阴极保护和镁合金牺牲阳极讲稿

阴极保护的定义和原理
※阴极保护的定义：阴极保护技术 是电化学保护技术的一种，其原 理是向被腐蚀金属结构物表面施 加一个外加电流，被保护结构物 成为阴极，从而使得金属腐蚀发 生的电子迁移得到抑制，避免或 减弱腐蚀的发生。 ※阴极保护的原理：给金属补充大 量的电子，使被保护金属整体处 于电子过剩的状态，使金属表面 各点达到同一负电位，金属原子 不容易失去电子而变成离子溶入 电解质。
阴极保护的方法（外加电流）
保护站图片资料
阴极保护的方法（外加电流）
常规空冷晶闸管恒电位仪
防爆防尘恒电位仪
出口油浸式防雨恒电位仪 多台合一恒电位仪
恒电位仪图片资料
阴极保护的方法（外加电流）
钛阳极
高硅铸铁阳极
网状阳极
带状阳极
贵金属氧化物阳极
辅助阳极图片资料
阴极保护的方法（外加电流）
参比电极图片资料
水器内胆工作图片热
各类牺牲阳极开路电位对比（—V，Cu/CuSO4）
阳极 类别 开路 电位 电位 比较
锌阳极 1.10～ 1.16 电位最低
镁合金牺牲阳极 铝阳极 （A420/80 AZ31B/AZ M1C 60% 20） 63B 1.10～ 1.30 低电位 1.57～ 1.67 中电位 1.77～ 1.82 高电位 ≥1.85 超高电 位
阴极保护的方法
※外加电流阴极保护：通过外加直 流电源向被保护金属通以阴极电 流，使之阴极极化。 ※牺牲阳极阴极保护：在金属构筑 物上连接或焊接电位较负的金属, 如铝、锌或镁。阳极材料不断消 耗,释放出的电流供给被保护金属 构筑物而阴极极化，从而实现阴 极保护。
阴极保护的方法（外加电流法）
外加电流阴极保护工程示意图
对牺牲阳极材料的要求
• 电位足够负，可供应充分的电子使被保护金属设备发生阴
极极化。一般说，在导电良好的介质（如海水）中，要求 驱动电位在0.25V左右；在导电较差的介质（如土壤）中， 要求驱动电位大于0.6V。 阳极的极化率要小，电位及输出电流稳定。 理论发生电量要高，或者说阳极材料的电容量要大。 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%, 镁阳极在土壤中的电流效率大于50%）。 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，腐蚀产物应无毒，不污染环境。 材料价格低廉，来源充分，制造工艺简单
•
•
2、电阻阳极
• 电阻阳极，就是一种设臵有外加电阻的用于家用电热水器
内胆保护的挤压镁合金牺牲阳极。 • 电阻阳极和普通挤压镁合金牺牲阳极的不同之处在于它能 够降低镁合金棒与热水器内胆之间的电位差，减少驱动电 流，从而降低镁合金牺牲阳极的消耗速度，达到长时间保
阴极保护
• 阴极保护发展简史 • 阴极保护的定义和原理 • 阴极保护的参数 • 阴极保护的应用领域 • 阴极保护的方法 • 镁合金牺牲阳极的优缺点 • 阴极保护注意事项
阴极保护发展简史（国外）
1824年，英国，戴维，开创阴极保护技术
1834年，英国，法拉第，阴极保护原理奠定基础 1890年，美国，爱迪生，提出强制电流保护船舶 1902年，美国，柯恩，实现了爱迪生的设想 1905年，美国用于锅炉保护 1906年，德国，盖波特，建起了第一座阴极保护厂 1913年，英国，第一次金属研究会议，命名为“电化学保 护” 1924年，地下管网阴极保护 1928年，美国，库恩，首次阴极保护整流器 目前，国外阴极保护已作到了规范化、标准化、法律化。
镁合金牺牲阳极
• 分类、用途以及对牺牲阳极材料的要求 • 国内外镁阳极的生产、应用与发展 • 主要技术指标 • 制备工艺流程、过程要点 • 生产过程图片、录像资料 • 质量控制、安全生产、成本控制 • 工程设计 • 标准介绍
镁合金牺牲阳极的分类
• 按化学成分：分为AZ31B、AZ63B、M1C等。 • 按生产方法：分为铸造镁阳极和挤压镁阳极。 • 按形状：分为梯形、D形、圆棒状、矩形棒、其他异形阳
腐蚀的机理
