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犧牲陽極的效率犧牲陽極的效率根據(jù)犧牲陽極的合金成分和所應用的環(huán)境有關?！ τ跔奚枠O，釋放電流是因為陽極向被保護結構提供的陰極保護電流，還有一部分是因為其表面上的局部自腐蝕電池?！ ￡枠O的消耗與其表面釋放的電流成正比?！ 奚枠O的效率是指用于陰極保護電流所消耗的金屬與金屬總消耗的比率。鎂陽極效率一般低于50%，而鋅陽極的效率可達到90%，鋁陽極的效率可達到85%?！ ∩鲜鋈N犧牲陽極廣泛應用于陰極保護系統(tǒng)中
發(fā)布時間：2025-05-14
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?犧牲陽極在不同陰極保護工程中的應用
腐蝕對于國民的經濟發(fā)展，人類的生活和社會環(huán)境造成很大的破壞，大多數(shù)長輸管道埋在地下，由于土壤中的水份、空氣、水溶性礦物鹽和酸、堿這些成分都會使金屬管道遭到腐蝕和破壞。因此 陰極保護在我國的應用始于1958年，到了60年代，陰極保護已經廣泛的應用于輸油管道。到目前為止，幾乎所有輸油氣管道、儲罐、海洋結構都施加了陰極保護。犧牲陽極陰極保護的原理是利用不同金屬的電位差異，為受保護的金屬提供電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài). 金屬表面各點電位降低到同一負電位，使金屬表面各點之間不再有電位差，不再有電子的流動，金屬原子不再失去電子而變成離子溶入溶液,達到減緩腐蝕的目的。由于在實現(xiàn)陰極保護過程中，較活潑的金屬被腐蝕，所以被稱為犧牲陽極陰極保護?！ ∵@種方法簡便易行，不需要外加電源，很少產生腐蝕干擾，廣泛應用于保護小型或處于低土壤電阻率環(huán)境下的金屬結構?！ ∫虼嗽谒橘|中，鎂表面的微觀腐蝕電池驅動力大，保護膜易于溶解，鎂的自腐蝕很強烈，適用于電阻率較高的土壤和淡水中金屬構件的保護。它由純鎂和鎂合金組成，它具有高驅動電壓、低電流效率、高造價的特點。 鋅陽極的種類很多，可以根據(jù)顧客的要求提供不同形狀的鋅陽極,如矩形,方形,鐲式,以及其他各種異型?！ ′\犧牲陽極自腐蝕速率小，電流效率高，使用壽命長，具有自動調節(jié)電流性的特性，鋅陽極的陰極保護 法是在被保護鋼鐵設備上連接一種更易失去電子的金屬或合金。它是一種比較活潑的金屬，當發(fā)生電化學腐蝕時，被腐蝕的是那種比鐵更活潑的金屬，而鐵被保護了。通常在輪船的尾部和在船殼的水線以下部分，裝上一定數(shù)量的鋅塊，來防止船殼的腐蝕。
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鎂陽極成為陰極保護常用的材料的原因
根據(jù)用途，陽極材料主要分為三種類型: 1.鋁合金犧牲陽極:主要用于海洋或集裝箱(儲罐)的陰極保護 2.鋅合金犧牲陽極:主要用于土壤環(huán)境，在使用條件下土壤電阻率≤15ω·m 3.鎂合金犧牲陽極:主要用于土壤環(huán)境，在使用條件下土壤電阻率≥15ω·m 工程上常用的犧牲陽極材料主要有鎂及鎂合金、鋅及鋅合金和鋁合金。在一些工程項目中，由于特殊情況，采用鐵陽極或錳陽極作為陰極保護的犧牲陽極?！ ℃V基犧牲陽極因其負開路電位和大驅動電壓而廣泛用于土壤、海水、海泥和工業(yè)用水中金屬結構的陰極保護。然而，它的低電流效率是一個主要缺點。鋅基犧牲陽極的開路電位不如鎂基陽極負，驅動電壓也不大，但仍可廣泛用于低電阻率土壤、海水和海泥環(huán)境中的犧牲陽極保護。鋁基犧牲陽極的開路電位略低于鋅基陽極，其理論電容遠遠高于鋅基和鎂基陽極，具有獨特的性能。然而，它是一種容易鈍化的金屬材料。容易在表面上產生具有良好粘附性的致密連續(xù)氧化物膜，甚至產生高電阻硬殼，這阻礙了金屬的活化和溶解。目前，鋁基陽極廣泛用于海水中保護船舶、平臺和碼頭等海洋結構物。它們也已經成功地應用于海洋泥漿(海底管道)和鹽水系統(tǒng)，但是它們不能應用于土壤環(huán)境。 鎂是一種典型的輕金屬，原子序數(shù)12，相對原子量24.31，密度1.74克/厘米，化合價2，熔點651℃。鎂的標準電極電位為-2.37(SHE)。鎂的特點是密度低，化學活性高。電極電勢非常低。低極化率;驅動電位大，鐵的驅動電位可達0.6V以上;理論電容很大。在鎂陽極表面形成屏蔽保護膜并不容易。鎂和鎂合金系列犧牲陽極 具有非常低的電流效率，通常只有大約50%。很容易在鎂表面形成強腐蝕性原電池，導致更高的自溶解速率。此外，這種材料在碰撞時容易產生火花，這也限 制了其在高安全性能領域的應用，如油輪、敏感易燃易爆區(qū)域等特定場所。
