牺牲阳极（阳极随电流被消耗的现象）

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更新时间：2023-05-22
牺牲阳极
阳极随电流被消耗的现象
牺牲阳极是指电解池理论金属做阳极情况下，阳极（金属）随着流出的电流而逐渐消耗。牺牲阳极通常仅经济地应用在保护电流需要量小的构筑物上和低土壤电阻率环境中。
基本信息
中文名
牺牲阳极
出处
电化学
电解池
理论
应用
没有供电条件或出现不经济的情况
内容
对牺牲阳极概念的解释
初级定义
牺牲阳极
定义1：阳极随着流出的电流而逐渐消耗，所以，称为牺牲阳极，这种阳极消耗快，安设位置及方法必须便于更换。低电位金属材料有镁、镁合金、纯锌、锌合金、铝合金等。
定义2：这种方法称牺牲阳极法阴极保护这类活泼金属或合金则称为牺牲阳极。牺牲阳极法阴极保护是应用最早的一种电化学保护技术。
定义3：得到阳极的保护，阳极逐步被消耗，故称为牺牲阳极。
中级定义
定义4：由于该金属的腐蚀对原有腐蚀电池提供保护，加快了自身的腐蚀，因此称为牺牲阳极。牺牲阳极材料应能满足下列要求：（l）要有足够的负电位，而且很稳定；2）强制电流法就是给被保护金属结构施加一个阴极电流，而给辅助阳极施加阳极电流，构成一个腐蚀电流，以使金属结构得到保护。
牺牲阳极
定义5：牺牲阳极（sacrificial anode）由电位较负的金属材料制成，当它与被保护的管道连接时，自身发生优先离解，从而抑制了管道的腐蚀，故称为牺牲阳极。牺牲阳极应有足够负的稳定电位，以保持足够大的驱动电压：同时有较大的理论发生电量，还要有高而稳定的电流效率。
定义6：中电位够负的金属或合金称为牺牲阳极。考虑到原油气本身易爆的危险性避免杂散电流原油储罐内部采用外加电流防腐蚀法没有可靠性。
定义7：在阴极（被保护结构）得到保护的同时，阳极不断地被消耗，故称为牺牲阳极。3种理想的阳极物质是镁、铝和锌，它们在自然环境中的腐蚀电位达到-10V（相对Cu|CuSO4，下同）
高级定义
定义8：该电位较负的电极称为牺牲阳极，因为随着电流的不断流动，阳极材料不断消耗掉。作为牺牲阳极材料，金属或合金必须满足以下条件：⑴电位足够负，可供应充分的电子使被保护金属设备发生阴极极化。
系统要求
牺牲阳极通常仅经济地应用在保护电流需要量小的构筑物上和低土壤电阻率环境中。此外，当没有供电条件或出现不经济的情况时才有应用价值。
适用于土壤中的牺牲阳极材料主要是镁，在海水中是锌和铝。为了使电流输出尽量保持稳定和降低阳极接地电阻，土壤中的牺牲阳极周围应采用化学填包料，主要由75%的硫酸钙，20%的膨润土和5%硫酸钠混合而成。牺牲阳极不能埋放在焦炭中，在成组使用时，阳极间距至少应是3m。阳极顶部土壤覆盖层厚度至少为0.6m。为了能够测量断电电位，牺牲阳极应通过测量盒与管道相连接，牺牲阳极在交流牵引系统附近地区应用时，阳极体上的交流感应持续电压不应超过20V。
阳极要求
1、电位足够负，但不宜太负，以免阴极区产生析氢反应；
2、阳极的极化率要小，电位极电流输出要稳定；
3、阳极材料的电容量要大；
4、必须有高的电流效率；
5、溶解均匀。容易脱落；
6、材料价格低廉，来源充分。
7、产生的腐蚀产物应是无毒无害，不污染环境，无公害之虞；
理解
金属或合金的电化学氧化。将金属或合金的制件作为阳极，采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。例如铝阳极氧化，将铝及其合金置于相应电解液（如硫酸、铬酸、草酸等）中作为阳极，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳极的铝或其合金氧化，表面上形成氧化铝薄层，其厚度为5～20微米，硬质阳极氧化膜可达60～200微米。阳极氧化后的铝或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可达250～500千克/平方毫米，良好的耐热性，硬质阳极氧化膜熔点高达2320K，优良的绝缘性，耐击穿电压高达2000V，增强了抗腐蚀性能，在
