鎂合金犧牲陽極及其在防腐蝕工程中的應(yīng)用分析

程會芹 郭金獅

（1.北京華電海外技術(shù)有限公司，2.華電運(yùn)營發(fā)電集團(tuán)有限公司，北京 100053）

鎂合金犧牲陽極及其在防腐蝕工程中的應(yīng)用分析

程會芹1郭金獅2

（1.北京華電海外技術(shù)有限公司，2.華電運(yùn)營發(fā)電集團(tuán)有限公司，北京 100053）

國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)離不開金屬材料，對金屬材料的腐蝕防護(hù)是促進(jìn)國民生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，這也成為了學(xué)者們研究的重點(diǎn)之一。本文由鎂的基本特點(diǎn)引出鎂作為金屬陽極的電化學(xué)指標(biāo)，并對以鎂合金材料為犧牲陽極的研究和應(yīng)用作出分析，以期對未來犧牲陽極材料的研究做出貢獻(xiàn)。

鎂合金；犧牲陽極；防腐蝕；應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，人們的日常生活生產(chǎn)已經(jīng)由依靠銅、鐵等重金屬材料制作的工具到不斷發(fā)展鋁合金，鎂合金等輕金屬材料工具。鎂、鋁合金的低密度和良好的強(qiáng)度、剛性、尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性使得制造業(yè)的發(fā)展越來越前景廣闊，但除了用于制造業(yè)以外，鎂合金由于主要成分鎂的屬性活潑，能與大多數(shù)金屬元素發(fā)生氧化還原反應(yīng)，加上目前電化學(xué)防腐技術(shù)的進(jìn)步，人們便利用鎂合金的屬性活潑且原材料儲量大等特點(diǎn)將其作為犧牲陽極保護(hù)陰極金屬及設(shè)備，并將該項技術(shù)廣泛應(yīng)用于防腐蝕工程中。

1 鎂的基本特點(diǎn)及存在形式

鎂是一種活潑的金屬元素，廣泛存在于地表和海水中，世界首份純凈金屬鎂是1808年由英國科學(xué)家戴維通過還原氧化鎂制得的，現(xiàn)在工業(yè)上通常利用電解熔融氯化鎂制得金屬鎂，這種銀白色的輕堿土金屬具有如下特點(diǎn)：①化學(xué)性質(zhì)活潑，能與酸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，但與水和堿都不發(fā)生反應(yīng)，常用作還原劑去置換較不活潑的金屬如鈦、鈾、鈹?shù)龋虎阪V具有一般金屬的光澤和延展性，常用于制造輕金屬合金并應(yīng)用于飛機(jī)導(dǎo)彈等制造業(yè)；③活潑金屬在空氣中極易被氧化形成氧化物，在氧氣中燃燒時反應(yīng)劇烈并放出大量熱能，鎂也是如此，人們利用鎂在氧氣中劇烈燃燒發(fā)出白光制作煙火、閃光粉、照明彈等；④鎂還能與二氧化碳發(fā)生燃燒反應(yīng)，因此鎂燃燒不能使用二氧化碳滅火器。除此以外，鎂是動植物生命發(fā)展必不可缺的大量元素。

由于其活潑的屬性，鎂在自然界中無法以單質(zhì)狀態(tài)存在，常以化合物的形式存在，如菱鎂礦、白云石，光鹵石等。

2 關(guān)于鎂陽極的電化學(xué)性能指標(biāo)

鎂是電化學(xué)中犧牲陽極的熱門金屬材料，純鎂的電化學(xué)性能容易受到雜質(zhì)的影響，不論是以單質(zhì)形式溶于鎂中的Fe、Co、Mn，還是與鎂結(jié)合形成化合物的Al、Zn、Ni、Cu都會加速鎂的自腐蝕，降低電流效率，因此工業(yè)生產(chǎn)中多使用鎂合金作為犧牲陽極材料。

鎂陽極的電化學(xué)性能在上世紀(jì)末就有了國家標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

