当前课程知识点：腐蚀与防护 > 第八章 金属腐蚀控制与防护 > 8.2 电化学保护 > 牺牲阳极阴极保护法
将还原性较强的金属作为保护阳极
与被保护金属相连构成原电池
还原性较强的金属将作为
负极发生氧化反应而消耗
被保护的金属作为正极
可以避免腐蚀
如图所示
当电位较低的锌与钢制闸门连接后
钢闸门被保护
锌被加速腐蚀
牺牲阳极保护法的基本原理
就是利用了电偶腐蚀的原理
我们再来回顾电偶腐蚀的极化图
当电极电位校正的金属A
与电极电极电位较负的金属B接触时
根据混合电位理论
两者够成电偶电位
在该极化电位下
金属B被腐蚀
其腐蚀电流密度为i’Ba
而电极电位校正的金属
由于耦合电位低于腐蚀电位
产生阴极极化
其腐蚀电流密度从iAa
降为i’Aa
此时金属A腐蚀被抑制
受到保护
而阳极金属B被加速腐蚀
牺牲阳极保护法具有广泛应用
如图中船舶水下部分的阴极保护
前面介绍的热水器内胆采用
镁作牺牲阳极
在海洋平台中部分结构件采用
铝合金牺牲阳极
另外一个常用的领域镀锌钢
通过在钢表面制备锌层
提高钢耐蚀性
牺牲阳极保护的实质
与ICCP一样
使被保护金属产生阴极极化
因此
需要选择合适的牺牲阳极材料
使金属被保护
另外也需要防止 过保护
牺牲阳极材料应具备如下性质
电极电位要负
即它与被保护金属之间的有效电位差
即驱动力要大
例如海上船舶的铜合金
可以用铁作牺牲阳极
对于一般钢铁的牺牲阳极
电位需比铁负而适合做
牺牲阳极的材料由锌基
铝基和镁基三大类合金
二 在使用过程中电位要稳定
阳极极化小
表面不产生高电阻的硬壳
溶解均匀
三 单位重量阳极产生的电量要大
四 阳极的自溶量小
电流效率高
由于阳极本身的局部腐蚀
产生的电流并不能全部用于保护作用
这里将有效电流在理论发生电量中
所占的百分数称为电流效率
镁铝锌三类合金的理论消耗量为
0.453克每安每小时
0.335克每安每小时
和1.225克每安每小时
电流效率分别为50%·55%
80~85%
90~95%
最后
牺牲阳极材料价格低廉
来源充分
无公害
加工方便
锌与锌合金阳极与铁的有效电位差
只有0.2V左右
因此不适用与高电阻场合
且当锌中Fe含量大于0.0014%时
所形成的FeZn金属间化合物
会劣化电化学性能
在锌表面形成高电阻
坚硬不易脱落的腐蚀产物
使纯锌失去保护效能
为此添加少量铝和镉等元素
优先形成FeAl金属间化合物
我国目前已定型系列化
生产含0.6%Al和0.1%Cd的
锌铝镉三元合金
在海水中用于保护钢结构
及铝结构效果良好
铝合金牺牲阳极具有重量轻
单位质量的有效电量大
电位较负的特点
且资源丰富
价格便宜
引起了人们的重视
纯铝表面因表面致密氧化膜
而不能成为牺牲阳极材料
需添加微量元素
或阻止铝表面形成连续致密氧化膜
主要合金元素有Hg
In
Sn
Mg等
相应的合金体系有Al Zn Hg
Al-Zn-Sn
AlZn-In等
因环保问题
AlZn-Hg已被大多数国家
和组织禁止使用
同时含镉阳极如Zn-Al-Cd等
也将面临被淘汰
AlZn-Sn系长期工作性能不佳
因此目前关注和
主要应有的是Al-Zn-In系
在海上平台
港工码头
海底管道等海洋工程中
常用这些铝合金牺牲阳极
且需求量巨大
如海上平台导管架桥墩保护
用的阳极其质量大500kg/支
一座平台用量可达500多支
需要量近300t
东海大桥使用的阳极达2000多支
质量达几千吨
