鎂陽極，鎂犧牲陽極，鎂合金犧牲陽極的作用及原理

時(shí)間：2020-01-05作者：焦作安信輕合金科技有限公司瀏覽：1119

1. 純鎂犧牲陽極

    鎂為活潑金屬，其電化學(xué)性能受雜質(zhì)和合金元素的影響很大。當(dāng)其含有少量雜質(zhì)，特別是含有析氫過電位較低的雜質(zhì)時(shí)，會(huì)使鎂的自溶傾向增大，電流效率降低。鎂中的一些雜質(zhì)元素，如Fe, Co, Mn是以單質(zhì)的形式固溶于鎂基體中的，而另一些雜質(zhì)，如Al, Zn, Ni, Cu等元素則易與鎂形成金屬間化合物，無論哪類雜質(zhì)元素，它們相對(duì)于鎂固溶體都呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的陰極性，能增大析氫的有效面積，進(jìn)一步增大鎂的腐蝕速度。盡可能降低純鎂陽極中雜質(zhì)元素的含量是必要的。雜質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)應(yīng)控在:Zn<0.03. Mn<0.01. Fe<0.02, Ni<0.001 } Cu<0.001. Si<0.01.但這給純鎂陽極的生產(chǎn)帶來了困難。一般采用合金化方法，向工業(yè)鎂中加入一定量的合金元素如Mn, Al, Zn等，就可消除雜質(zhì)元素的不良影響，獲得性能優(yōu)良的鎂合金犧牲陽極材料。一般的純鎂陽極由于電流效率很低(僅為30%左右)，使用壽命短，故目前己很少使用。

    2. Mg-Mn犧牲陽極

    ? 錳在鎂中的溶解度為3.4％，如果熔煉方法控制適當(dāng)，可得到含有少量Mn晶體的Mg-Mn單相固溶體組織。錳是控制鎂中雜質(zhì)的一種很有效的凈化元素，可消除雜質(zhì)的不良影響，降低鎂的自腐蝕速度。在鎂合金熔煉過程中，錳與鐵能生成比較大的Fe-Mn化合物而沉積于溶體底部，而殘留在合金中的鐵則溶解于錳中或被錳所包圍，不產(chǎn)生陰極雜質(zhì)的有害作用。但Mn在鎂合金中有偏析現(xiàn)象，過量的Mn反而會(huì)造成合金耐蝕性及塑性的下降。國內(nèi)外生產(chǎn)的Mg-Mn系合金陽極的錳含量一般為0.5%-1.3%，所允許的雜質(zhì)鐵和銅的含量分別小于0.03%和0.02%，比純鎂陽極中允許的雜質(zhì)量高出十多倍。錳的另外一個(gè)作用是使Mg-Mn陽極在腐蝕溶解時(shí)，在鎂合金表面形成比氫氧化鎂膜較具保護(hù)作用的水化二氧化錳膜，使析氫作用進(jìn)一步減弱。 較近，有人將少量的鈣添加到Mg-Mn合金中，研究開發(fā)出一種高性能的Mg-Mn-Ca合金犧牲陽極材料，其含0.26%Mn和0.14%Ca。與Mg-Mn合金(Mg-1.27Mn )相比，該新型合金陽極的電流效率顯著提高，達(dá)到62.36% (Mg-Mn合金為50.94%)，且其驅(qū)動(dòng)電壓也有所增大。據(jù)研究認(rèn)為加入鈣后使合金晶粒細(xì)化，并且在鎂基體的晶界上析出了Mg2Ca陰極性化合物，從而降低了晶間腐蝕傾向，減少了晶粒的剝落，使合金的溶解變得均勻。這是Mg-Mn-Ca合金具有較優(yōu)電化學(xué)性能的主要原因。

