铝镁锌合金牺牲阳极说明书.docx

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铝镁锌合金牺牲阳极说明书

铝镁锌合金牺牲阳极

系

列

介

绍

河南汇龙合金材料有限公司

2018年版

一、简单说明什么叫牺牲阳极法的阴极保护

 阴极保护概述：

金属的腐蚀是一种电化学反应的结果，在这里金属或合金与氧气或其他含氧介质相结合发生电化学反应，最终形成一种稳定状态的化合物。

所有的金属都具有回复到最稳定状态的一种趋势。

这种趋势体现在贱金属方面尤为明显，这些贱金属被称为活泼金属，具有更低或更负的电位。

  海水中金属的电位序列:

镁-148V锌-103V铝35-H-079V高精度钢、碳钢-061V铸铁-061V不锈钢430AISI（17%铬）-057V不锈钢304AISI（18%铬18%镍）-053V铜棒-040V铜-036V铝铜合金-032V镍-02OV钛-015V硅-013V钼-008V

  阴极保护的原理:

当两种金属在海水的电解质中发生电连接时，由于电位差，电子从活泼金属向不活泼金属移动。

不活泼的金属称为阴极，活泼金属称为阳极。

当阳极发生电流时，它在电解质中溶解成离子，同时产生电子。

阴极通过与阳极电连接而获得电子。

结果就是阴极负极化，起到防腐保护的作用。

被保护金属获得了超量的电子而起到防止腐蚀被保护的作用，这样它的表面不会发生任何氧化的化学反应。

  阴极保护的方法:

 牺牲阳极法是利用电位低的金属或合金（如镁合金、锌合金、铝合金等）作为阳极，通过介质（如：

海水等）与被保护金属相连接形成一个电池效应。

在阴极（被保护结构）得到保护的同时，阳极不断地被消耗，故称为牺牲阳极。

  那么牺牲阳极，保护阴极法究竟是什么？

将你要保护的材料（贵重金属）放在阴极位置，牺牲的材料（还原性金属）放在阳极，反应时，阳极氧化溶解牺牲（金属变为金属离子），而在阴极这里金属离子得到电子变为金属单质，从而包覆在阴极材料的表面，因而起到保护的作用，所以叫做牺牲阳极保护阴极。

将你要保护的材料（贵重金属）放在正极（阴极）位置，然后将牺牲的材料（还原性金属）放在负极（阳极）位置，反应时，负极（阳极）失电子氧化溶解牺牲（金属变为金属离子），而在正极（阴极）这里金属离子得到电子变为金属单质，从而包覆在正极（阴极）材料的表面，因而起到保护的作用，所以叫做牺牲负极保护正极，也可以叫做牺牲阳极保护阴极。

二、牺牲阳极法阴极保护的优点

1、不需要外部电源；

 2、对邻近金属构筑物无干扰或很小；

 3、电流输出虽不能控制，但有自动调节倾向，且覆盖层不易损坏。

 4、调试后，可不需日常管理；

 5、保护电流分布均匀，利用率高

三、牺牲阳极法阴极保护的工作原理

牺牲阳极保护阴极主要是用工业上，一般我们用价钱比较低的金属作为电解反应的阳极，通过电解反应的过程，阳极慢慢融化，来保护阴极比较贵的金属，那么牺牲阳极保护阴极主要发生的化学反应有哪些呢？

它的工作原理是什么？

铝阳极能够保护海水及淡水中钢质结构被腐蚀，一般用于海水介质中的船舶、船体、海泥中管道、机械设备、压水舱、储罐、钻井平台、海洋工程和海港设施以及海水管道电缆等设施金属防腐蚀中的阴极保护。

这就是我们常说的牺牲阳极保护阴极。

牺牲阳极保护阴极常见的化学反应有：

电极反应：

铝的阳极氧化,首先是电解水.在电解液中,通电后在电流作用下发生水解,同时在阴极放出氢气.

