镁合金牺牲阳极电流效率

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1、镁合金牺牲阳极电流效率快速测定鹤壁职业技术学院材料工程系中国有色金属工业协会镁业分会培训基地鹤壁职业技术学院维恩克镁业学院摘要:介绍金属的腐蚀和防护，当前的镁牺牲阳极电流效率试验方法即ASTM标准《14天测定》，提出电流效率《1天测定》的快速检测设计，用以制定我国自主的镁阳极电性能检测标准。关键词：牺牲阳极电极电位电流效率电容量防护电量比照表前言90年代开始，我国镁工业进入快速发展期。我国镁产量近年来一直位居全球第一。我国虽然已是全球镁的生产大国和出口大国，但远不是镁工业强国。阳极的电化学性能是用户关心的重要品质。论述镁牺牲阳极电化

2、学性能实验室快速测定，目标是提高电流效率的测定效率，提高镁阳极的开发研究效率。一、金属的防腐（一）金属的电化学腐蚀因环境作用，金属自发地形成氧化物、硫化物等各种化合物而丧失金属本性的过程叫做腐蚀。金属表面在潮湿空气及电解质溶液中，因形成微电池而发生电化学作用引起的腐蚀，叫做电化学腐蚀。金属腐蚀中以电化学腐蚀情况最为严重。工业上使用的金属不可能完全是纯净的，经常存在一些杂质金属的电位和杂质的电位不相同，这就构成了以金属和杂质为电极的许许多多原电池，通常称之为微电池，联接两个电极、电流在两极间通过，构成了外电路。电池自发地在两极上发生化

3、学反应，并产生电流，化学能转化为电能，金属发生了腐蚀。（二）金属的防腐金属防腐常用的方法有：①用油漆、搪瓷等非金属涂覆保护。②用镀锌等金属进行的电镀金属保护。③用牺牲阳极或外加电源进行的阴极电保护等。牺牲阳极电化学防护是金属本质的保护。在外加电源防腐中，阴极与外加电源负极相接，接受电源负极的电子，发生还原反应。保护了阴极金属。在牺牲阳极防护的装置中，阳极电子补充了阴极的电子损失，阴极金属得到了保护。6比如：在以铁为阴极的电路中：Fe3++e-→Fe2+Fe2++2e-→Fe作为阴极的钢铁制品得到了保护。（三）牺牲阳极法金属防护牺牲阳

4、极法是在被保护的金属上，联结一个电位更负的金属作为阳极，依靠阳极不断溶解产生的电子对阴极进行保护。作为牺牲阳极的金属：①要求它的电极电位比被保护的金属足够负以造成一定的驱动电压。②要求阳极的理论发生电量高，阳极电容量大，即阳极溶解时产生的电量较大。③阳极必须有较高的电流效率，高的电流效率表示阳极溶解产生的电量绝大部分用于阴极保护。美国的专家在金属的电化学防腐，尤其是牺牲阳极防腐的规范上进行了较长而且是深刻的理论研究，发表了电化学金属防腐的专著，规范了《应用地下镁牺牲阳极试样实验室评估的标准试验方法》ASTM标准：G97-97，本文中

5、简称《14天测定》。二、镁牺牲阳极电流效率测定方法的现状（一）镁阳极电化学性能测试目前使用的是美国ASTM标准，该方法的试验期为14天，生产的实践反映，该测定的周期太长，不能及时反馈生产中的阳极品质。该标准自身规定它的意义和应用时称：“本试验作为评估镁阳极的指南，本试验和实际服役特性之间的相关程度还没有完全确定”。（二）阴极保护包括阳极装置的设计、安装、检测、维护和修理。北美为阳极的最大市场，占全球的一半。美国牺牲阳极年产值达6000万美元。作为牺牲阳极的镁合金以每年20%的速度增长，2002年起，我国镁阳极生产5000吨，成为全球

6、最大的出口国，占全球市场份额的50%，2006年维恩克（鹤壁）镁阳极生产达6000吨，全球第一，全部出口。（三）我国缺乏镁阳极保护的设计规范，特别是应用地下的镁阳极设计规范，人们对镁阳极不甚了解，缺乏经验。电流效率指的是达到阴极保护时，理论计算需要的电量和实际消耗的电量之比。实际消耗的电量总是大于理论计算的电量，是因为在电极上要发生一系列的副反应以及漏电现象。所以电流效率不能达到100%。电极上进行的反应与电解质的种类、溶剂的性质、电极的材料、外加的电源电压、离子的浓度、环境的温度等因素密切相关。电流效率越大，阳极的使用寿命越长。电

7、流效率测定的14天试验期在时间上制约了镁阳极的快速开发。制定电流效率1天至3天的快速测定标准势在必行。三、镁阳极电流效率快速测定的电化学原理6(一)电流效率测定的装置实质是一个电解池快速测定中，电解质由CuSO4担任，不再模拟填充材料的环境。在CuSO4溶液中，CuSO4离解为Cu+2和SO4-2，Cu+2在电场力作用下，移向阴极获得外电池负极提供的电子还原为Cu析出，阴极发生还原反应。在阳极，镁失去电子变成Mg+2进入溶液，与SO4-2结合成MgSO4，阳极发生氧化反应。较高的电压和较大的电流使Cu+2在阴极铜棒上较快地获得电子还

8、原成Cu析出，阳极的镁也能较快地置换出溶液中的Cu+2而进入溶液，快速的反应加速了阳极电流效率的测定。比照《14天测定》结果，可制定《1天测定》和《14天测定》比照表，报告阳极电流效率作为评估镁阳极的指南。（二）《1天测定》反应分析1