌为例，当锌作为牺牲阳极与铁结构接触时，发生如下反应：锌阴极反应：Zn → Zn2+ + 2e-铁阳极反应：Fe → Fe2+ + 2e-可以看出，锌的电极电位较铁低，因此锌更容易氧化，而铁则相对稳定。
2.阴极：金属结构金属结构是被保护的对象，它充当了阴极的角色。
在阴极上发生的还原反应消耗了来自阳极的电子，从而减缓了金属的氧化速度。
阴极上的还原反应可以通过以下反应来表示：Fe2+ + 2e- → FeOH- → 1/2H2O + 1/2O2 + 2e-这些反应将阴极上的电子消耗掉，并使金属结构得到保护。
电流的流动在牺牲阳极防腐过程中，电流的流动起到了至关重要的作用。
电流的流动是通过电解质溶液中的离子完成的，其中阳极离子向阴极流动。
在牺牲阳极防腐中，锌或其他牺牲阳极的金属通过电流的流动，将电子释放给金属结构，从而发生氧化反应。
同时，金属结构上的阴极反应消耗了来自阳极的电子，实现了金属结构的保护。
牺牲阳极电保护法
牺牲阳极电保护法一、引言随着现代工业的发展，金属腐蚀问题越来越突出，对于海洋、石油、化工等领域的设备和管道来说，防止金属腐蚀已经成为一项非常重要的任务。
而阳极电保护法是目前应用最广泛的一种防腐方法之一。
本文将详细介绍牺牲阳极电保护法。
二、什么是牺牲阳极电保护法？牺牲阳极电保护法（Sacrificial Anode Cathodic Protection）是一种通过在被保护金属表面安装一个更容易被腐蚀的金属（即“牺牲阳极”），使其成为阴极，从而减缓或阻止被保护金属的电化学反应过程，达到防止金属腐蚀的目的。
三、如何实现牺牲阳极电保护？1. 选取合适的材料在进行牺牲阳极电保护时，需要选取与被保护金属有较大差异电位的材料作为阳极。
通常使用锌、铝、镁等贵金属以外的易于溶解和氧化的金属作为阳极。
2. 设计合理的阴阳极布置在进行牺牲阳极电保护时，需要合理布置阳极和被保护金属之间的距离和数量。
一般来说，阳极应该分布在被保护金属表面附近，并且数量要足够多，以确保整个被保护表面都能得到充分的防腐保护。
3. 维护和更换阳极在使用牺牲阳极电保护时，需要定期检查、维护和更换阳极。
因为随着时间的推移，阳极会逐渐被溶解掉，直到完全消失。
因此，在使用过程中需要定期更换新的阳极。
四、牺牲阳极电保护法的优缺点1. 优点：（1）成本低：相对于其他防腐方法来说，牺牲阳极电保护法成本较低。
（2）易于实现：只需要安装一个简单的系统就可以实现防腐效果。
（3）维护方便：只需要定期更换或补充新的阳极即可。
2. 缺点：（1）只适用于特定场合：只有在特定环境下才能使用，如海洋、石油、化工等领域。
（2）需要定期更换阳极：由于阳极会逐渐被溶解掉，因此需要定期更换新的阳极。
（3）效果受到环境影响：在不同的环境下，牺牲阳极电保护法的效果也不同。
五、牺牲阳极电保护法的应用1. 海洋工程海洋中的金属设备和结构很容易遭受腐蚀。
因此，在海洋工程中广泛使用牺牲阳极电保护法来防止金属腐蚀，如船舶、海底管道等。
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毒, 不污染环境。 (6) 材料价格低廉, 来源充分, 制造工艺简单。 根据以上要求, 牺牲阳极材料有镁和镁合金, 锌
和锌合金, 铝合金三大类, 它们基本性能列于表 1。
表 1 三种牺牲阳极材料的主要性能[1]
牺牲阳极 当量①
电量② 电位 (vs. SCE)
材料 g· (A ·h) - 1A ·h·g- 1
4. 1 阳极种类的选择 通常根据使用环境 (水或土壤) 的电阻率选择牺
牲阳极的种类, 再根据保护电流的大小来选取阳极 的型号、规格。表 8 为水和土壤中牺牲阳极选择的原 则。
表 8 牺牲阳极种类的应用选择[3]
水中
土壤中
可选阳极种类 电阻率 8 ·cm 可选阳极种类 电阻率 8 ·cm
极化率低, 单位重量发生电量大, 是牺牲阳极的理想 材料, 但是它致命的不足是电流效率低, 一般只有 50% 左右。 镁阳极的电位与钢铁的保护电位差高达 0. 6V 以上, 因此保护半径大, 适用于电阻率较高的 土壤和淡水中金属的保护。
