鎂合金犧牲陽(yáng)極及其在防腐蝕工程中的應(yīng)用分析

程會(huì)芹 郭金獅

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

鎂合金犧牲陽(yáng)極及其在防腐蝕工程中的應(yīng)用分析

程會(huì)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(yíng)發(fā)電集團(tuán)有限公司，北京 100053）

國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)離不開金屬材料，對(duì)金屬材料的腐蝕防護(hù)是促進(jìn)國(guó)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(yáng)極的電化學(xué)指標(biāo)，并對(duì)以鎂合金材料為犧牲陽(yáng)極的研究和應(yīng)用作出分析，以期對(duì)未來(lái)犧牲陽(yáng)極材料的研究做出貢獻(xiàn)。

鎂合金；犧牲陽(yáng)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(lái)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(chǔ)量大等特點(diǎn)將其作為犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極金屬及設(shè)備，并將該項(xiàng)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(guó)科學(xué)家戴維通過(guò)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(shí)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(dòng)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(wú)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(yáng)極的電化學(xué)性能指標(biāo)

鎂是電化學(xué)中犧牲陽(yáng)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(huì)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(yáng)極材料。

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

表1 鎂陽(yáng)極的電化學(xué)性能

注:1.所有電位相對(duì)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(rùn)土20%。

3 鎂合金犧牲陽(yáng)極及其在防腐蝕工程中的應(yīng)用

犧牲陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極電容量大，理論發(fā)生電量較大，其次要求陽(yáng)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(yáng)極金屬要求是價(jià)格低廉儲(chǔ)量豐富的金屬材料，電解產(chǎn)生的產(chǎn)物應(yīng)是無(wú)毒無(wú)污染的。

鎂合金是犧牲陽(yáng)極的主流材料，人們?cè)诠I(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?gòu)?fù)合材料。錳在鎂合金中能夠消除雜質(zhì)對(duì)鎂自腐蝕速度的影響，相當(dāng)于“凈化劑”的存在，但過(guò)量的錳會(huì)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(guò)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(huì)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(guò)改變各元素含量的實(shí)驗(yàn)來(lái)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(yáng)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(yáng)極便是很好的鎂鋅混合犧牲陽(yáng)極替代物。

利用犧牲陽(yáng)極法能有效地延長(zhǎng)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(yáng)極法在防腐蝕中工程使用率較高，鎂合金犧牲陽(yáng)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(kù)的攔污閘門的防腐蝕保護(hù)等。

4 結(jié)語(yǔ)

由于鎂的儲(chǔ)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(duì)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(yáng)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(duì)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(chéng),宋曰海等.鎂合金犧牲陽(yáng)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.