阴极保护基本原理(5)

40℃时，锌阳极的驱动电位下降，并发生晶间腐蚀。高于60℃时，它与钢铁的极性发生逆转，变成阴极受到保护，而钢铁变成阳极受到腐蚀。所以，锌阳极仅能用于温度低于40℃的环境。 化学成分

AL Cd Fe Cu Pb Si Zn

0.3-0.6 0.05-0.12 0.005 0.005 0.006 0.125 Balance 电化学性能

项目 开路电位V 理论电容量 电流效率 性能 -1.05-1.09 820A.h/Kg 90% 锌阳极消耗量计算 W=8760It/ZUQ

I=阳极电流输出(Amps) t=设计寿命(years) U=电流效率(0.90) Z=理论电容量(827Ah/kg) Q=阳极使用率（85%） W=阳极重量(Kg)

3、铝牺牲阳极 大多用于海水环境金属结构或原油储罐内底板的阴极保护。其电极电位为1.05VCSE。电容量随温度递减，可参考公式：

Z=2000-27(T-20)，(T阳极工作温度℃)。

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铝阳极用量计算： W=8760It/ZUQ

I=阳极电流输出(Amps) t=设计寿命(years) U=电流效率(0.95) Z=理论电容量(2000Ah/kg) Q=阳极利用率(85%） W=阳极重量(Kg)

4、带状阳极 为了减小阳极接地电阻，有时会采用带状镁阳极或锌阳极。阳极带沿被保护结构铺设，使电流分布更加均匀。当阳极带沿管道铺设时，每隔一段距离就应该与管道连接一次。间距不应太大，因为随着阳极的消耗，截面积不断减小，阳极带电阻会逐步增大。为了减少沿阳极带的电压降，连接间隔一般不大于305米。如果将带状阳极直接埋到土壤或回填砂中，阳极可能会发生自身腐蚀，使用寿命缩短。带状阳极的一般规格为19x9.5mmx305m每卷。

5、回填料 当使用填料时，阳极的电流输出效率提高。如果将阳极直接埋入土壤，由于土壤的成分不均匀，会造成阳极自身腐蚀，从而降低阳极效率。采用填料，一是保持水分，降低阳极的接地电阻，二是使阳极表面均匀腐蚀，提高阳极利用效率。

外加电流阴极保护用阳极材料

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内容：

外加电流阴极保护是防止地下金属结构如管道、储罐、等腐蚀的有效方法。辅助阳极是外加电流系统中的重要组成部分，其作用是将保护电流经过介质传递到被保护结构物表面上。

1、对阳极的性能要求

地下结构物外加电流阴极保护用阳极通常并不直接埋在土壤中，而是在阳极周围填充碳质回填料而构成阳极地床。碳质回填料通常包括冶金焦碳、石油焦碳和石墨颗粒等。回填料的作用是降低阳极地床的接地电阻，延长阳极的使用寿命。

针对阳极的工作环境，结合实际工程的要求，理想的埋地用辅助阳极应当具有如下性能：

(1)良好的导电性能，工作电流密度大，极化小；

(2)在苛刻的环境中，有良好的化学和电化学稳定性，消耗率低，寿命长；

(3)机械性能好，不易损坏，便于加工制造，运输和安装； (4)综合保护费用低。 2、各类阳极的性能特点 2.1 废钢铁阳极

废钢铁是早期外加电流阴极保护常用阳极材料，其来源广泛，价格低廉。由于是溶解性阳极，表面很少析出气体，因

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而地床中不存在气阻问题。其缺点是消耗速率大，在土壤中为8.4kg/A.a，使用寿命较短，多用于临时性保护或高电阻率土壤中。 2.2 石墨阳极

石墨是由碳素在高温加热后形成的晶体材料，通常用石蜡、亚麻油或树脂进行浸渍处理，以减少电解质的渗入，增加机械强度。经浸渍处理后，石墨阳极的消耗率将明显减小。石墨阳极在地床中的允许电流密度为5～10A/m2。

石墨阳极价格较低，并易于加工，但软而脆，不适于易产生冲刷和冲击作用的环境，在运输和安装时易损坏，随着新的阳极材料出现，其在地床中的应用逐渐减少。 2.3 高硅铸铁阳极

高硅铸铁几乎可适用于各种环境介质如海水、淡水、咸水、土壤中。当阳极电流通过时，在其表面会发生氧化，形成一层薄的SiO2多孔保护膜，极耐酸，可阻止基体材料的腐蚀，降低阳极的溶解速率。但该膜不耐碱和卤素离子的作用。当土壤或水中氯离子含量大于200×10-4%时，须采用加4.0%～4.5%Cr的含铬高硅铸铁。高硅铸铁阳极在干燥和含有较高硫酸盐的环境中性能不佳，因为表面的保护膜不易形成或易受到损坏。

高硅铸铁阳极具有良好的导电性能，高硅铸铁阳极的允许电流密度为5～80A/m2，消耗率小于0.5kg/A.a。除用于焦碳地

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床中以外，高硅铸铁阳极有时也可直接埋在低电阻率土壤中。

高硅铸铁硬度很高，耐磨蚀和冲刷作用，但不易机械加工，只能铸造成型，另外脆性大，搬运和安装时易损坏。为提高阳极利用率，减少“尖端效应”，可采用中间连接的圆筒形阳极。 2.5 铂阳极

铂阳极是在钛、铌、钽等阀金属基体上被覆一薄层铂而构成的复合阳极。铂层复合的方法很多，如水溶液电镀、熔盐镀、离子镀、点焊包覆、爆炸焊接包覆、冶金拉拔或轧制、热分解沉积等。铂阳极的特点是工作电流密度大，消耗速率小、重量轻，已在海水、淡水阴极保护中得到广泛使用。 钛和铌是应用最多的阳极基体，钽用得较少，这是因为其价格高，而铌和钛通常又能满足使用性能要求。在含有氯离子介质中，钛的击穿电位为12～14V，而铌的击穿电位为40～50V。因此在地下水中含有较高氯离子的深井地床中采用铂铌阳极更为可靠。

由于铂阳极价格较昂贵，不可能大面积采用；在地床中消耗速率大；而且地床接地电阻随时间延长逐渐增大，所以铂阳极在地床中远不如高硅铸铁和石墨阳极用得广泛，并且有人不推荐在地床中使用铂阳极。 2.6 聚合物阳极

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