镁和镁合金牺牲阳极有三大系列: 高纯镁、M g2 M n 合金和M g2A l2Zn2M n 合金。它们的成分和性能 分别列于表 2、3。
3 牺牲阳极形状及重量
牺牲阳极的形状多种多样, 尺寸有大有小, 与阳 极用途及保护结构的形状有密切关系。 部分商品阳 极实物照片见图 1。
在船舶外壳保护中大都采用长条形阳极, 而在 港口设施和海洋工程结构中较多采用梯形截面板状 阳极。船舶用铝阳极的重量只有几 kg 或十几 kg, 而 港 口 用 铝 阳 极 的 重 量 达 到 几 十 kg, 甚 至 超 过 100kg, 船舶压戴水舱和原油储罐用的牺牲阳极都 是 梯 形 截 面 板 状 阳 极, 每 支 铝 阳 极 重 量 为 10～ 30kg。 海洋平台的立柱和海底管线都是圆柱体, 一 般形状阳极很难安装。 为此, 推出了手镯式阳极结
(2) 阳极的极化率要小, 电位及输出电流稳定。 (3) 理论发生电量要高, 或者说阳极材料的电 容量要大。 电容量指单位重量阳极溶解时所产生的 电量, 用 A ·h g 表示, 与电化学当量 (g A ·h ) 成 反比。 (4) 必须有高的电流效率 (锌阳极和铝阳极在 海水中的电流效率都大于 90% ) , 即实际电容量与 理论电容量的百分比要大。 高电流效率表示阳极的 自腐蚀电流小, 金属溶解所产生的电量绝大部分用 于阴极保护。 (5) 溶解均匀, 腐蚀产物松软易脱落, 不粘附于 阳极表面或形成高电阻硬壳。 此外, 腐蚀产物应无
Cu
< 0. 002 ≤0. 005
Pb
< 0. 003 ≤0. 006
Si
≤0. 125
2. 2 锌和锌合金 锌是最早用于作牺牲阳极的金属 (1824 年) , 但
是长期来保护效果不甚理想, 锌与钢铁的保护电位 差 (即驱动电位) 只有 0. 2V , 而且杂质对锌的阳极溶 解有很大的影响。经过大量的科学研究和应用试验, 才制造成功有效的锌和锌合金牺牲阳极, 开发锌阳 极 主 要 有 两 个 途 径: 一 是 采 用 高 纯 度 的 金 属 锌 (99. 995% Zn) , 严格限制杂质量; 二是采用低合金 化的合金, 同时减少其杂质。
土壤中 (0. 03mA ·cm - 2)
电流效率 发生电量 消耗率
电流效率 发生电量 消耗率
单位
g·cm - 3 -V -V
A ·h·g- 1
% A ·h·g- 1 kg·A - 1·a- 1
% A ·h·g- 1 kg·A - 1·a- 1
Zn2A l2Cd
7. 14 1. 05～ 1. 09 1. 00～ 1. 05
阳极类别
高纯M g M g2M n M g2A l2Zn2M n
Al
< 0. 010 < 0. 010 5. 3～ 6. 7
表 2 镁阳极的化学成分 (% ) [2]
Zn
Mn
Mg
Fe
< 0. 010 -
2. 5～ 3. 5
< 0. 030 < 0. 50～ 1. 30 0. 15～. 060
> 99. 95 余量 余量
目前应用的锌和锌合金阳极的成分和电化学性 能列于表 4、5。
由表 4 看出, 铁、铜和铅是锌阳极中的有害杂 质, 其中铁为最有害元素, 它对锌的电位和电流效率 影响很大。如果纯锌中杂质铁的含量≥0. 0014% , 在 使用过程中阳极表面将形成高电阻的硬壳, 使锌阳 极失去保护作用。 在锌中加入少量的铝和镉可以在 很大程度上降低铁的不良影响。 这时杂质铁不再形 成 FeZn 相而优先形成铁和铝等的金属间化合物。 此外, 铝和镉还能使晶粒细化和腐蚀产物变得疏松 易落, 从而改善了锌阳极的溶解性能。 2. 3 铝合金
型 A l2Zn2In2Sn 2. 2～ 5. 2 0. 020～ 0. 045
-
A l2Zn2In2Si 5. 5～ 7. 0 0. 025～ 0. 035
-
0. 018～ 0. 035 -
-
-
-
≤0. 10 ≤0. 15 ≤0. 01 余量
- 0. 10～ 0. 15 ≤0. 15 ≤0. 01 余量
0. 82
≥95 ≥0. 78 11. 23 ≥65 0. 53 ≤17. 25
阳极类别 高纯 Zn Zn2A l2Cd
