鎂合金犧牲陽極的工作電位是其電化學(xué)性能的核心參數(shù),直接影響保護(hù)電流的大小和穩(wěn)定性。其工作電位并非固定值,而是受環(huán)境因素、陽極自身特性、安裝條件等多方面影響:
一、環(huán)境介質(zhì)特性
環(huán)境是決定工作電位的核心,不同介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)會(huì)顯著改變陽極表面的腐蝕狀態(tài)和電位。
1. 介質(zhì)電阻率(導(dǎo)電性):介質(zhì)電阻率越高,電流通過時(shí)的歐姆壓降越大,陽極工作電位會(huì)向“正方向偏移”。例如:鎂合金在電阻率100Ω・m 的干燥土壤中,工作電位可能比在10Ω・m 的濕潤土壤中高0.05~0.1V(相對(duì)CSE)。
2. 介質(zhì) pH 值(酸堿度):氫離子濃度高,陽極表面易發(fā)生劇烈的化學(xué)腐蝕,導(dǎo)致工作電位暫時(shí)變負(fù),但長期會(huì)因腐蝕產(chǎn)物難以穩(wěn)定附著,電位波動(dòng)較大。堿性環(huán)境易形成致密的Mg(OH)₂鈍化膜,阻礙陽極溶解,工作電位向正方向偏移,甚至可能因鈍化導(dǎo)致保護(hù)電流驟降。中性環(huán)境電位最穩(wěn)定,通常為鎂合金的理想工作區(qū)間。
3. 介質(zhì)中的離子濃度:氯離子:常見于海水、鹽漬土,會(huì)破壞陽極表面的鈍化膜,使陽極保持活性,工作電位更負(fù);硫酸根在高濃度下可能與鎂離子形成難溶的MgSO₄・7H₂O,覆蓋陽極表面,導(dǎo)致電位正移。
4. 溶解氧含量:氧含量高的環(huán)境會(huì)加速陽極的“耗氧腐蝕”,使陽極表面形成氧化膜,工作電位略向正方向偏移;缺氧環(huán)境中,氧化膜難以形成,陽極更易溶解,工作電位相對(duì)更負(fù)。
二、陽極自身特性
陽極的材質(zhì)、成分及表面狀態(tài)會(huì)影響其電化學(xué)活性,進(jìn)而改變工作電位。
1. 合金成分:有益元素鎂錳合金中,錳可減少鐵、鎳等雜質(zhì)的有害影響,使陽極表面腐蝕更均勻,工作電位波動(dòng);有害雜質(zhì)含量超標(biāo)時(shí),會(huì)在陽極表面形成高電位的金屬顆粒,引發(fā)局部腐蝕,導(dǎo)致工作電位瞬間變正,破壞保護(hù)效果。
2. 陽極表面狀態(tài):新制備陽極表面潔凈,無氧化膜,工作電位較負(fù);長期使用后表面覆蓋腐蝕產(chǎn)物,若產(chǎn)物致密,會(huì)阻礙溶解,使工作電位正移;若產(chǎn)物疏松脫落,電位會(huì)恢復(fù)至較負(fù)狀態(tài);如酸洗去除氧化膜后,陽極活性增強(qiáng),工作電位暫時(shí)變負(fù)。
3. 陽極尺寸與形狀:小尺寸陽極(在高電阻環(huán)境中,電流分布集中,表面電流密度大,易形成局部高電位區(qū);大尺寸陽極或組合陽極,電流分布更均勻,工作電位更穩(wěn)定。
三、安裝與運(yùn)行條件
陽極與被保護(hù)體的連接方式、回路電阻等會(huì)直接影響工作時(shí)的電位。
1. 連接點(diǎn)接觸不良會(huì)導(dǎo)致回路電阻增大,歐姆壓降升高,使陽極工作電位正移。例如:連接電阻從 0.1Ω增至1Ω時(shí),若保護(hù)電流為1A,歐姆壓降從0.1V 增至1V,工作電位可能因此升高0.9V。
2. 陽極與被保護(hù)體距離過遠(yuǎn),會(huì)增大土壤/介質(zhì)的電阻,導(dǎo)致回路中歐姆壓降增大,工作電位正移;距離過近,可能導(dǎo)致局部電流密度過高,陽極表面腐蝕不均,電位波動(dòng)。
3. 工作電流密度增大時(shí),陽極表面溶解速率加快,易形成“活化狀態(tài)”,工作電位略向負(fù)方向偏移;電流密度過高,可能導(dǎo)致表面出現(xiàn)“過鈍化”,反而使電位正移。
四、溫度
低溫環(huán)境介質(zhì)黏度增加,離子擴(kuò)散速率減慢,陽極溶解速率降低,工作電位略向正方向偏移;高溫環(huán)境加速陽極表面反應(yīng),腐蝕產(chǎn)物易脫落,陽極活性增強(qiáng),工作電位更負(fù)。