牺牲阳极的效率根据牺牲阳极的合金成分和所应用的环境有关。　　对于牺牲阳极，释放电流是因为阳极向被保护结构提供的阴极保护电流，还有一部分是因为其表面上的局部自腐蚀电池。　　阳极的消耗与其表面释放的电流成正比。　　牺牲阳极的效率是指用于阴极保护电流所消耗的金属与金属总消耗的比率。镁阳极效率一般低于50%，而锌阳极的效率可达到90%，铝阳极的效率可达到85%。　　上述三种牺牲阳极广泛应用于阴极保护系统中

发布时间：2025-05-14

　　腐蚀对于国民的经济发展，人类的生活和社会环境造成很大的破坏，大多数长输管道埋在地下，由于土壤中的水份、空气、水溶性矿物盐和酸、碱这些成分都会使金属管道遭到腐蚀和破坏。因此　　阴极保护在我国的应用始于1958年，到了60年代，阴极保护已经广泛的应用于输油管道。到目前为止，几乎所有输油气管道、储罐、海洋结构都施加了阴极保护。牺牲阳极阴极保护的原理是利用不同金属的电位差异，为受保护的金属提供电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态.　　金属表面各点电位降低到同一负电位，使金属表面各点之间不再有电位差，不再有电子的流动，金属原子不再失去电子而变成离子溶入溶液,达到减缓腐蚀的目的。由于在实现阴极保护过程中，较活泼的金属被腐蚀，所以被称为牺牲阳极阴极保护。　　这种方法简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型或处于低土壤电阻率环境下的金属结构。　　因此在水介质中，镁表面的微观腐蚀电池驱动力大，保护膜易于溶解，镁的自腐蚀很强烈，适用于电阻率较高的土壤和淡水中金属构件的保护。它由纯镁和镁合金组成，它具有高驱动电压、低电流效率、高造价的特点。　　锌阳极的种类很多，可以根据顾客的要求提供不同形状的锌阳极,如矩形,方形,镯式,以及其他各种异型。　　锌牺牲阳极自腐蚀速率小，电流效率高，使用寿命长，具有自动调节电流性的特性，锌阳极的阴极保护 法是在被保护钢铁设备上连接一种更易失去电子的金属或合金。它是一种比较活泼的金属，当发生电化学腐蚀时，被腐蚀的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，来防止船壳的腐蚀。

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　　根据用途，阳极材料主要分为三种类型:　　1.铝合金牺牲阳极:主要用于海洋或集装箱(储罐)的阴极保护　　2.锌合金牺牲阳极:主要用于土壤环境，在使用条件下土壤电阻率≤15ω·m　　3.镁合金牺牲阳极:主要用于土壤环境，在使用条件下土壤电阻率≥15ω·m　　工程上常用的牺牲阳极材料主要有镁及镁合金、锌及锌合金和铝合金。在一些工程项目中，由于特殊情况，采用铁阳极或锰阳极作为阴极保护的牺牲阳极。　　镁基牺牲阳极因其负开路电位和大驱动电压而广泛用于土壤、海水、海泥和工业用水中金属结构的阴极保护。然而，它的低电流效率是一个主要缺点。锌基牺牲阳极的开路电位不如镁基阳极负，驱动电压也不大，但仍可广泛用于低电阻率土壤、海水和海泥环境中的牺牲阳极保护。铝基牺牲阳极的开路电位略低于锌基阳极，其理论电容远远高于锌基和镁基阳极，具有独特的性能。然而，它是一种容易钝化的金属材料。容易在表面上产生具有良好粘附性的致密连续氧化物膜，甚至产生高电阻硬壳，这阻碍了金属的活化和溶解。目前，铝基阳极广泛用于海水中保护船舶、平台和码头等海洋结构物。它们也已经成功地应用于海洋泥浆(海底管道)和盐水系统，但是它们不能应用于土壤环境。　　镁是一种典型的轻金属，原子序数12，相对原子量24.31，密度1.74克/厘米，化合价2，熔点651℃。镁的标准电极电位为-2.37(SHE)。镁的特点是密度低，化学活性高。电极电势非常低。低极化率;驱动电位大，铁的驱动电位可达0.6V以上;理论电容很大。在镁阳极表面形成屏蔽保护膜并不容易。镁和镁合金系列牺牲阳极 具有非常低的电流效率，通常只有大约50%。很容易在镁表面形成强腐蚀性原电池，导致更高的自溶解速率。此外，这种材料在碰撞时容易产生火花，这也限 制了其在高安全性能领域的应用，如油轮、敏感易燃易爆区域等特定场所。