Al
< 0. 005 0. 3～ 0. 6
表 4 锌阳极的化学成分 (% ) [4]
Cd
< 0. 003 0. 05～ 0. 12
Zn
> 99. 995 余量
Fe
< 0. 0014 ≤0. 005
型 1. 18～ 1. 10 1. 12～ 1. 05 ≥2600
≥90 ≤3. 37
图 1 牺牲阳极实物照片
图 2 手镯式锌阳极
构, 即将多块板状阳极组成手镯状, 然后再固定在被 保护体上, 手镯式锌阳极见图 2。
在土壤环境中较多采用梯形和D 形截面棒状 镁阳极, 重量有 8kg、14kg 和 22kg 等。 最近开发出 带状镁和锌阳极, 主要用于高电阻率土壤、淡水和套 管内壁保护。
铝是自钝化金属, 在其表面上容易形成一层氧 化膜。 因此, 纯铝的电位较正, 在海水中的开路电位 约等于- 0. 78V (SCE ) , 不能满足驱动电位的要求。 但是, 通过合金化可以破坏铝阳极表面膜的结构, 使 其获得满意的牺牲阳极性能。 铝合金牺牲阳极的特 点 是密度小, 电化学当量大 ( 为锌的 3. 6 倍, 镁的 1. 35 倍) , 原料容易得到, 制造工艺简单, 价格低廉
(按单位重量的电容量计算, 仅为锌阳极的∀ ) , 铝阳 极自 60 年代开发成功后得到了广泛应用。
目前, 世界各国采用的铝合金牺牲阳极材料有 A l2Zn2M g 系合金、A l2Zn2In 系合金、A l2Zn2Sn 系合 金和A l2Zn2Ca 系合金等, 根据我国最近修订的国家 标准, A l2Zn2In 系合金牺牲阳极可分为 型和 型 两大类, 它们的化学成分和电化学性能见表 6、7。
(0.
土壤中 03mA ·cm -
电流效率 %
2
发生电量 ) 消耗率 k
A ·h·g- 1 g·A - 1·a-
1
40 0. 88 10. 0
≥50
1. 11 ≤7. 92
表 5 锌阳极的电化学性能[4]
性能
密度
开路电位 (SCE) 工作电位 (SCE) 理论发生电量
海水中 (3mA ·cm - 2)
大量实验证明, 在铝中单独添加锌、镉或镁、能 使铝的电位变负 0. 1～ 0. 3V , 但还达不到牺牲阳极 要求。如果在铝中单独添加汞、锡、铟等元素, 只要很 少量就可使铝的电位变负 0. 3～ 0. 9V , 但是电流效 率较低, 只有在铝中添加两种或两种以上的合金元 素, 才能使铝阳极的性能得到很大改善, 另外, 杂质 Fe 和 Cu 是非常有害的, 一定要严加控制。铝的纯度 愈高, 阳极的性能愈好。
由表 2 可见, Fe、N i、Cu、Si 是镁阳极的杂质。作 为牺牲阳极材料, 对这些杂质要严格进行控制, 否则 将影响镁阳极的电化学性能。锰能提高镁的耐蚀性, 还可以抑制杂质铁的有害作用。铝和锌的加入, 除能 抵消杂质铁的影响外, 还可部分抵消杂质镍的作用。 M g2A l2Zn2M n 合金的电化学性能最好, 电流效率达 55% , 表面溶解均匀。
A l2Zn2In2Sn2M g 2. 5～ 4. 0 0. 020～ 0. 050
-
0. 025～ 0. 075 0. 50～ 1. 00 -
≤0. 10 ≤0. 15 ≤0. 01 余量
型 A l2Zn2In2M g2T i 4. 0～ 7. 0 0. 020～ 0. 050
-
-
0. 50～ 1. 50 0. 010～ ≤0. 10 ≤0. 15 ≤0. 01 余量
密度
g·cm - 3 1. 74
1. 77
开路电位 (SCE)
-V
1. 56
1. 48
理论发生电量 A ·h·g- 1 2. 20
2. 21
海水中 (3mA ·cm -
2)
电流效率 % 发生电量 A ·h·g- 1 消耗率 kg·A - 1·a-
1
50 1. 10 8. 0
55 1. 22 7. 2
第 21 卷第 5 期 2000 年 5 月
腐蚀与防护
CO RRO S ION & PRO T ECT ION
V o l. 21 N o. 5 M ay 2000
专题讲座
电化学保护技术及其应用
第三讲 牺牲阳极
黄永昌
(上海交通大学 上海 200030)
1 概 述