　　H2O→H++OH-

　　阴极6H++6e→3H2↑

　　阳极6OH--6e→3H2O+3[O]

　　2Al+3[O]→Al2O3+1669J（热量）

　　总反应式2Al+3H2O→Al2O3+3H2↑+1669J（热量）

铝阳极的制作过程：

在现在阴极保护成为了金属保护过程中的重要措施，在阴极保护的过程中，铝阳极发挥了重要的作用。

那么铝阳极的制程工艺是怎样的呢？

下面为大家来详细的讲解一下铝阳极的制程工艺步骤。

铝阳极的制程工艺主要是九部分，上挂、表面预处理、脱脂、蚀刻、化研、去氧化膜/活、阳极、染色、封孔。

每个部分有不同的制作步骤，只有严格按照其施工的步骤来，金属的使用寿命才会更长。

　　这九分部的工艺使铝阳极在海域保护的工程中体现了优良的特性。

经过这些处理，铝阳极在阴极保护的过程中发挥了重要的作用。

我们在这些制程的过程中，应该严格按照每个流程，这样铝阳极才能发挥最佳的保护作用。

四、牺牲阳极的种类选择和适用特点

 工程上常用镁基、锌基和铝基合金阳极等作为牺牲阳极材料。

其中，镁阳极适用于各种土壤环境，具有密度小、电位负、极化率低、单位质量发生的电量大等特点，堪称牺牲阳极的理想材料。

其缺点是电流效率低，～般只有50%左右;锌阳极适用于土壤电阻率较低且比较潮湿的土壤环境，具有电流效率高、自腐蚀小、使用寿命长和自动调节的特点，同其他钢制构筑物碰撞时，不会诱发火花，也不会“过保护”;至于对铝阳极，国内外具有不同的观点。

铝具有足够负的电位，在溶解时表面生成的保护性氧化膜引起钝化，导致电位升高，故未合金化的铝不适合作为牺牲阳极材料使用。

铝合金阳极具有单位质量发生的有效电量大、密度小、施工搬运方便、来源广泛、价格低廉等特点。

不足之处在于，阳极的腐蚀产物在土壤中无法疏散，使阳极钝化而失效。

因而，铝合金阳极主要适合用于海洋环境中金属构筑物的阴极保护。

高电阻率土壤环境下可使用带状镁阳极。

带状牺牲阳极主要用于高电阻率的土壤、淡水中及套管内等空间狭窄局部场合。

这类牺牲阳极的截面有方型和菱形等形状，中间为铁芯，长度可达数百米。

 　我国在上世纪90年代基本解决了常规铸造阳极的生产技术。

此外，高性能连续带状阳极和大型铸造阳极的应用和制造技术发展得也很快。

例如，北京有色金属研究总院研制的达上千米长的各种型号的锌阳极带和镁阳极带，已经投入了一定规模的生产。

一种利用采用挤压技术开发的带状镁基牺牲阳极产品，也已经投人市场。

镁带阳性因其特殊的形状和性能在阴极保护工程中有着多方面独特的应用：

长输管道、穿越管段、大型贮罐的罐底、防雷接地网以及复合阳极中的短期阳极等川。

五、镁合金牺牲阳极

1.纯镁牺牲阳极

镁为活泼金属，其电化学性能受杂质和合金元素的影响很大。

当其含有少量杂质，特别是含有析氢过电位较低的杂质时，会使镁的自溶倾向增大，电流效率降低。

镁中的一些杂质元素，如Fe,Co,Mn是以单质的形式固溶于镁基体中的，而另一些杂质，如Al,Zn,Ni,Cu等元素则易与镁形成金属间化合物，无论哪类杂质元素，它们相对于镁固溶体都呈现出强烈的阴极性，能增大析氢的有效面积，进一步增大镁的腐蚀速度。

尽可能降低纯镁阳极中杂质元素的含量是必要的。

杂质元素的质量分数（%）应控在:

