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海港防腐鋅合金犧牲陽極的工作原理

更新時(shí)間:2025-06-13 [舉報(bào)]
海港防腐鋅合金犧牲陽極的工作原理,本質(zhì)上是利用電化學(xué)腐蝕原理對海港設(shè)施(如碼頭鋼樁、船舶外殼、海底管道等)進(jìn)行陰極保護(hù),通過鋅合金陽極的 “犧牲” 來避免被保護(hù)金屬遭受腐蝕。以下是具體原理及關(guān)鍵要點(diǎn)的詳細(xì)解析:
海港環(huán)境中,金屬設(shè)施(如鋼鐵)與海水、海泥等電解質(zhì)接觸時(shí),會(huì)因金屬表面的電化學(xué)不均勻性(如雜質(zhì)、應(yīng)力差異等)形成微電池:電極電位較負(fù)的區(qū)域成為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)(失去電子),被腐蝕;電極電位較正的區(qū)域成為陰極,發(fā)生還原反應(yīng)(獲得電子),被保護(hù)。
電位差驅(qū)動(dòng)電子轉(zhuǎn)移
鋅合金的電極電位(相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極約為 - 0.76V,實(shí)際在海水中的開路電位≤-1.05V(SCE))比鋼鐵(約 - 0.03V(SCE))更負(fù),因此當(dāng)鋅合金陽極通過導(dǎo)線與海港金屬設(shè)施連接后,兩者在海水電解質(zhì)中形成宏觀電池:鋅合金作為陽極:失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng):Zn - 2e? → Zn2?;金屬設(shè)施作為陰極:獲得鋅陽極轉(zhuǎn)移的電子,表面被極化至陰極電位,抑制自身的氧化反應(yīng)(即腐蝕)。
陽極溶解與陰極保護(hù)的持續(xù)過程
鋅合金陽極在海水中逐漸溶解,釋放電子,而電子通過導(dǎo)線源源不斷流向被保護(hù)金屬,使其表面形成一層陰極極化膜,阻止金屬離子的溶出。此時(shí),金屬設(shè)施的腐蝕速率顯著降低,甚至接近零。
海水的強(qiáng)電解質(zhì)特性
海水含有大量鹽分(如 NaCl),導(dǎo)電性強(qiáng),能有效傳導(dǎo)電流,使鋅陽極與金屬設(shè)施形成良好的電化學(xué)回路,保護(hù)電流的持續(xù)供應(yīng)。
鋅合金的電化學(xué)性能優(yōu)勢
電位穩(wěn)定:在海水中電位較負(fù)且穩(wěn)定,能提供持續(xù)的保護(hù)電位;電流:鋅合金(如添加 Al、Cd 等元素)的電流效率≥65%(GB/T 4950 標(biāo)準(zhǔn)),實(shí)際電容量≥530A?h/kg,可釋放電子;溶解均勻性好:腐蝕產(chǎn)物(Zn (OH)?等)易脫落,避免陽極表面形成絕緣層,持續(xù)反應(yīng)。
填包料與輔助措施(如有)
部分海港場景中,鋅陽極可能包裹填包料(如石膏粉、膨潤土等),目的是:
降低陽極與海水的接觸電阻,增強(qiáng)導(dǎo)電性;維持陽極周圍電解質(zhì)環(huán)境的穩(wěn)定性,延長陽極使用壽命。
保護(hù)電位:被保護(hù)金屬的電位需極化至 - 0.85V(SCE)以下(海水中的標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)電位),確保腐蝕完全被抑制;
保護(hù)電流密度:根據(jù)海港設(shè)施的材質(zhì)、面積及海水腐蝕性,計(jì)算所需的小保護(hù)電流(如鋼鐵在海水中的保護(hù)電流密度約為 10-30mA/m2),鋅陽極需提供足夠的電流輸出。
鋅合金犧牲陽極通過自身在電化學(xué)電池中的陽極溶解,將電子 “奉獻(xiàn)” 給被保護(hù)的海港金屬設(shè)施,使其成為陰極而免受腐蝕。這種方法無需外部電源,安裝簡便,適用于海港、海洋工程等長期浸泡在電解質(zhì)中的場景,是一種經(jīng)濟(jì)有效的防腐手段。
標(biāo)簽:鋅陽極鋅合金犧牲陽極
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