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　　镁阳极的腐蚀，主要是由于合金和杂质元素让镁阳极中出现了第二相，镁阳极发生化学腐蚀大多是离不开溶液的pH值、溶液的性质、合金的成分及所处环境等影响的。它的腐蚀形态主要有：电偶腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂、晶间腐蚀和丝状腐蚀和高温氧化。　　要想提高镁阳极材料的使用寿命，我们可以选择提高镁阳极的耐腐蚀，像：合金元素、杂质元素、相组成和微结构。镁阳极表面处理技术的研究，也给提升镁阳极的耐腐蚀性带来了一定的生机。也有人选择采用离子注入、激光退火和快速凝固等工艺，让金属表面形成均匀、无定形的表面结构膜。

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　　一般海船的外壳上都会嵌入锌块因为船体是用钢铁造的钢铁在海水里会发生点化学反映腐蚀船体而锌的活动性比铁强在海水中锌会比铁先反应锌失去电子被腐蚀而铁就不会被腐蚀了船体也就被保护起来在这个反应中锌作为阳极失去电子被腐蚀而铁作为阴极被保护这就是所谓的牺牲阳极的阴极保护 法。

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　　众所周知，在高电阻率土壤和淡水环境中，一般采用镁合金阳极材料来保护金属结构。镁是电化学阴极保护工程中常用的一种牺牲阳极材料，具有化学活性高、电极电位负、驱动电压高的特点。同时，在镁合金表面很难形成有效的保护膜。因此，在水介质中，微腐蚀电池对镁表面有很强的驱动力，保护膜容易溶解，镁的自腐蚀非常强，在阴极处发生析氢反应。镁基牺牲阳极有三种:纯镁、镁锰合金和镁铝锌锰合金。它们的共同特点是低密度、大理论电容、低负电势、低极化率和高驱动电压。适用于高电阻率土壤和淡水中金属部件的保护。　　镁可以为地下管道、仓库、炼油厂、电厂、污水处理厂、建筑物、油井套管等设施提供有效的阴极保护。适用于表土电阻率很高的地区，或者即使电阻率相对较低，涂膜较浅，位置高，电阻较低的地区。在这些条件下，需要一个大的浅埋阳极，并且它远离结构，以获得足够低的接地线。然而，要安装深井阳极，深层地层必须有足够的低电阻率。与表层土壤相比，在施加适当电压的情况下镁合金阳极可以产生一定的电流。当阳极安装在低电阻率地层深部时，可以获得非常均匀的结构电流分布。即使表土完全适合设计浅阳极床，镁合金阳极也适合结构密集的区域。由于浅埋阳极布置困难，只能布置在远离管道等结构的地方。

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　　镁阳极的熔炼关系到镁阳极的质量，原材料的质量、所运用到的溶剂、熔炼办法、配备等，都会影响资料质量的要素。镁阳极在熔炼时，炉料有是干燥的，没有油、氧化物和锈蚀等污染，还不能混有异种金属。溶剂有两种效果，掩盖和精粹效果。　　镁是较活泼的元素，在熔炼的进程中会被氧化，镁在焚烧时表会构成一层氧化镁薄膜，氧化镁是保温材料，疏松多孔，当镁焚烧时放出大都数热量，因为氧化镁的绝热效果，使这些热量很难散出去，外界的冷空气也进不来构成恶性循环，使表面温度急剧升高，镁溶液的氧化也就越来越严峻。镁在熔炼的进程中要使用恰当的办法来将镁熔体与空气阻隔。

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　　众所周知，在高电阻率土壤和淡水环境中，一般采用镁阳极材料来保护金属结构。镁是电化学阴极保护工程中常用的一种牺牲阳极材料，具有化学活性高、电极电位负、驱动电压高的特点。同时，在镁合金表面很难形成有效的保护膜。因此，在水介质中，微腐蚀电池对镁表面有很强的驱动力，保护膜容易溶解，镁的自腐蚀非常强，在阴极处发生析氢反应。镁基牺牲阳极有三种:纯镁、镁锰合金和镁铝锌锰合金。它们的共同特点是低密度、大理论电容、低负电势、低极化率和高驱动电压。适用于高电阻率土壤和淡水中金属部件的保护。　　镁可以为地下管道、仓库、炼油厂、电厂、污水处理厂、建筑物、油井套管等设施提供有效的阴极保护。适用于表土电阻率很高的地区，或者即使电阻率相对较低，涂膜较浅，位置高，电阻较低的地区。在这些条件下，需要一个大的浅埋阳极，并且它远离结构，以获得足够低的接地线。然而，要安装深井阳极，深层地层必须有足够的低电阻率。与表层土壤相比，在施加适当电压的情况下，镁阳极可以产生一定的电流。当阳极安装在低电阻率地层深部时，可以获得非常均匀的结构电流分布。即使表土完全适合设计浅阳极床，镁阳极也适合结构密集的区域。由于浅埋阳极布置困难，只能布置在远离管道等结构的地方。