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提升鎂陽極使用壽命的方法
鎂陽極的腐蝕，主要是由于合金和雜質元素讓鎂陽極中出現(xiàn)了第二相，鎂陽極發(fā)生化學腐蝕大多是離不開溶液的pH值、溶液的性質、合金的成分及所處環(huán)境等影響的。它的腐蝕形態(tài)主要有：電偶腐蝕、點蝕、應力腐蝕開裂、晶間腐蝕和絲狀腐蝕和高溫氧化?！ ∫胩岣哝V陽極材料的使用壽命，我們可以選擇提高鎂陽極的耐腐蝕，像：合金元素、雜質元素、相組成和微結構。鎂陽極表面處理技術的研究，也給提升鎂陽極的耐腐蝕性帶來了一定的生機。也有人選擇采用離子注入、激光退火和快速凝固等工藝，讓金屬表面形成均勻、無定形的表面結構膜。
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什么是犧牲陽極的陰極保護 法?
一般海船的外殼上都會嵌入鋅塊因為船體是用鋼鐵造的鋼鐵在海水里會發(fā)生點化學反映腐蝕船體而鋅的活動性比鐵強在海水中鋅會比鐵先反應鋅失去電子被腐蝕而鐵就不會被腐蝕了船體也就被保護起來在這個反應中鋅作為陽極失去電子被腐蝕而鐵作為陰極被保護這就是所謂的犧牲陽極的陰極保護 法。
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鎂合金陽極材料概述
眾所周知，在高電阻率土壤和淡水環(huán)境中，一般采用鎂合金陽極材料來保護金屬結構。鎂是電化學陰極保護工程中常用的一種犧牲陽極材料，具有化學活性高、電極電位負、驅動電壓高的特點。同時，在鎂合金表面很難形成有效的保護膜。因此，在水介質中，微腐蝕電池對鎂表面有很強的驅動力，保護膜容易溶解，鎂的自腐蝕非常強，在陰極處發(fā)生析氫反應。鎂基犧牲陽極有三種:純鎂、鎂錳合金和鎂鋁鋅錳合金。它們的共同特點是低密度、大理論電容、低負電勢、低極化率和高驅動電壓。適用于高電阻率土壤和淡水中金屬部件的保護?！ ℃V可以為地下管道、倉庫、煉油廠、電廠、污水處理廠、建筑物、油井套管等設施提供有效的陰極保護。適用于表土電阻率很高的地區(qū)，或者即使電阻率相對較低，涂膜較淺，位置高，電阻較低的地區(qū)。在這些條件下，需要一個大的淺埋陽極，并且它遠離結構，以獲得足夠低的接地線。然而，要安裝深井陽極，深層地層必須有足夠的低電阻率。與表層土壤相比，在施加適當電壓的情況下鎂合金陽極可以產生一定的電流。當陽極安裝在低電阻率地層深部時，可以獲得非常均勻的結構電流分布。即使表土完全適合設計淺陽極床，鎂合金陽極也適合結構密集的區(qū)域。由于淺埋陽極布置困難，只能布置在遠離管道等結構的地方。
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鎂陽極的熔煉技術直接關系到鎂陽極的質量
鎂陽極的熔煉關系到鎂陽極的質量，原材料的質量、所運用到的溶劑、熔煉辦法、配備等，都會影響資料質量的要素。鎂陽極在熔煉時，爐料有是干燥的，沒有油、氧化物和銹蝕等污染，還不能混有異種金屬。溶劑有兩種效果，掩蓋和精粹效果?！ ℃V是較活潑的元素，在熔煉的進程中會被氧化，鎂在焚燒時表會構成一層氧化鎂薄膜，氧化鎂是保溫材料，疏松多孔，當鎂焚燒時放出大都數(shù)熱量，因為氧化鎂的絕熱效果，使這些熱量很難散出去，外界的冷空氣也進不來構成惡性循環(huán)，使表面溫度急劇升高，鎂溶液的氧化也就越來越嚴峻。鎂在熔煉的進程中要使用恰當?shù)霓k法來將鎂熔體與空氣阻隔。
