鎂合金犧牲陽(yáng)極的用途及陰極保護(hù)原理

犧牲陽(yáng)極保護(hù)法是利用電化學(xué)原理,由活潑金屬(鋅、鋁等)在海水介質(zhì)中與被保護(hù)材料構(gòu)成電性連接,自身作為陽(yáng)極被加速腐蝕,使被保護(hù)材料成為陰極而得到保護(hù)。常用的犧牲陽(yáng)極材料主要有鋅基、鋁基和鎂基三種。用犧牲陽(yáng)極保護(hù)金屬不需要外加電源、不會(huì)干擾臨近金屬設(shè)施、電流分散能力好、易于管理和維護(hù),在防腐蝕工程中得到了廣泛的應(yīng)用。鎂犧牲陽(yáng)極比其他犧牲陽(yáng)極密度小、電容量大、電位負(fù)、極化率低,對(duì)鋼鐵的驅(qū)動(dòng)電壓大,特別適用于電阻率較高的土壤和淡水中金屬構(gòu)件的保護(hù)。
鎂的特點(diǎn)是密度小,電位負(fù),極化率低,單位發(fā)生電量大,具有高的化學(xué)活性,鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.73V (EH ),在海水中的穩(wěn)定電位為-1.45V,金屬鎂是制作陰極防蝕用的犧牲陽(yáng)極的理想材料。犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)是用比鋼鐵的對(duì)地電位還要低的金屬如鎂合金、鋁合金和鋅合金制成的陽(yáng)極與被保護(hù)物(如石油管線(xiàn)和熱水器內(nèi)膽等)連接,以陽(yáng)極的腐蝕為代價(jià),使被保護(hù)物不被腐蝕。為這種目的生產(chǎn)的陽(yáng)極稱(chēng)為犧牲陽(yáng)極。
在陽(yáng)極保護(hù)領(lǐng)域,鋅合金、鋁合金陽(yáng)極已經(jīng)在包括海洋鋼鐵設(shè)施、海上平臺(tái)、船舶、輸油管路等諸多領(lǐng)域取得了極好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效果。但是,在土壤干燥條件下,效果并不明顯,且表面腐蝕層不易溶解、脫落,阻抗增長(zhǎng),電流效率下降。而鎂陽(yáng)極操作電位可達(dá)-1.5V ,比之鋁陽(yáng)極-1.1V,鋅陽(yáng)極-0.8V均優(yōu),電容量是鋅陽(yáng)極的1.9倍,且電流輸出穩(wěn)定,表面腐蝕層易溶解、松落,電效一般都達(dá)到50%以上。
鎂合金犧牲陽(yáng)極的基本特點(diǎn)包括:
(1)鎂陽(yáng)極的電極電位較負(fù),驅(qū)動(dòng)電壓高,可用于電阻率較高的土壤和淡水環(huán)境中;
(2)鎂表面難以形成有效的保護(hù)膜,可持續(xù)放電;
(3)鎂是人體必需的元素,對(duì)人體無(wú)毒副作用,環(huán)保健康;
(4)鎂陽(yáng)極熱穩(wěn)定性好,高溫環(huán)境可穩(wěn)定工作。
鎂基犧牲陽(yáng)極有純鎂、Mg-Mn系合金和Mg-Al-Zn-Mn系合金等三類(lèi),其共同的特點(diǎn)是密度小、理論電容量大、電位負(fù)、極化率低,對(duì)鋼鐵的驅(qū)動(dòng)電壓很大(>0.6V),適用于電阻率較高的土壤和淡水中金屬構(gòu)件的保護(hù)。但不足之處是它們的電流效率都不高,通常只有50%左右,比鋅合金和鋁合金犧牲陽(yáng)極的電流效率要低得多。在鎂中加入適量A1、Zn和Mn等元素組成合金,可使鎂陽(yáng)極的電化學(xué)性能得到改善。
鎂犧牲陽(yáng)極根據(jù)開(kāi)路電位的高低又分為高電位和低電位鎂陽(yáng)極兩種,按生產(chǎn)工藝可分為鑄造陽(yáng)極和擠壓陽(yáng)極。為了適應(yīng)各種環(huán)境,針對(duì)不同的保護(hù)對(duì)象,鎂陽(yáng)極可以做成各種各樣的形狀,如在土壤及水中常用的為D形和梯形截面的鑄造陽(yáng)極,在熱交換器中多用擠壓的圓柱形陽(yáng)極,在高電阻率土壤中或套管內(nèi)多用帶狀高電位鎂陽(yáng)極,在水下常用半球形陽(yáng)極,在低電阻率環(huán)境中復(fù)合陽(yáng)極是理想的陽(yáng)極。
鎂犧牲陽(yáng)極由于電位足夠負(fù),極化率低,適用于高電阻率的淡水、低鹽度水以及電阻率為20一100 m的土壤。鎂的腐蝕產(chǎn)物無(wú)毒,故鎂合金陽(yáng)極也用于生活水設(shè)施的保護(hù)。鎂陽(yáng)極電位太負(fù),易產(chǎn)生過(guò)保護(hù)或氫脆,誘發(fā)火花,不能用于易燃易爆場(chǎng)合。鎂合金陽(yáng)極電流效率低,消耗快,需要經(jīng)常更換,材料成本較高。在電阻率較低的海水中一般不使用鎂陽(yáng)極。
鎂合金犧牲陽(yáng)極是適用于對(duì)在土壤、淡水及海水等介質(zhì)中工作的金屬(主要是鋼質(zhì))設(shè)施進(jìn)行陰極保護(hù)用的一種特殊的電化學(xué)功能材料,鎂和鎂合金的鑄造與加工產(chǎn)品在電化學(xué)方面分為鑄造和擠壓鎂合金犧牲陽(yáng)極兩類(lèi),具體用途包括:家用和工業(yè)用熱水器,各種地下構(gòu)建物,例如地下電纜、管線(xiàn)、井體、儲(chǔ)槽和塔基等,以及海水冷凝器、船體、壓載箱和在海洋環(huán)境中使用的鋼樁。鎂合金犧牲陽(yáng)極的特點(diǎn)是密度小、理論電容量大、電位負(fù)、極化率低,但不足之處是電流效率只有50%左右,在鎂中加入適量的A1、Zn和Mn等元素組成合金,可改善鎂陽(yáng)極的電化學(xué)性能。
應(yīng)用鎂陽(yáng)極保護(hù)的構(gòu)物主要有埋地管道、容器、大型儲(chǔ)罐、電纜的金屬護(hù)套、熱交換器、熱水器等。雖然海上應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于鋁、鋅陽(yáng)極,但也有應(yīng)用在艦船和壓載艙等。