Zn<0.03.Mn<0.01.Fe<0.02,Ni<0.001}Cu<0.001.Si<0.01.但这给纯镁阳极的生产带来了困难。

一般采用合金化方法，向工业镁中加入一定量的合金元素如Mn,Al,Zn等，就可消除杂质元素的不良影响，获得性能优良的镁合金牺牲阳极材料。

一般的纯镁阳极由于电流效率很低（仅为30%左右），使用寿命短，故目前己很少使用。

2.Mg-Mn牺牲阳极

锰在镁中的溶解度为3.4％，如果熔炼方法控制适当，可得到含有少量Mn晶体的Mg-Mn单相固溶体组织。

锰是控制镁中杂质的一种很有效的净化元素，可消除杂质的不良影响，降低镁的自腐蚀速度。

在镁合金熔炼过程中，锰与铁能生成比较大的Fe-Mn化合物而沉积于溶体底部，而残留在合金中的铁则溶解于锰中或被锰所包围，不产生阴极杂质的有害作用。

但Mn在镁合金中有偏析现象，过量的Mn反而会造成合金耐蚀性及塑性的下降。

国内外生产的Mg-Mn系合金阳极的锰含量一般为0.5%-1.3%，所允许的杂质铁和铜的含量分别小于0.03%和0.02%，比纯镁阳极中允许的杂质量高出十多倍。

锰的另外一个作用是使Mg-Mn阳极在腐蚀溶解时，在镁合金表面形成比氢氧化镁膜更具保护作用的水化二氧化锰膜，使析氢作用进一步减弱。

最近，有人将少量的钙添加到Mg-Mn合金中，研究开发出一种高性能的Mg-Mn-Ca合金牺牲阳极材料，其含0.26%Mn和0.14%Ca。

与Mg-Mn合金（Mg-1.27Mn）相比，该新型合金阳极的电流效率显着提高，达到62.36%（Mg-Mn合金为50.94%），且其驱动电压也有所增大。

据研究认为加入钙后使合金晶粒细化，并且在镁基体的晶界上析出了Mg2Ca阴极性化合物，从而降低了晶间腐蚀倾向，减少了晶粒的剥落，使合金的溶解变得均匀。

这是Mg-Mn-Ca合金具有较优电化学性能的主要原因。

3.Mg-A1-Zn-Mn牺牲阳极

根据铝和锌的含量不同，性能不同，其中性能较好和获得广泛应用的主要是Mg-6Al-3Zn-Mn合金，其表面溶解均匀，电流效率大于50％.铝是阳极中的主要合金元素，可与镁形成Mg17A112强化相，提高合金的强度。

但向工业镁中单独添加铝时，可形成大量的MgAl,Mg2A13,Mg4A13等金属间化合物，这些金属间化合物的存在，都会增大镁的自腐蚀速度、加速固溶体的破坏。

锌可降低镁的腐蚀率，减小镁的负差异效应，提高阳极电流效率。

微量的锰可抵消杂质铁、镍的不良影响。

当锰的添加量为0.3%时，可使铁的允许含量达到0.02%，但同时也会降低电流效率。

因此，杂质铁的含量以及相应的锰含量应尽可能低。

铝、锌、锰的同时存在可进一步降低对工业镁中的杂质元素含量的要求。

为了获得良好的电化学性能，Mg-AI-Zn-Mn系合金的杂质含量应严格控制。

在相近的合金成分条件下，杂质少的合金的电流效率明显高于含杂质多的合金。

阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。

美国腐蚀工程师协会对阴极保护的定义是：

通过施加外加的电动势把电极的腐蚀电位移向氧化性较低的电位而使腐蚀速率降低。

牺牲阳极阴极保护就是在金属构筑物上连接或焊接电位较负的金属,如铝、锌或镁。

阳极材料不断消耗,释放出的电流供给被保护金属构筑物而阴极极化，从而实现保护。

外加电流阴极保护是通过外加直流电源向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化。

该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构。

保护电位是指阴极保护时使金属腐蚀停止（或可忽略）时所需的电位。

实践中，钢铁的保护电位常取-0.85V（CSE），也就是说，当金属处于比-0.85V（CSE）更负的电位时，该金属就受到了保护，腐蚀可以忽略。

化学反应方程式

阳极反应：

Mg－2e→Mg2＋

阴极反应：

H2O+O2+2e→2OH－

镁牺牲阳极的作用是使阴极（如钢铁等金属）的腐蚀速率降低，达到保护阴极的目的。

镁合金保护阴极的基本前提是阴极在没有外加干扰的情况下的腐蚀属于电化学腐蚀（即腐蚀的过程有电流产生），但并不是所有的电化学腐蚀都能用牺牲阳极来保护，具体的应用过程中应具备以下条件：

1）腐蚀介质必须是能导电的，以便能建立连续的电路。

2）被保护的金属材料所处的介质中要容易进行阴极化，否则耗电量大，不易进行阴极保护。

3）对于复杂的金属设备或构筑物，要考虑几何上的屏蔽作用，防止保护电流的不均匀性。

4）电绝缘（阴阳极之间）

5）电连续性（阴极系统间）

6）罐内保护禁止用镁合金牺牲阳极。

根据用途的不同，镁合金牺牲阳极的形状和尺寸也不相同，通常所用的D、S型阳极主要用在土壤环境中，带状阳极主要应用于高电阻率的土壤、淡水及空间狭窄的局部场合

六、铝合金牺牲阳极

（铝合金牺牲阳极）铝-锌-铟 系列合金牺牲阳极适于在海水介质中的船舶、机械设备、压载水舱、储罐内壁、滨海设施、海底管道、码头钢桩、海洋平台等设施金属防腐蚀的阴极保护。