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鎂陽極材料概述
眾所周知，在高電阻率土壤和淡水環(huán)境中，一般采用鎂陽極材料來保護金屬結構。鎂是電化學陰極保護工程中常用的一種犧牲陽極材料，具有化學活性高、電極電位負、驅動電壓高的特點。同時，在鎂合金表面很難形成有效的保護膜。因此，在水介質中，微腐蝕電池對鎂表面有很強的驅動力，保護膜容易溶解，鎂的自腐蝕非常強，在陰極處發(fā)生析氫反應。鎂基犧牲陽極有三種:純鎂、鎂錳合金和鎂鋁鋅錳合金。它們的共同特點是低密度、大理論電容、低負電勢、低極化率和高驅動電壓。適用于高電阻率土壤和淡水中金屬部件的保護?！ ℃V可以為地下管道、倉庫、煉油廠、電廠、污水處理廠、建筑物、油井套管等設施提供有效的陰極保護。適用于表土電阻率很高的地區(qū)，或者即使電阻率相對較低，涂膜較淺，位置高，電阻較低的地區(qū)。在這些條件下，需要一個大的淺埋陽極，并且它遠離結構，以獲得足夠低的接地線。然而，要安裝深井陽極，深層地層必須有足夠的低電阻率。與表層土壤相比，在施加適當電壓的情況下，鎂陽極可以產生一定的電流。當陽極安裝在低電阻率地層深部時，可以獲得非常均勻的結構電流分布。即使表土完全適合設計淺陽極床，鎂陽極也適合結構密集的區(qū)域。由于淺埋陽極布置困難，只能布置在遠離管道等結構的地方。
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犧牲陽極的設計
(1)電防護 法在選用時應符合以下要求：當土壤電阻率>100~2·m時不宜使用犧牲陽極犧牲陽極的使用壽命與天然氣管道相匹配，一般為15a左右;所有被保護的埋地鋼質管道應根據(jù)需要設置絕緣接頭或絕緣法蘭?！ ?2)采用犧牲陽極法時，選用陽極的保護準則為：相對硫酸銅參比電極的陰極極化電位應達到一0.85V或更負;管道表面與接觸電解質的穩(wěn)定飽和銅/硫酸銅參比電極之問的陰極極化電位差值為100mV?！ ?3)通常根據(jù)土壤電阻率選取犧牲陽極的種類(見表1)，根據(jù)保護電流的大小選取陽極的規(guī)格?！ ?4)犧牲陽極的埋設分為軸向和徑向，埋設位置與被保護的燃氣管道的距離宜為3～5m，但不宜小于一0.3m;埋設深度在冰凍線以下，且埋設在潮濕的土壤中;埋沒形式可采用立式或臥式。在陽極與被保護管道之間，嚴禁沒置其他金屬構筑物?！ ?5)犧牲陽極檢測樁、檢測頭在設置時應符合下列要求：犧牲陽極的陰極保護測試系統(tǒng)應能提供被保護體的自然電位、陽極性能、保護電位的功能;測試樁、檢測頭宜沒置在燃氣主干管沿線;宜每兩組犧牲陽極或至少lkm處設置1個檢陰極保護測試樁。
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陰極保護的工作原理
金屬—電解質溶解腐蝕體系受到陰極極化時，電位負移，金屬陽極氧化反應過電位ηa減小，反應速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱為陰極保護效應。利用陰極保護效應減輕金屬設備腐蝕的防護方法叫做陰極保護Cathodic Protection簡稱CP。由外電路向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應所需，從而使金屬氧化反應(失電子反應)受到抑制。當金屬氧化反應速度降低到零時，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應?！ 煞N陰極保護 法：“外加電流陰極保護”和“犧牲陽極保護”?！ ?、犧牲陽極陰極保護是將電位更負的金屬與被保護金屬連接，并處于同一電解質中，使該金屬上的電子轉移到被保護金屬上去，使整個被保護金屬處于一個較負的相同的電位下。該方式簡便易行，不需要外加電源，很少產生腐蝕干擾，廣泛應用于保護小型(電流一般小于1安培)或處于低土壤電阻率環(huán)境下(土壤電阻率小于100歐姆.米)的金屬結構。如，城市管網、小型儲罐等。根據(jù)國內有關資料的報道，對于犧牲陽極的使用有很多失敗的教訓，認為犧牲陽極的使用壽命一般不會超過3年，5年。