※化学腐蚀：金属和非电解质直接发 生的纯化学反应而引起的金属损耗， 反应过程中不产生电流，称为化学 腐蚀。 ※电化学腐蚀：当金属材料与电解质 发生化学作用时有电流产生，这时 发生的腐蚀称为电化学腐蚀。
腐蚀的机理
腐蚀的机理
※电化学腐蚀原理 在金属材料与电解质 作用时，由于金属界面上 成分的不均匀性，形成了 原电池，因此在金属表面 就有得到电子和失去电子 的不同倾向，从而产生微 电流，在原电池的阳极金 属失去电子被氧化至较高 价态，从而导致金属腐蚀。 阴极：H20+1/2O2 +2e→2OH－ 阳极：Fe-2e→Fe2+
背景介绍
• 镁合金牺牲阳极分为高电位和低电位的两种， • 高电位镁合金牺牲阳极是镁锰合金，其中的锰含量是0.5•
1.3％，要求其电化学性能满足开路电位大于－1.7V，电 流效率大于50％。 现行的高电位镁合金牺牲阳极生产工艺是通过添加电解锰 或者MnCl2来使锰含量达到0.5-1.3％。由于金属锰的熔点 为1244℃远高于镁的熔点，需要在比较高的温度下添加。 而高温，则会使镁熔体更加容易氧化，带进来更多的氧化 物，而氧化物则会严重降低高电位镁合金牺牲阳极的电位 和电流效率 电解法生产的金属镁，其铁含量一般在0.08-0.4％之间， 高的铁含量严重影响到镁合金的腐蚀性能，例如当铁含量 由0.01%降到0.005％时，其耐腐蚀性可以提高将近两个数 量级左右。因此在制备高电位镁合金牺牲阳极的时候，需 要把这大量的铁去除。 皮江法制备的金属镁铁含量一般在0.01％以下，在这种情 况下，就不需要添加锰来降低铁含量。
阴极保护的方法（牺牲阳极）
铝合金牺牲阳极图片资料
阴极保护的方法（牺牲阳极）
镁合金Leabharlann Baidu牲阳极图片资料
阴极保护的方法（牺牲阳极）
阳极种类 锌阳极 铝阳极 工作电位 -1.05～1.00V -1.12～1.05V 实际电容量 820A·h/kg 2400A·h/kg 电流效率 应用领域
≥90%（海水) 船舶、港工设施、海洋工 程、埋地金属管线 ≥85% 海洋工程设施 、淡水、 海泥、船舶、储罐
新型镁合金牺牲阳极
1、超高电位镁阳极 • 所谓超高电位阳极就是指开路电位≥-1.85V （相对 Cu/CuSO4），电流效率大于60%的镁合金牺牲阳极。 • 这是一种基于皮江法生产的洁净镁为基础的，为了适应高 电阻率介质中进行阴极保护和空气燃料电池所开发的一种 新型阳极材料。 • 超高电位牺牲阳极的化学成分为：Zn 0-0.3%，Al≤0.01%， Si≤0.02%，Mn≤0.05%，Fe≤0.03%，Ni≤0.003%， Cu≤0.005%，余量为Mg。
1.需要外部电源 2.对邻近金属构筑物干扰大 3.维护管理工作量大
牺 牲 阳 极
1.高电阻率环境中不宜使用 2.保护电流几乎不可调 3.覆盖层质量必须好 4.投产调试工作复杂 5.消耗有色金属
镁合金牺牲阳极的优缺点
优点 ※电极电位较负，驱动电压高，可用于电阻率较 高的土壤和淡水环境中。 ※镁表面难以形成有效的保护膜，可持续放电。 ※镁是人体必需的元素，对人体无毒副作用，环 保健康。 ※镁阳极热稳定性好，高温环境可稳定工作。 缺点 ※电流效率不高，通常只有50%左右，比锌基合金 和铝基合金牺牲阳极的电流效率要低得多。
腐蚀的类型
按腐蚀形貌分类 ※全面腐蚀 ※局部腐蚀
按腐蚀机理分类 ※化学腐蚀 ※电化学腐蚀
按腐蚀环境分类 ※大气腐蚀 ※海水腐蚀 ※土壤腐蚀 ※化学介质腐蚀
防护的办法
一、正确选用金属材料,并注重 加工工艺 二、改变腐蚀环境 三、形成保护层 四、电化学保护 五、用耐腐蚀非金属材料代替金 属材料 六、改变金属本质
• • •
• •
国内外镁阳极的生产、应用与发展
• 镁合金牺牲阳极是适用于对在土壤、淡水及海水等介质中 •
•
工作的金属（主要是钢质）设施进行阴极保护用的一种特 殊的电化学功能材料。 我国镁阳极的生产起步于1996年,当时北京有色金属研究 总院开发生产高低电位阳极,之后,山西广灵精华化工、闻 喜银光和维恩克相继进入镁阳极的生产和市场领域。 由于我国的镁工业迅速发展，全球镁业受到冲击。西方镁 业由于环保和成本压力，而不断减产以至关闭。