盐雾中经几千小时不腐蚀。氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机气缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力强可着色成各种美观艳丽的色彩。有色金属或其合金（如铝、镁及其合金等）都可进行阳极氧化处理，这种方法广泛用于机械零件，飞机汽车部件，精密仪器及无线电器材，日用品和建筑装饰等方面。
延伸
在电学和化学领域（电池、电路、阴极射线管等等）中，正极表示电势高的电极，负极表示电势低的电极，分别与英语的positive electrode和negative electrode对应。但是对于阳极和阴极而言，阳极永远发生氧化反应，阴极永远发生还原反应。
应用
牺牲阳极
例如：钢闸门的保护，有的就应用这种方法。它是用一种更为活泼的金属，如锌等，连接在钢闸门上。这样，当发生电化学腐蚀时，被腐蚀的就是那种比铁更活泼的金属，而铁被保护了。通常在轮船的尾部和在船壳的水线以下部分，装上一定数量的锌块，来防止船壳等的腐蚀，就是应用的这种方法。电化学保护法的应用除海水或河道中钢铁设备的保护外，还应用于防止电缆、石油管道、地下设备和化工设备等的腐蚀。
维护
管道牺牲阳极保护日常维护工作量不多，除按外加电流阴极保护的要求进行保护电位测量，测试桩维护保养，绝缘法兰检测，接地故障排除等工作外，建议每月测定各参数。据此分析管道保护状况。若阳极性能变坏，则需采取相应措施。
材料
作为牺牲阳极材料，必须能满足以下要求：
1、要有足够负的稳定电位；
2、自腐蚀速率小且腐蚀均匀，要有高而稳定的电流效率；
3、电化学当量高，即单位重量产生的电流量大；
4、工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱落；
5、腐蚀产物不污染环境，无公害；
6、材料来源广，加工容易，价格低廉。
常用的牺牲阳极品种有镁基、锌基和铝基合金3类。
锌是我们日常生活中比较常见的一种金属，在元素周期表中锌的原子量是65.4，密度是7.14g/cm，化合价是+2，具有420摄氏度的熔点。
锌是一种电位为负性的金属，它的标准电位是负的0.76V，在海水中高纯锌的稳定电位向负向游动偏移的，在PH值不同时，锌的腐蚀率也不一样，在pH小于6时和pH大于12时，锌的腐蚀率都较大；但是在6-12的pH值的范围内锌的腐蚀率比较小。
其中的杂质也会对锌的阳极腐蚀率跟阳极行为产生很大影响。杂质的存在，会形成局部的腐蚀电源，可以形成局部电池，这些电池可以使得锌的表面上形成氢氧化物，形成坚固的覆盖层防止进一步的发生溶解。这样形成覆盖层的方式可以用在阴极保护系统中。
施工安装
1.袋装牺牲阳极应使用适当夯实的材料回填。当阳极和专用填包料分开供应时，阳极应置于填包料的中心位置，并且在回填前将填包料捣实。在所有的操作中均应小心，确保导线和接头不受损伤。为避免张应力，导线应留有充分的松弛度。
2.在使用手镯式阳极的位置，阳极下方的管道覆盖层应没有缺陷。安装手镯式阳极时，应小心进行以防损伤覆盖层。如果在管道上喷涂混凝土后，应去除阳极表面上所有混凝土，如果使用钢筋混凝土，在阳极和钢筋网之间或钢筋网和管道之间严禁有金属接触。
3.在使用袋装阳极的位置，可以挖沟或犁沟埋设，根据要求使用或不使用化学填包料，通常与被保护管道的管段平行。
水下阳极
水下的金属结构物使用牺牲阳极，通常3个月左右进行一次测量，主要是测量各个测量点的电位，阳极输出电流等数值。
还要注意的是电缆与水下结构金属相连的阳极，应该定期的检查电缆，避免因波浪、船只造成的破坏及时修复。
在构筑物对水的保护电位不够负时，这时就要更换阳极，还要考虑提出其他阳极进行检查。
还有就是固定在水下构筑物的，无法测量输出电流，只能根据保护电位测量。
海水的污染程度有时也会影响阳极的工作性能。