表1 鎂陽極的電化學(xué)性能

注:1.所有電位相對飽和甘汞電極；2.土壤介質(zhì)用填充料配方為：硫酸鈣75%、硫酸鈉5%、膨潤土20%。

3 鎂合金犧牲陽極及其在防腐蝕工程中的應(yīng)用

犧牲陽極的電化學(xué)防腐法是根據(jù)金屬的還原性犧牲與外加電源正極相接的陽極金屬，使與外加電源負(fù)極相接的陰極金屬得到電子從而得到保護(hù)。一般作為犧牲陽極的金屬首先要求其電極電位要負(fù)于受保護(hù)金屬，其作為陽極電容量大，理論發(fā)生電量較大，其次要求陽極金屬有較高的電流效率提高陰極金屬的受保護(hù)率，此外，陽極金屬要求是價格低廉儲量豐富的金屬材料，電解產(chǎn)生的產(chǎn)物應(yīng)是無毒無污染的。

鎂合金是犧牲陽極的主流材料，人們在工業(yè)生產(chǎn)中使用較多的有Mg-Mn系合金、Mg-Al-Zn-Mn系合金以及鎂包鋁、鎂包鋅的雙金屬復(fù)合材料。錳在鎂合金中能夠消除雜質(zhì)對鎂自腐蝕速度的影響，相當(dāng)于“凈化劑”的存在，但過量的錳會導(dǎo)致鎂合金耐腐蝕性和可塑性能力的降低，有研究表明，在土壤中鎂合金的腐蝕速率下降，通過鎂合金表面的沉積物可以推斷出是由于土壤中的鈣鹽和鎂鹽作用，由此在鎂合金中加入適量的鈣能延緩鎂合金的自腐蝕。鋁和鎂一樣都是合金的主要組成元素，但鋁的存在會使得鎂加速自腐蝕，鋅的加入則可以大大減緩腐蝕速率，因此工業(yè)生產(chǎn)中常用的鎂合金多含有錳、鋁、鋅等元素。人們可以通過改變各元素含量的實(shí)驗來得到電流效率最佳的各元素含量配比，即便如此，雜質(zhì)的含量仍需要控制，減少雜質(zhì)才能提高電流效率。復(fù)合金屬材料則可以更好地適應(yīng)陰極保護(hù)所需極化電流的變化，避免了陽極材料的浪費(fèi)，如胡士信學(xué)者研究出的鎂包鋅復(fù)合犧牲陽極便是很好的鎂鋅混合犧牲陽極替代物。

利用犧牲陽極法能有效地延長陰極金屬的受保護(hù)期，且成本要小于其他保護(hù)措施，因此犧牲陽極法在防腐蝕中工程使用率較高，鎂合金犧牲陽極材料也廣泛地應(yīng)用于各類防腐蝕工程中，如城市地下煤氣管道和石油運(yùn)輸管道的防腐蝕保護(hù)、生物化學(xué)工程的設(shè)備防腐蝕保護(hù)、熱電廠和石油化工廠的淡水換熱器的防腐蝕保護(hù)、江河水庫的攔污閘門的防腐蝕保護(hù)等。

4 結(jié)語

由于鎂的儲量較大，鎂合金制作成本較低，且鎂的化學(xué)性質(zhì)較活潑，能與絕大多數(shù)金屬元素發(fā)生置換反應(yīng)，得到的產(chǎn)物對環(huán)境友好，鎂合金成為了目前生產(chǎn)中較為熱門的犧牲陽極材料，并廣泛應(yīng)用于各類防腐蝕工程如地下管道維護(hù)、生化設(shè)備維護(hù)和特殊環(huán)境的設(shè)備維護(hù)中。隨著人們對其研究的深入，目前已經(jīng)有了在生產(chǎn)中較為主流的鎂合金元素組成含量比，但仍需要我們繼續(xù)研究鎂合金的電化學(xué)性能，開發(fā)出經(jīng)濟(jì)效益更大、更能實(shí)現(xiàn)人們防腐蝕目標(biāo)的環(huán)保的鎂合金材料。

[1]馬麗杰,郭忠誠,宋曰海等.鎂合金犧牲陽極及其在防腐蝕工程中的應(yīng)用[J].2003,6(3):38-42.

[2]何榮.陰極保護(hù)在城市煤氣管道上的應(yīng)用[J].腐蝕與防護(hù),1988,(4):34-38.