常用规格有：

16kg,22kg,23kg,33kg,35kg,50kg,85kg,120kg,131kg,180kg

执行标准是U.S.Mil-A-18001K/W / GB4948－2002；

铝合金牺牲阳极驱动电压低，重量轻，电流效率高。

铝合金牺牲阳极适用在海水介质中的船舶、机械设备、海洋工程和海港设施以及海泥中管道、电缆等设施金属防腐蚀的阴极保护。

最常用的铝合金阳极有Al－Zn－In系和Al－Zn－Hg系阳极，适用于海水中的船舶、码头港口与海洋设施、海水冷却水系统与储罐沉积水部位等构筑物的阴极保护。

铝锌铟系（AZI系）牺牲阳极是用高纯度铝及锌、铟等金属合金化而铸成的。

铝合金阳极生产执行GB4948－2002《铝－锌－铟系合金牺牲阳极》。

我公司生产的铝阳极能够防止海水中钢质结构的腐蚀，广泛应用于船体、压水舱、海水管道、港口码头设施、海洋工程、钻井平台、冷凝器以及土壤介质的管道等的防腐。

因铝阳极的性能受合金的化学成分影响，所以我们提供不同成分的铝合金组合以满足顾客的要求,我公司现执行的标准有GB/T4948-2002,U.S.Mil-A-18001K、W等标准。

产品分类：

（1）普通铝合金牺牲阳极

（2）高活化铝合金牺牲阳极（3）高效铝合金牺牲阳极（4）耐高温铝合金牺牲阳极（5）镯式铝合金牺牲阳极

我公司也可以根据客户的不同需求设计并生产各种特殊规格和性能的铝合金牺牲阳极。

常用铝合金牺牲阳极规格16kg,22kg,23kg,33kg,35kg,50kg,85kg,120kg,131kg,180kg

注：

我们亦可以根据客户要求制造特殊规格化学成分的阳极。

铝合金牺牲阳极/铝-锌-铟系合金牺牲阳极适于海水介质中的船舶、机械设备、压载水舱、储罐内壁、滨海设施、海底管道、码头钢桩、海洋平台等设施金属防腐蚀的阴极保护。

七、锌合金牺牲阳极

锌合金牺牲阳极采用优质的原材料，成熟的生产工艺，先进的仪器检验，确保每支阳极符合国家标准GB/T4950-2002《锌-铝-镉合金牺牲阳极》用于管道的阳极同时符合SY/T0019-97《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》。

锌合金牺牲阳极具有以下特点：

（1）阳极自溶性小，电流效率高。

（2）阳极发生电流是自调节性能好；

（3）在条件允许的土壤环境中使用较为经济。

锌合金牺牲阳极适用于海水、淡海水介质中的船舶、压载水舱、机械设备、海洋工程和海港设施、钻井平台、港口码头、海水介质的冷凝器、水泵以及低电阻率土壤中的管道等设施金属防腐蚀的阴极保护。

常用锌合金牺牲阳极规格:

3.5kg,5kg,6.5kg，7.5kg，9kg,10kg,16kg,22kg,23kg,35kg,50kg,85kg等。

我公司也可以根据客户的不同需求设计并生产各种特殊规格和性能的锌合金牺牲阳极。

锌带牺牲阳极用于埋地长输管线、海底管线、地下管网或电缆及潮湿土壤环境下的钢结构腐蚀防护，也可用于防强电对埋地管网交流干扰或狭窄空间需要缠绕防护的钢铁结构上。

常用锌带牺牲阳极规格：

（1）25.4*31.75mm；

（2）15.88*22.23mm；

（3）12.7*14.29mm；

（4）8.73*11.91mm。

（1）牺牲阳极阴极保护系统不需要外部电源，施工内容包括：

阳极通电点处防腐层破口与补口、牺牲阳极安装、电缆敷设、测试桩安装、绝缘接头安装等。

（2）常用牺牲阳极材料包括：

镁及镁合金阳极、锌及锌合金阳极、铝合金阳极以及镁锌复合式阳极，其中铝合金阳极主要用于海洋环境中的管道或设备牺牲阳极保护。

河南汇龙合金材料有限公司

技术部

2018.12.22