犧牲陽極法是最早應(yīng)用的電化學(xué)保護(hù)法。它簡單易行，又不干擾鄰近的設(shè)施。犧牲陽極還是抗干擾腐蝕的一種手段，可用來排流、防雷及防靜電接地。與強(qiáng)制電流保護(hù)法相比，犧牲陽極法具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和功能，因而同樣受到人們的重視。
近年來，犧牲陽極技術(shù)在我國得到了推廣和發(fā)展。在生產(chǎn)上也向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化方向發(fā)展。并在油、氣管道、海船及海上結(jié)構(gòu)物的防護(hù)上得到了成功的應(yīng)用。
一、犧牲陽極保護(hù)原理
根據(jù)電化學(xué)原理，把不同電極電位的兩種金屬置于電解質(zhì)體系內(nèi)，當(dāng)有導(dǎo)線連接時就有電流流動，這時，電極電位較負(fù)的金屬為陽極、利用兩金屬的電極電位差作陰極保護(hù)的電流源。這就是犧牲陽極法的基本原理。見圖10-54。
二、犧牲陽極材料
由于犧牲陽極法是通過陽極自身的消耗，給被保護(hù)金屬體提供保護(hù)電流。因此，對犧牲陽極材料就產(chǎn)生了性能要求。
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圖10-54 犧牲陽極裝配示意圖
1．要有足夠負(fù)的電位，在長期放電過程中很少極化。
2．腐蝕產(chǎn)物應(yīng)不粘附于陽極表面，疏松易脫落，不可形成高電阻硬殼，且無污染。
3．自腐蝕小，電流效率高。
4．單位重量發(fā)生的電流量大，且輸出電流均勻。
5．有較好的力學(xué)性能，價(jià)格便宜，來源廣。
常用的犧牲陽極有鎂及鎂合金、鋅及鋅合金以及鋁合金三大類。它們的電化學(xué)性能見表10-59。犧牲陽極的電化學(xué)性能取決于材料的成分和雜質(zhì)含量。在犧牲陽極的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中都有規(guī)定。
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表10-59 犧牲陽極的電化學(xué)性能
| 性能 | 單位 | Zn、Zn合金 | Mg、Mg-Mn | Mg-6Al-3Zn | Al-Zn-In | |
| 相對密度 | g/cm3 | 7.1 | 1.74 | 1.77 | 2.83 | |
| 陽極開路單位(SCE) | V | -1.03 | -1.56 | -1.48 | -1.08 | |
| 相對鐵的保護(hù)的電位差 | V | -0.20 | -0.75 | -0.65 | -0.25 | |
| 理論發(fā)生電量 | Ah/g | 0.82 | 2.20 | 2.21 | 2.87 | |
| 海水中(3mA/cm2) | 電流效率 | % | 95 | 50 | 55 | 80 |
| 實(shí)際發(fā)生電量 | Ah/g | 0.78 | 1.10 | 1.22 | 2.30 | |
| 消耗率 | kg/A·a | 11.8 | 8.0 | 7.2 | 3.8 | |
| 土壤中(0.03mA/cm2) | 電流效率 | % | 65 | 40 | 50 | 65 |
| 實(shí)際發(fā)生電量 | Ah/g | 0.53 | 0.88 | 1.11 | 1.85 | |
| 消耗率 | kg/A·a | 17.25 | 10.0 | 7.92 | 4.68 | |
三、犧牲陽極種類及規(guī)格型號
(一)鎂合金犧牲陽極
鎂是比較活潑的金屬，表面不易極化，電極電位比較負(fù)，所以是理想的犧牲了極材料。但是，鈍鎂的電流效率不高，造價(jià)太高，所以一般都使用鎂合金做犧牲陽極材料。目前世界上流行的鎂陽極成分很多，但歸納起來只有三個系列：高純鎂系、鎂錳系和鎂鋁鋅錳系。其典型的代表成分見表10-60。這三個系列中，Mg-6 Al-3 Zn-0.15Mn是使用最廣泛的，也是國內(nèi)定型生產(chǎn)的商品化鎂陽極，用于土壤和淡水中性能最佳。
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表10-60 鎂合金犧牲陽極的典型成分
| 系列 | 成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%) | 備注 | |||||||
