牺牲阳极材料的比较和分析

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。

河南汇龙合金材料有限公司刘珍。