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　　(1)电防护 法在选用时应符合以下要求：当土壤电阻率>100~2·m时不宜使用牺牲阳极牺牲阳极的使用寿命与天然气管道相匹配，一般为15a左右;所有被保护的埋地钢质管道应根据需要设置绝缘接头或绝缘法兰。　　(2)采用牺牲阳极法时，选用阳极的保护准则为：相对硫酸铜参比电极的阴极极化电位应达到一0.85V或更负;管道表面与接触电解质的稳定饱和铜/硫酸铜参比电极之问的阴极极化电位差值为100mV。　　(3)通常根据土壤电阻率选取牺牲阳极的种类(见表1)，根据保护电流的大小选取阳极的规格。　　(4)牺牲阳极的埋设分为轴向和径向，埋设位置与被保护的燃气管道的距离宜为3～5m，但不宜小于一0.3m;埋设深度在冰冻线以下，且埋设在潮湿的土壤中;埋没形式可采用立式或卧式。在阳极与被保护管道之间，严禁没置其他金属构筑物。　　(5)牺牲阳极检测桩、检测头在设置时应符合下列要求：牺牲阳极的阴极保护测试系统应能提供被保护体的自然电位、阳极性能、保护电位的功能;测试桩、检测头宜没置在燃气主干管沿线;宜每两组牺牲阳极或至少lkm处设置1个检阴极保护测试桩。

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　　金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位ηa减小，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护Cathodic Protection简称CP。由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应(失电子反应)受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。　　两种阴极保护 法：“外加电流阴极保护”和“牺牲阳极保护”。　　1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型(电流一般小于1安培)或处于低土壤电阻率环境下(土壤电阻率小于100欧姆.米)的金属结构。如，城市管网、小型储罐等。根据国内有关资料的报道，对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的使用寿命一般不会超过3年，5年。牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳，阳极的电流输出。产生该问题的主要原因是阳极成份达不到规范要求，其次是阳极所处位置土壤电阻率太高。因此，设计牺牲阳极阴极保护系统时，除了严格控制阳极成份外，一定要选择土壤电阻率低的阳极床位置。　　2、外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，使被保护金属结构电位低于周围环境。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如：长输埋地管道，大型罐群等。

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　　众所周知绝缘接头是人们根据绝缘法兰在使用过程中存在的问题进行改良的换代产品，是钢质管道阴极保护系统中必不可少的重要压力元件，广泛的应用于钢制的管道阴极保护系统。我公司研发生产的绝缘接头参照了国外产品结构，采用了独特设计，克服了绝缘法兰易泄漏、刚度小、不能埋地、寿命短等弊病，实现了埋地免维护的强大功能，使绝缘接头的使用寿命和配套的管线大致相同。　　绝缘法兰在应用设计时应当遵循以下几点：绝缘部件要使用具有高抗压强度以及具有良好稳定性的绝缘材料制成。绝缘法兰套件在安装过程中，要使法兰垫片在温度较低的时候进行安装，防止在螺栓拧紧后垫片由于热胀冷缩而松弛，导致泄漏发生。　　绝缘接头或绝缘法兰是管道阴极保护系统中必不可少的重要管件,但在现场安装时都曾出现过绝缘性达不到规范要求值的问题。对此现象进行了剖析，指出影响电绝缘性的主要原因是绝缘连接头的绝缘材料制造、装配等方面的质量问题。　　提出了提高电绝缘值的建议:　　①绝缘法兰在出厂前必须按要求进行绝缘性检查;　　②对绝缘材料制造厂提出静压吸水率的要求;　　③对绝缘接头设置渗漏观察孔,可及时检查处理密封圈或绝缘垫内的渗漏。

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　　腐蚀电化学基础，金属腐蚀是一种普遍存在的热力学倾向，在海水、淡水、土壤、超市大气和酸、盐等工业介质中服役的金属结构物和设备都会遭到腐蚀破坏，这些环境介质都是电解质体系。金属在电解质中腐蚀过程实际上是一个电化学过程。金属通过其他电解质界面处电化学反应而发生的腐蚀称为电化学腐蚀。电化学腐蚀反应是一般电化学反应规律和特征，这些规律和特征就是腐蚀电化学的基础，阴极保护就是基于腐蚀电化学原理而发展起来的控制技术。　　实施阴极保护的基本原理是，从外部对被保护金属结构物施加阴极性电流，通过阴极极化使被保护金属的电极电位负移某个保护电位范围，从而抑阻金属结构物的电化学腐蚀。阴极保护可分为牺牲阳极法和外加电流法　　牺牲阳极阴极保护：选择一种电极电位比被保护金属更负的活泼金属，把它与共同置于电解质环境中的被保护金属从外部实现电连接，活泼金属在所构成的电化学电池中为阳极而优先溶解，释放出的电子使被保护金属阴极极化到所需的电位，从而使被保护金属得到保护。牺牲阳极法阴极保护的局限性：　　1.由于输出功率小，牺牲阳极系统在高电阻环境中应慎用，过高电阻率环境中则不宜使用;　　2.可提供的保护电流小，可调节的电流范围小;　　3消耗有色金属，重量大，工作寿命短，若干年后需要更换。

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