焦作市华宇镁业有限公司

铝合金牺牲阳极

铝合金牺牲阳极是一种重要的防腐蚀材料，以下是关于它的详细介绍：

我公司生产的铝合金牺牲阳极采用优良的原材料，成熟的生产工艺，先进的仪器检验，确保每只阳极符合国标GB/T4950-2002《锌-铝-镉合金牺牲阳极》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。常见的铝合金牺牲阳极规格16KG，22KG，23KG,35KG，50KG，85KG高温时铝表面氧化膜更致密，所以随温度的升高，铝合金阳极电位正移，而高温时，铝合金存在严重的晶间腐蚀，晶粒大，易脱落，又会导致电流效率降低。所以在常温下性能优越的牺牲阳极材料，在高温下不一定适用.

在电阻率高的腐蚀介质中或者高温环境中，铝阳极表面易形成保护性钝化膜。从而促使阳极电极电位正移，有效降低驱动电压，如果选用不好或成分不足原料进行加工生产阳极溶解量少，输出电流减小，不能满足高电阻率介质中阴极保护的需要。所以，合格的成分及性能，是保证牺牲阳极质量的关键因素。

在铝阳极施工时与钢结构撞击有引发火花的可能性。不宜用在高电阻率的介质中。不推荐在土壤中使用.

一、基本原理

• 牺牲阳极保护法

  • 原理：在电化学腐蚀过程中，将被保护的金属结构（如钢铁管道、船体等）与一种更活泼的金属（即铝合金牺牲阳极）连接在一起，形成一个原电池。在这个原电池中，铝合金牺牲阳极作为负极，被保护的金属作为正极。由于铝合金的电极电位比被保护金属更负，因此在电解质溶液（例如海水、土壤中的水分等）存在的环境下，铝合金会优先失去电子被氧化，从而将电子传递给被保护金属，使被保护金属的电位降低，抑制其自身的腐蚀反应，达到保护的目的。

  • 举例：如果将铝合金牺牲阳极与钢铁在海水中连接，铝合金会逐渐腐蚀，而钢铁的腐蚀速度则会大大降低。

二、铝合金牺牲阳极的成分与性能特点

• 成分

  • 主要元素：铝合金牺牲阳极的主要成分是铝，同时还含有其他合金元素。典型的铝合金牺牲阳极含有锌、铟、锡等元素。锌元素的加入可以提高阳极的电流效率，使阳极在工作过程中能够更有效地输出电流；铟元素能够降低铝合金的阳极极化，使阳极的电位更负，从而更好地保护被保护金属；锡元素也有助于改善阳极的性能，如提高阳极的活性等。

  • 杂质元素的影响：除了有益的合金元素外，铝合金中还可能存在一些杂质元素，如铁、铜等。当铁元素含量过高时，会导致铝合金牺牲阳极的自腐蚀速度加快，因为铁会在铝合金内部形成微电池，消耗铝合金本身，降低其对被保护金属的保护效果。铜元素含量过多也会产生类似的问题，同时还可能导致阳极电位正移，使保护电位范围变窄。

• 性能特点

  • 电位特性：铝合金牺牲阳极具有合适的电位，一般其开路电位在 - 1.05V 到 - 1.18V（相对于饱和甘汞电极）之间。这个电位范围使得铝合金牺牲阳极能够在多种环境下有效地保护钢铁等金属结构。在实际应用中，通过调整合金元素的含量，可以在一定范围内调节阳极的电位，以适应不同的被保护金属和使用环境。

  • 电流效率：优质的铝合金牺牲阳极电流效率较高，通常可以达到 85% - 95%。电流效率是指阳极在溶解过程中实际输出的用于保护被保护金属的电流与理论上根据阳极溶解量计算得到的电流的比值。高电流效率意味着阳极材料能够更充分地发挥其保护作用，减少材料的浪费。

  • 溶解特性：铝合金牺牲阳极在工作过程中应均匀溶解，避免出现局部溶解过快的现象。如果阳极溶解不均匀，可能会导致部分区域过早失效，无法持续为被保护金属提供足够的保护。良好的铝合金牺牲阳极材料能够在电解质溶液中以相对稳定的速率溶解，保证保护效果的长期稳定性。