    3. Mg-A1-Zn-Mn犧牲陽極

    根據(jù)鋁和鋅的含量不同，性能不同，其中性能較好和獲得廣泛應(yīng)用的主要是Mg-6Al-3Zn-Mn合金，其表面溶解均勻，電流效率大于50％.鋁是陽極中的主要合金元素，可與鎂形成Mg17 A112強(qiáng)化相，提高合金的強(qiáng)度。但向工業(yè)鎂中單獨(dú)添加鋁時(shí)，可形成大量的Mg Al, Mg2A13, Mg4 A13等金屬間化合物，這些金屬間化合物的存在，都會(huì)增大鎂的自腐蝕速度、加速固溶體的破壞。鋅可降低鎂的腐蝕率，減小鎂的負(fù)差異效應(yīng)，提高陽極電流效率。微量的錳可抵消雜質(zhì)鐵、鎳的不良影響。當(dāng)錳的添加量為0.3%時(shí)，可使鐵的允許含量達(dá)到0.02%，但同時(shí)也會(huì)降低電流效率。因此，雜質(zhì)鐵的含量以及相應(yīng)的錳含量應(yīng)盡可能低。鋁、鋅、錳的同時(shí)存在可進(jìn)一步降低對(duì)工業(yè)鎂中的雜質(zhì)元素含量的要求。為了獲得良好的電化學(xué)性能，Mg-AI-Zn-Mn系合金的雜質(zhì)含量應(yīng)嚴(yán)格控制。在相近的合金成分條件下，雜質(zhì)少的合金的電流效率明顯**含雜質(zhì)多的合金。

    陰極保護(hù)是基于電化學(xué)腐蝕原理的一種防腐蝕手段。美國腐蝕工程師協(xié)會(huì)對(duì)陰極保護(hù)的定義是：通過施加外加的電動(dòng)勢(shì)把電極的腐蝕電位移向氧化性較低的電位而使腐蝕速率降低。犧牲陽極陰極保護(hù)就是在金屬構(gòu)筑物上連接或焊接電位較負(fù)的金屬,如鋁、鋅或鎂。陽極材料不斷消耗,釋放出的電流供給被保護(hù)金屬構(gòu)筑物而陰極較化，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。外加電流陰極保護(hù)是通過外加直流電源向被保護(hù)金屬通以陰極電流，使之陰極較化。該方式主要用于保護(hù)大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)。

    保護(hù)電位是指陰極保護(hù)時(shí)使金屬腐蝕停止（或可忽略）時(shí)所需的電位。實(shí)踐中，鋼鐵的保護(hù)電位常取-0.85V（CSE），也就是說，當(dāng)金屬處于比-0.85V（CSE）較負(fù)的電位時(shí)，該金屬就受到了保護(hù)，腐蝕可以忽略。

   化學(xué)反應(yīng)方程式

   陽極反應(yīng)：Mg－2e→Mg2＋

   陰極反應(yīng)：H2O+ O2+2e →2OH－

   鎂犧牲陽極的作用是使陰極（如鋼鐵等金屬）的腐蝕速率降低，達(dá)到保護(hù)陰極的目的。

   鎂合金保護(hù)陰極的基本前提是陰極在沒有外加干擾的情況下的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕（即腐蝕的過程有電流產(chǎn)生），但并不是所有的電化學(xué)腐蝕都能用犧牲陽極來保護(hù)，具體的應(yīng)用過程中應(yīng)具備以下條件：

    1）腐蝕介質(zhì)必須是能導(dǎo)電的，以便能建立連續(xù)的電路。

    2）被保護(hù)的金屬材料所處的介質(zhì)中要容易進(jìn)行陰極化，否則耗電量大，不易進(jìn)行陰極保護(hù)。

    3）對(duì)于復(fù)雜的金屬設(shè)備或構(gòu)筑物，要考慮幾何上的屏蔽作用，防止保護(hù)電流的不均勻性。

    4）電絕緣（陰陽極之間）

    5）電連續(xù)性（陰極系統(tǒng)間）

    6）罐內(nèi)保護(hù)禁止用鎂合金犧牲陽極。

    根據(jù)用途的不同，鎂合金犧牲陽極的形狀和尺寸也不相同，通常所用的D、S型陽極主要用在土壤環(huán)境中，帶狀陽極主要應(yīng)用于高電阻率的土壤、淡水及空間狹窄的局部場合


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• 鎂陽極，鎂犧牲陽極，鎂合金犧牲陽極的作用及原理

  1. 純鎂犧牲陽極 ??? 鎂為活潑金屬，其電化學(xué)性能受雜質(zhì)和合金元素的影響很大。當(dāng)其含有少量雜質(zhì)，特別是含有析氫過電位較低的雜質(zhì)時(shí)，會(huì)使鎂的自溶傾向增大，電流效率降低。鎂中的一些雜質(zhì)元素，如Fe, Co, Mn是以單質(zhì)的形式固溶于鎂基體中的，而另一些雜質(zhì)，如Al, Zn, Ni, Cu等元素則易與鎂形成金屬間化合物，無論哪類雜質(zhì)元素，它們相對(duì)于鎂固溶體都呈現(xiàn)出強(qiáng)烈