| Al | Zn | Mn | Mg | Si | Cu | Ni | Fe | ||
| 純鎂 | <0.01 | <0.03 | <0.01 | >99.95 | <0.01 | <0.001 | <0.001 | <0.002 | JISH6125 |
| 鎂錳 | <0.01 | - | 0.5～1.3 | 余量 | - | <0.02 | <0.001 | <0.03 | Galvomag |
| 鎂鋁 鋅錳 | 5.3～6.7 | 2.5～3.5 | 0.15～0.6 | 余量 | <0.1 | <0.02 | <0.03 | <0.005 | SYJ19-1986 |
鎂陽極的化學(xué)成分應(yīng)符合表10-61的規(guī)定。鎂陽極電化學(xué)性能必須符合表10-62的指標(biāo)。
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表10-61 鎂陽極化學(xué)成分
| 合金元素 | 雜質(zhì)不大于(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%) | ||||||
| Al | Zn | Mn | Mg | Fe | Ni | Cu | Si |
| 5.3～6.7 | 2.5～3.5 | 0.15～0.6 | 余量 | 0.005 | 0.003 | 0.02 | 0.1 |
表10-62 鎂陽極電化學(xué)性能
| 項(xiàng)目 | 單位 | 指標(biāo) | 測試方法 |
| 開路電位 | V | ≤-1.50 | (Cu/CuSO4)SYJ23-1986 |
| 理論電容量 | A·h/kg | 2210 | 按化學(xué)成分計(jì)算 |
| 電流效率 | % | ≥55 | GB/T4948-1985附錄C |
注：GB/T 4948—1985附錄C的介質(zhì)為海水·本標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用時試驗(yàn)介質(zhì)應(yīng)改用當(dāng)?shù)赝寥?，并用?dāng)?shù)氐叵滤柡?，在被檢陽極四周應(yīng)有5～10mm厚的填包料。
鎂陽極規(guī)格按凈重分為2kg、4kg、8kg、11kg、14kg和22k6種。其形式均為梯形斷面。2kg陽極參考長度為206mm，4kg陽極參考長度為360mm，其余均為700mm。
用作導(dǎo)電的鋼芯，采用直徑不小于6mm的鋼筋制成。鋼芯表面應(yīng)鍍鋅，外露長度為100mm。陽極基體和鋼芯必須結(jié)合好，接觸電阻應(yīng)小于0．001Ω。
鎂陽極表面為鑄造表面，其表面應(yīng)清潔、平滑，無明顯鑄造缺陷。
鎂陽極應(yīng)儲存在室內(nèi)倉庫內(nèi)，嚴(yán)禁沾染油污、油漆和接觸酸、堿、鹽等化工產(chǎn)品。
在鎂陽極驗(yàn)收時，應(yīng)對外觀、重量進(jìn)行檢驗(yàn)。鋼芯與陽極的接觸電阻、化學(xué)成分及電化學(xué)性能，應(yīng)按批量進(jìn)行抽樣檢查。抽查率為3%，但至少不少于3支。若不合格，加倍抽查，其中再有一支不合格，則判定該批不合格。當(dāng)化學(xué)成分不合格，而接觸電阻和電化學(xué)性能合格時，可以使用。接觸電阻測試方法是GB/T 4948—1985附錄B；化學(xué)成分分析方法按供方采用的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行；電化學(xué)性能按表10-62中的測試方法進(jìn)行。
鎂陽極的優(yōu)點(diǎn)：對鋼鐵陰極保護(hù)(-0．85V)的激勵電壓力-0.7V左右，適應(yīng)的土壤電阻率范圍廣，陽極表面不極化，腐蝕產(chǎn)物易脫落。不宜用于易燃液體環(huán)境中。
(二)鋅犧牲陽極
鋅是陰極保護(hù)中應(yīng)用最早的犧牲陽極材料。鋅的電極電位比鐵負(fù)，表面不易極化，是理想的犧牲陽極材料。鋅不僅可以用于低電阻率土壤中，還可廣泛用于海洋中。目前，鋅犧牲陽極成分均已標(biāo)準(zhǔn)化。如ASTMB418、GB4950等。從陽極成分來分，鋅陽極可分為兩個系列：高純鋅系和鋅鋁鎘系。它們的成分見表10-63中。
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