阴极保护

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牺牲阳极材料的比较和分析

 

 1。1 牺牲阳极

  牺牲阳极保护法是指在腐蚀介质中,当牺牲阳极与被保护金属形成电性连接后,作为牺牲阳极金属靠自身溶解释放出的电流使被保护的金属构件——阴极极化到保护电位而实现金属防蚀方法。采用牺牲阳极进行阴极保护时,其效果与阳极材料自身的性能有着直接关系。牺牲阳极材料应具备以下性能:①具有足够负的电位;②工作中阳极极化率小,溶解均匀,产物可自动脱落;③具有较高的电流效率;④电化学当量高;⑤腐蚀产物无毒,不污染环境;⑥价格便宜,来源方便,易于加工。

  目前工程上常用的牺牲阳极材料有镁基合金、锌基合金和铝基合金3种。因材料的成分和电化学性能不同,应用环境也有所不同。

  2。1。1镁基牺牲阳极

  由于镁具有较高的化学活性,且电极电位较负(标准电极电位为一2.37 V),在水中镁表面微观腐蚀电位驱动力大,保护膜易溶解。因此,适于用做高电阻率的淡水、低盐度水以及电阻率为20~100 Q·m的土壤的阴极保护材料。另外,由于镁的腐蚀产物无毒,还可用于生活水设施的阴极保护。纯镁阳极由于电流效率低(仅为30%),使用寿命短,目前已很少使用。通常在镁中加入适量A1,zn和Mn等元素,可使镁基阳极的电化学性能得到改善。如镁基合金牺牲阳极的电流效可达55%左右,但远低于锌基和铝基合金。国外开发出Mg—Mn系合金阳极,其电流效率达到62.36%。

  2。1。2锌基牺牲阳极

  锌的密度大,理论发生电量小,标准电极电位为一0.762 V,在腐蚀性介质中,对铁的驱动电位较低(约为0。2 V)。但是电流效率较高,一般为95%。锌基阳极在高温下易极化,通常用于常温下的海水和电阻率较低的土壤中。由于锌基合金阳极在使用中不发生析氢反应,碰撞到钢构件时不会诱发火花,故是唯一可用做油罐、油舱保护的牺牲阳极材料。锌基阳极主要有2种:①高纯金属锌,要求严格控制杂质含量,锌含量要大于99.995%,铁含量<0.004 1%;②低合金化的锌基合金,但是合金元素和杂质的含量仍须严格控制。目前,已开发出的锌基阳极有纯zn系、zn—Al系和zn—Sn系合金等。从技术和经济的角度来看,锌合金阳极优于纯锌阳极。因此,在实际应用中锌合金阳极已逐渐取代了纯锌阳极。

  2.1.3铝基牺牲阳极

  铝的密度小,理论发生电量大,电流效率较高(一般为85%),具有较大的电负性。因此,从理论上讲,铝是一种很好的牺牲阳极材料。但是由于纯铝表面易形成一层较为致密的氧化膜,且膜的电位较正,所以纯铝是不能起到阴极保护作用。若在铝中添加合金元素,可阻止其表面形成致密的氧化膜,使其成为电流效率较高、较好的综合性能铝基牺牲阳极。在海水和含有氯离子的介质中能自动调节电流,可广泛用于海洋环境中钢铁设施(如海上钻井平台、海底管道等)的阴极保护,有取代锌合金牺牲阳极的趋势。铝合金阳极的开发研制,大体经历了如下过程:纯铝。二元铝合金→三元铝合金→四元铝合金→五元、六元以上铝合金。近年来,研究的主要方向是在铝中加入高活性合金元素和变质剂等,使合金内部组织细化和均匀化,以提高铝基阳极的稳定性。

  2。1。4复合式牺牲阳极

  在牺牲阳极保护系统中,当设备表面无保护性涂层时,为使被保护设备尽快极化,通常是采用增加牺牲阳极的数量来提供所需的极化电流。当极化达到稳定后,保护所需的极化电流变小,此时牺牲阳极产生的电流过剩,这样不仅造成阳极材料的浪费,还易对设备产生过保护。用复合式牺牲阳极可以较好地解决这一问题。近年来研制了2种复合式牺牲阳极材料:①由镁和锌或铝两部分组成,锌或铝在芯部,镁在外部;②镁阳极与锌阳极或铝阳极混用。这2种阳极均利用镁的高驱动电位对设备进行预极化,从而降低达到保护电位所需的电流密度。复合式牺牲阳极与普通牺牲阳极相比,不但可以减少阳极数量,节省费用,而且可以较好地解决过保护问题。在资源和能源日益紧张的今天,这一优势无疑会使其具有非常广阔的应用前景。

 

 

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