犧牲陽極陰極保護失敗的主要原因是陽極表面生成一層不導電的硬殼，陽極的電流輸出。產生該問題的主要原因是陽極成份達不到規(guī)范要求，其次是陽極所處位置土壤電阻率太高。因此，設計犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)時，除了嚴格控制陽極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽極床位置?！ ?、外加電流陰極保護是通過外加直流電源以及輔助陽極，是給金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點達到同一負電位，使被保護金屬結構電位低于周圍環(huán)境。該方式主要用于保護大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結構，如：長輸埋地管道，大型罐群等。
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陰極保護材料之絕緣接頭
眾所周知絕緣接頭是人們根據(jù)絕緣法蘭在使用過程中存在的問題進行改良的換代產品，是鋼質管道陰極保護系統(tǒng)中必不可少的重要壓力元件，廣泛的應用于鋼制的管道陰極保護系統(tǒng)。我公司研發(fā)生產的絕緣接頭參照了國外產品結構，采用了獨特設計，克服了絕緣法蘭易泄漏、剛度小、不能埋地、壽命短等弊病，實現(xiàn)了埋地免維護的強大功能，使絕緣接頭的使用壽命和配套的管線大致相同。 絕緣法蘭在應用設計時應當遵循以下幾點：絕緣部件要使用具有高抗壓強度以及具有良好穩(wěn)定性的絕緣材料制成。絕緣法蘭套件在安裝過程中，要使法蘭墊片在溫度較低的時候進行安裝，防止在螺栓擰緊后墊片由于熱脹冷縮而松弛，導致泄漏發(fā)生?！ 〗^緣接頭或絕緣法蘭是管道陰極保護系統(tǒng)中必不可少的重要管件,但在現(xiàn)場安裝時都曾出現(xiàn)過絕緣性達不到規(guī)范要求值的問題。對此現(xiàn)象進行了剖析，指出影響電絕緣性的主要原因是絕緣連接頭的絕緣材料制造、裝配等方面的質量問題?！ √岢隽颂岣唠娊^緣值的建議: ①絕緣法蘭在出廠前必須按要求進行絕緣性檢查; ?、趯^緣材料制造廠提出靜壓吸水率的要求; ③對絕緣接頭設置滲漏觀察孔,可及時檢查處理密封圈或絕緣墊內的滲漏。
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犧牲陽極與外加電流陰極保護
腐蝕電化學基礎，金屬腐蝕是一種普遍存在的熱力學傾向，在海水、淡水、土壤、超市大氣和酸、鹽等工業(yè)介質中服役的金屬結構物和設備都會遭到腐蝕破壞，這些環(huán)境介質都是電解質體系。金屬在電解質中腐蝕過程實際上是一個電化學過程。金屬通過其他電解質界面處電化學反應而發(fā)生的腐蝕稱為電化學腐蝕。電化學腐蝕反應是一般電化學反應規(guī)律和特征，這些規(guī)律和特征就是腐蝕電化學的基礎，陰極保護就是基于腐蝕電化學原理而發(fā)展起來的控制技術?！ 嵤╆帢O保護的基本原理是，從外部對被保護金屬結構物施加陰極性電流，通過陰極極化使被保護金屬的電極電位負移某個保護電位范圍，從而抑阻金屬結構物的電化學腐蝕。陰極保護可分為犧牲陽極法和外加電流法 犧牲陽極陰極保護：選擇一種電極電位比被保護金屬更負的活潑金屬，把它與共同置于電解質環(huán)境中的被保護金屬從外部實現(xiàn)電連接，活潑金屬在所構成的電化學電池中為陽極而優(yōu)先溶解，釋放出的電子使被保護金屬陰極極化到所需的電位，從而使被保護金屬得到保護。犧牲陽極法陰極保護的局限性： 1.由于輸出功率小，犧牲陽極系統(tǒng)在高電阻環(huán)境中應慎用，過高電阻率環(huán)境中則不宜使用; 2.可提供的保護電流小，可調節(jié)的電流范圍小; 3消耗有色金屬，重量大，工作壽命短，若干年后需要更換。
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