防护的意义
※全球每年因腐蚀造成的经济损失大约7000亿美元，约占 全球GDP的3%。为地震、水灾、台风等灾害损失总和的6 倍。 ※美国每年腐蚀损失达3000亿美元，人均1100美元。 ※我国腐蚀损失约占国民生产总值的4%，因腐蚀报废的 钢铁数量约为当年产量的25%-30%。 ※美国国家统计局分析统计报告认为：只要利用好现今 的防腐技术，可降低腐蚀损失费用25%—30%。
阴极保护的方法（牺牲阳极法）
牺牲阳极阴极保护工程示意图
阴极保护的方法（牺牲阳极）
牺牲阳极 锌合金阳极 高纯锌 Zn-Al合金 Zn-Al-Cd合金 铝合金阳极 Al-Zn-Hg合金 Al-Zn-In合金 镁合金阳极 高纯镁 Mg-Mn合金 Mg-Al-Zn-Mn合金
阴极保护的方法（牺牲阳极）
锌合金牺牲阳极图片资料
阴极保护原理示意图
阴极保护的参数
※保护电位：是指阴极保护 时，使金属腐蚀停止（或 可忽略） 所需的电位值。 ※保护电流密度：是指被保 护构筑物单位面积上所需 的电流。
阴极保护的应用领域
※船舶 ※港工设施 ※海洋工程 ※埋地管线及管网 ※储罐 ※电厂、炼油厂和化工厂
※钢筋混凝土结构物及建筑物
桩基
阴极保护和镁合金牺牲阳极
2010年7月
索
◆腐蚀与防护 ◆阴极保护 ◆镁合金牺牲阳极
引
腐蚀与防护
• 腐蚀的定义 • 防护的意义 • 腐蚀的机理 • 腐蚀的类型 • 防护的办法
腐蚀的定义
定义1： 金属与环境之间的物理—化 学相互作用。其结果使金属 的性能发生变化，并可导致 金属、环境或由它们组成的 体系的功能受到损伤（所属 学科：船舶工程）。 定义2： 金属与周围环境发生化学、 电化学反应和物理作用引起 的变质和破坏现象（所属学 科：电力）。 定义3： 材料(通常指金属)与环境间 的物理－化学相互作用，其 结果是使材料的性能发生变 化，并常可导致材料、环境 或由它们作为组成部分的技 术体系的功能受损伤（所属 学科：机械工程）。
镁阳极
-1.56～1.48V
≥2200A·h/ kg
50%
电阻率较高的土壤和淡水 介质中的金属设施
各类牺牲阳极的比较
阴极保护的方法（两种阴极保护方法的比较）
方法 外 加 电 流 优点 1.输出电流连续可调 2.保护范围大 3.不受环境电阻率 4.影响工程越大越经济 5.保护装臵寿命长 1.不需要外部电源和专人管理 2.对邻近构筑物无干扰或很小 3.投产调试后可不需管理 4.工程越小越经济，施工方便 5.电流分散能力好，保护电流分布均匀， 利用率高 6.在某些场合（例如没有外加电源），只 能采用牺牲阳极法进行阴极保护。 缺点
极等。 • 按是否包装可分为裸阳极和包装阳极等。
镁合金牺牲阳极部分图片
镁合金牺牲阳极的用途
• 镁合金牺牲阳极密度小、电位负、极化率低、单位重量发
生电量大，镁阳极的电位与钢铁的保护电位差高达0.6V以 上，一般用于土壤中的阴极保护。镁阳极是牺牲阳极中最 主要的阳极。应用镁阳极保护的构件和物体主要有埋地管 道、容器、大型储罐。
阴极保护注意事项
※腐蚀介质必须是能导电的，以便能建立连续的电路。 ※被保护的金属材料所处的介质中要容易进行阴极化， 否则耗电量大，不宜进行阴极保护。 ※对于复杂的金属设备或构筑物，要考虑几何上的屏 蔽作用，防止保护电流的不均匀性。 ※为降低电流密度，阴阳极之间要进行覆盖层电绝缘。 ※保护构筑物系统间要做到电连续性。 ※注意不安全因素对阴极保护的限制。
阴极保护发展简史（国内）
1958年，开始对船体和油气管道进行阴极保护试验 60年代初，阴极保护技术陆续试用 70年代初，开始推广应用阴极保护技术 1984年，颁布我国第一部阴极保护技术标准SYJ7-84《钢制 管道和储罐防腐蚀工程设计规范》 1999年，颁布了镁合金牺牲阳极国家标准GB/T17731，经过 2004年，2009年两次修订，最新版本于2009年10月30日发 布，2010年6月1日实施。 目前，全国主要油气管道已全部安装了阴极保护系统，收到 明显的效果。