鎂陽極鎂合金犧牲陽極的作用及原理

1、河南匯龍合金材料有限公司 劉珍陰極保護產品、設計、工程施工一站式服務；提供陰極保護完整解決方案鎂合金犧牲陽極的作用及原理河南匯龍合金材料有限公司2018 年 5 月技術部 劉珍1. 純鎂犧牲陽極鎂為活潑金屬， 其電化學性能受雜質和合金元素的影響很大。 當其含有少量 雜質，特別是含有析氫過電位較低的雜質時， 會使鎂的自溶傾向增大， 電流效率 降低。鎂中的一些雜質元素，如 Fe, Co, Mn是以單質的形式固溶于鎂基體中的， 而另一些雜質，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 質元素，它們相對于鎂固溶體都呈現出強烈的陰極性，能增大析氫的有效面積，河南匯龍合金材料

2、有限公司 劉珍 陰極保護產品、設計、工程施工一站式服務；提供陰極保護完整解決方案 進一步增大鎂的腐蝕速度。 盡可能降低純鎂陽極中雜質元素的含量是必要的。 雜 質元素的質量分數（應控在:Z*0.03. Mnv0.01. Fe<0.02, Ni<0.001 Cu<0.001. SivO.01.但這給純鎂陽極的生產帶來了困難。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

3、中的溶解度為 3.4，如果熔煉方法控制適當，可得到含有少量Mn晶體的 Mg-Mn 單相固溶體組織。錳是控制鎂中雜質的一種很有效的凈化元素， 可消除雜質的不良影響， 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， 不產生陰極雜質的有害作用。 但 Mn 在鎂合金中有偏析現象， 過量的 Mn 反而會造成合金耐蝕性及塑性的下降。 國內外生產的 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量高出十多倍。錳的另

4、外一個作用是使 Mg-Mn陽極在腐蝕溶解時， 在鎂合金表面形成比氫氧化鎂膜更具保護作用的水化二氧化 錳膜，使析氫作用進一步減弱。 最近，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，達到 62.36% （Mg-Mn 合金為 50.94%），且其驅動電壓也有所增大。據研究認為加入鈣后使合金晶粒細化，并且在鎂基體的晶界上析出了 Mg2Ca 陰極性化 河南匯龍合金材料有限公司 劉珍 陰極保護產品、設計、工程施工一站式服務；

5、提供陰極保護完整解決方案 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)電化學性能的主要原因。3. Mg-A1-Zn-Mn 犧牲陽極根據鋁和鋅的含量不同， 性能不同， 其中性能較好和獲得廣泛應用的主要是 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 強化相，提高合金的強度。但向工業(yè)鎂中單 獨添加鋁時，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， 都會增大鎂的自腐蝕速度、 加速固溶體的破壞。

6、鋅可降低鎂 的腐蝕率，減小鎂的負差異效應，提高陽極電流效率。微量的錳可抵消雜質鐵、 鎳的不良影響。當錳的添加量為 0.3%時，可使鐵的允許含量達到 0.02%，但同時 也會降低電流效率。 因此，雜質鐵的含量以及相應的錳含量應盡可能低。 鋁、鋅、 錳的同時存在可進一步降低對工業(yè)鎂中的雜質元素含量的要求。 為了獲得良好的 電化學性能， Mg-AI-Zn-Mn 系合金的雜質含量應嚴格控制。在相近的合金成分 條件下，雜質少的合金的電流效率明顯高于含雜質多的合金。陰極保護是基于電化學腐蝕原理的一種防腐蝕手段。 美國腐蝕工程師協會對 陰極保護的定義是： 通過施加外加的電動勢把電極的腐蝕電位移向氧化性較低的

7、 電位而使腐蝕速率降低。 犧牲陽極陰極保護就是在金屬構筑物上連接或焊接電位 較負的金屬 ,如鋁、鋅或鎂。陽極材料不斷消耗 ,釋放出的電流供給被保護金屬構 筑物而陰極極化， 從而實現保護。 外加電流陰極保護是通過外加直流電源向被保 護金屬通以陰極電流， 使之陰極極化。 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河南匯龍合金材料有限公司 劉珍陰極保護產品、設計、工程施工一站式服務；提供陰極保護完整解決方案保護電位是指陰極保護時使金屬腐蝕停止 （或可忽略） 時所需的電位。 實踐 中，鋼鐵的保護電位常取-0.85V （CSE,也就是說，當金屬處于比-0.85V （CSE 更負的電位時，

8、該金屬就受到了保護，腐蝕可以忽略?；瘜W反應方程式陽極反應：Mg 2e Mg2陰極反應：H20+ O2+2e 20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， 達到保護陰 極的目的。鎂合金保護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 化學腐蝕（即腐蝕的過程有電流產生） ，但并不是所有的電化學腐蝕都能用犧牲 陽極來保護，具體的應用過程中應具備以下條件：1）腐蝕介質必須是能導電的，以便能建立連續(xù)的電路。2）被保護的金屬材料所處的介質中要容易進行陰極化，否則耗電量大，不 易進行陰極保護。3）對于復雜的金屬設備或構筑物，要考慮幾何上的屏蔽作用，防止保護電 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）罐內保護禁止用鎂合金犧牲陽極。D、根據用途的不同，鎂合金犧牲陽極的形狀和尺寸也不相同，通常所用的S型陽極主要用在土壤環(huán)境中，帶狀陽極主要應用于高電阻率的土壤、淡水及空 間狹窄的局部場合。按國標GB/T17731-2009鎂合金