三、生产工艺

• 熔炼

  • 原料准备：将高纯度的铝锭、锌锭、铟锭等原料按照一定的配比准备好。在选择原料时，要严格控制杂质含量，尤其是铁、铜等杂质元素的含量，以确保铝合金牺牲阳极的质量。

  • 熔炼过程：把准备好的原料放入熔炉中进行熔炼。熔炼温度一般控制在 700 - 800℃之间，这个温度范围有利于各种原料的充分熔化和合金化。在熔炼过程中，需要对炉内的合金液进行搅拌，以确保合金成分均匀。搅拌方式可以采用机械搅拌或电磁搅拌等，搅拌时间根据熔炉的大小和合金液的量而定，一般为 15 - 30 分钟。

• 铸造

  • 模具准备：根据铝合金牺牲阳极的形状和尺寸要求准备好铸造模具。模具的材质一般选用耐热铸铁或钢模具，模具表面要进行良好的处理，以保证阳极铸件的表面质量。

  • 浇铸：将熔炼好的合金液在合适的温度下浇铸到模具中。浇铸温度通常略高于合金的液相线温度，一般在 650 - 750℃之间。浇铸速度要适中，过快可能导致铸件出现气孔、缩松等缺陷，过慢则会影响生产效率。

• 加工与处理

  • 机械加工：铸造出来的铝合金牺牲阳极坯料需要进行机械加工，以获得符合要求的尺寸和形状。常见的加工方式包括切割、钻孔、车削等。在机械加工过程中，要注意控制加工精度，避免对阳极的性能产生不良影响。

  • 表面处理：铝合金牺牲阳极的表面处理是一个重要环节。表面处理的目的是提高阳极的表面质量，增强其在电解质溶液中的活性。常见的表面处理方法有酸洗、碱洗等化学处理方法，以及喷砂等物理处理方法。酸洗可以去除阳极表面的氧化膜和杂质，碱洗则有助于中和表面的酸性物质，喷砂可以使阳极表面更加粗糙，增加其与电解质溶液的接触面积。

四、应用领域

• 海洋工程领域

  • 船舶保护：在船舶的外壳底部、压载水舱等部位安装铝合金牺牲阳极，可以有效防止海水对船舶金属结构的腐蚀。一艘大型船舶通常需要安装多个铝合金牺牲阳极，其安装位置和数量根据船舶的尺寸、结构和航行环境等因素来确定。

  • 海洋平台保护：海洋石油开采平台等海上结构物处于恶劣的海洋环境中，面临着海水、海生物附着、潮汐变化等多种因素引起的腐蚀问题。铝合金牺牲阳极可以为这些平台的钢质支撑结构、导管架等提供长期稳定的腐蚀保护，延长海洋平台的使用寿命。

• 埋地金属结构保护

  • 输油输气管道保护：埋地的输油、输气管道穿越不同的地质环境，土壤中的水分、盐分、酸碱度等因素都会导致管道腐蚀。在管道沿线合理安装铝合金牺牲阳极，可以使管道的腐蚀速率显著降低。一般根据管道的直径、材质、土壤腐蚀性等条件来设计阳极的规格和安装间距。

  • 电缆桥架保护：埋地电缆桥架在地下环境中容易受到腐蚀，铝合金牺牲阳极能够保护其金属部件，确保通信和电力传输的安全。

五、质量检测与标准

• 质量检测方法

  • 电位测量：通过电位差计等专业仪器测量铝合金牺牲阳极的电位。测量时要在模拟实际使用环境的电解质溶液中进行，以准确反映阳极的电位特性。如果阳极的电位不在规定范围内，可能表明其合金成分存在问题或在生产过程中有缺陷。

  • 电流效率测试：电流效率测试需要在实验室中搭建专门的测试装置，通过测量阳极在一定时间内的溶解量以及输出的电流，计算出电流效率。这种测试可以评估阳极材料的性能好坏，优质的阳极材料应该具有较高的电流效率。

  • 溶解均匀性观察：将铝合金牺牲阳极样品放置在电解质溶液中进行浸泡试验，在试验过程中定期观察阳极的溶解情况。可以通过肉眼观察或借助显微镜等工具，查看阳极是否存在局部溶解过快或过慢的现象，以判断其溶解均匀性。

• 相关标准：在国际上，铝合金牺牲阳极的生产和使用遵循相关标准，如 ISO 15589 - 1 标准规定了埋地或水下金属管道的阴极保护要求，其中对铝合金牺牲阳极的性能、安装等方面都有详细规定；在国内，GB/T 4948 - 2002《铝 - 锌 - 铟系合金牺牲阳极》标准对铝合金牺牲阳极的化学成分、电化学性能、尺寸规格等进行了规范。

铝合金牺牲阳极在众多领域的金属防腐蚀方面发挥着至关重要的作用，随着技术的不断发展，其性能和应用范围也将不断优化和扩大。