镁合金牺牲阳极的特点是其电位较负
与铁有限电位差大
故保护半径大
适用于电阻较高的淡水
和土壤金属的保护
但因腐蚀快
电流效率低
使用寿命短
需经常更换
例如我们的热水器
经3至5年后就需检查观察
镁合金棒的腐蚀情况
并决定是否需更换
在海水等介质环境中镁合金不适用
另外
镁合金阳极工作时会析出氢气
本身易诱发火花
工作不安全
故现在舰船上已不使用
常用的镁合金阳极多为
含铝6%和含锌3%的合金
现在我们再总结一下
阴保的应用范围与基本条件
首先阳极
阴极
腐蚀介质均需构成电流回路
以此建立连续电路
且表面电流分布均匀
这样才能起到保护的作用
例如在中性盐溶液
土壤
海水等环境可用阴保
但气体和大气介质不易阴保
其次需要考虑阴保的经济性
被保护金属易于阴极极化
否则电能消耗大
例如
碳钢
铜
部分环境中的不锈钢可用阴保
然而钛等钝化金属不宜采用阴保
两性金属也不宜采用阴保
最后
采用阴保过程中要防止
电屏蔽现象和过保护现象
这里我们来比较一下阴保中
ICCP法和牺牲阳极法的特点
ICCP法需要直流电源
初始经费和管理维持费用
相对较高
但ICC法的使用寿命长
电位稳定性好
牺牲阳极法无需电源
一旦安装后不需精细管理
因此管理费用低
但牺牲阳极的使用寿命相对较短
且受介质电阻及其
与被保护金属电接触的影响较大
在一些特殊环境
还可采用ICCP法
与牺牲阳极两种方法一同使用
-1.1 腐蚀与防护的基本概念
-1.2 腐蚀的分类
--腐蚀的分类
-1.3 全面腐蚀速率的评价指标
-第一章 概论--本章习题
-2.1 电化学腐蚀电池
--电化学腐蚀电池
-2.2 电极和电极电位
--电极和电极电位
-2.3 E-pH图及其应用
-第二章 电化学腐蚀热力学--本章习题
-3.1 电极的极化
--电极的极化
-3.2 单电极反应动力学
--单电极反应动力学
-3.3 混合电位理论
--混合电位理论
-3.4 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 一
-3.5析氢腐蚀与吸氧腐蚀 二
-第三章 电化学腐蚀动力学--本章习题
-4.1 钝化及电化学极化特征
-4.2 钝化的影响因素
--钝化的影响因素
-4.3 不锈钢钝化质量的检测
-4.4 金属动电位极化测量实验
-第四章 金属的钝化--本章习题
-5.1 电偶腐蚀
--电偶腐蚀
-5.2 点蚀
--点蚀
-5.3 缝隙腐蚀
--缝隙腐蚀
-5.4 晶间腐蚀与选择性腐蚀
-5.5 晶间腐蚀综合实验
--晶间腐蚀综合实验
-第五章 常见的金属局部腐蚀形态--本章习题
-6.1 应力腐蚀开裂
--应力腐蚀开裂
-6.2 氢致开裂
--氢致开裂
-6.3 腐蚀疲劳
--腐蚀疲劳
-6.4 磨损腐蚀
-- 磨损腐蚀
-本章习题--作业
-7.1 大气腐蚀
--大气腐蚀
-7.2 水环境腐蚀
--水环境腐蚀
-7.3 土壤环境腐蚀
--土壤环境腐蚀
-7.4 自然环境腐蚀检测方法与腐蚀失效工程案例
-本章习题--作业
-8.1 选材与结构设计
-8.2 电化学保护
--电化学保护
-8.3 缓蚀剂保护
--缓蚀剂保护
-8.4 金属涂镀层
--金属层防护层
--非金属防护层
-8.5 大型工程中的腐蚀防护应用案例
-第八章 金属腐蚀控制与防护--本章习题
-一、判断题
-二、填空题
-三、选择题
-四、综合应用题
-讨论二
