牺牲阳极

牺牲阳极在船舶的应用

2021-10-15 10:42:11 admin

此文旨在让您对腐蚀有一个基本的了解,包括腐蚀的原因和影响,并帮助您确定应该使用哪种牺牲阳极材料保护船体免受腐蚀。在所有船东必须清楚了解的船舶维护知识中,腐蚀可能是最令人费解的。腐蚀会对船舶的维护保养和安全造成影响,某些类型的腐蚀甚至可以在几个月甚至几天内严重破坏船体。

牺牲阳极、铝阳极、锌阳极

腐蚀是什么?

腐蚀是金属部件暴露于水环境(如水)时的电化学过程,在水中和大气中都可能发生。发生腐蚀后,金属会变质,变质是指金属转变为氧化物的过程。例如,钢会降解(氧化)回到它的自然稳定状态,即生锈。

腐蚀原理

金属释放电子并变成带正电的离子,这些离子溶解在水或电解质(一种可以导电的液体)中。电子从腐蚀区域穿过金属流到附近的其它区域,并与其它物质结合在水中形成负离子。正离子流过水或电解质,并与反方向流动的负离子结合。

因此,电流在金属表面的不同区域产生,导致阳极区域的金属损失(腐蚀)。在阴极区域只有电子被放弃,所以在阴极区域没有金属丢失。事实上,阴极是受保护的。

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电化学腐蚀

当两种不同的金属(例如铜和钢)接触时,电子会从带负电的金属(阳极)流向带正电的金属(阴极)。铜和钢之间产生的电压为0.3V,电流是由正电荷离子的流动产生的,正离子从阳极进入电解液,然后从电解液流到阴极。

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电偶腐蚀图解

这种向水中释放小颗粒(离子)的速度比单独释放一种金属要快得多,而且仅限于钢的腐蚀。阴极材料(铜)受到保护。

牺牲阳极

如果你想保护金属材料免受电化学腐蚀,就必须使用活性更高的金属。最常见的金属是锌,但也使用镁和铝。这种活性金属成为阳极,被保护金属成为阴极。

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牺牲阳极示意图

锌或铝牺牲自身来保护其它金属,因此被称为牺牲阳极

为什么有些金属更容易腐蚀?

所有的金属都有氧化(腐蚀)的倾向,有些比其它金属更容易。相对比率可以绘制在电偶级数上:

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影响腐蚀的因素有哪些?

在金属表面,有些因素在显微镜下会发生变化。

电解质的导电性:海水是良导体,淡水是绝缘体,所以在海水中腐蚀更严重。

氧含量:一般来说,腐蚀速率的增加与水中的氧含量成比例。金属中的裂缝和缝隙容易成为缺氧的区域,这些区域一般成为阳极而被腐蚀。

污染物含量:加快腐蚀。

电解质流速:会增加腐蚀速率。但不锈钢中的点蚀会因此减少。

温度:更高的温度会增加腐蚀速率,温度每升高10°C,腐蚀速率增加一倍。

应力:金属在拉应力(拉伸)和腐蚀的结合下会由于应力开裂而突然失效。

生物有机体的含量:有各种类型的微生物可以放大腐蚀,或通过降低保护而造成腐蚀。

牺牲阳极需求量

牺牲阳极的表面积决定了得到多少保护(安培),重量决定了使用寿命。不同的阳极有不同的容量。

阴极阳极比

在电偶腐蚀中,阴极(保护)面积与阳极(腐蚀)表面的比例是至关重要的。阳极的面积越小,它发生的速度就越快。理想情况下,阳极面积应该比阴极面积大得多。这一比率可以通过在阴极表面涂漆来提高。

锌阳极

锌是最常用的材料。锌阳极在淡水中效果较差,一般用于海水中。有一点必须记住,如果阳极使用保持完整的外观,不代表质量很好,恰恰说明阳极质量很差,没有有效腐蚀!

铝阳极

用做牺牲阳极的铝合金与普通铝有很大的不同。它含有大约5%的锌和微量铟,可以防止氧化层的形成。铝阳极合金比锌可以提供更多的保护。铝阳极既可以在淡水中又可以在海水中工作,这是锌阳极和镁阳极所不及的。

镁阳极

镁是电活性最高的金属。它可以在淡水中使用,但必须小心使用。镁可能会过度保护铝船体,如果在盐水或微咸水,甚至污染的淡水中,会导致油漆被剥离,加速腐蚀。即使是几个小时的时间也会造成严重的损害。

哪些不能做?

不要在阳极上涂漆。

不要混合使用不同的阳极保护同种金属。

不要在铝制驱动装置上使用锌阳极。

不要在含盐或微咸水的驱动装置上使用镁阳极,因为它们会“过度保护”。

常见的船用材料

铝是船用的优良材料。铝是一种轻而结实的金属,易于加工。它具有优异的耐蚀性,因为它能够迅速形成一层氧化膜。如果不采取保护措施,它可能会变得粗糙不平或覆盖着一层粗糙的白色粉末,但这些通常是集中在表面,并没有害处。

然而,它在电偶序上非常活跃,这使得它在与较贵重的金属接触时容易发生电偶腐蚀。所以铝质船舶应该避免使用青铜、黄铜或蒙乃尔合金配件,应该使用绝缘材料以防止电偶腐蚀。推荐使用不锈钢(316)紧固件。在盐、微咸水或受污染的淡水中,镁阳极的电压过高会对铝造成过度保护。

黄铜

黄铜是铜和锌的合金。一般不建议外露使用。黄铜会发生脱锌现象,由于选择性腐蚀,黄铜中的锌会被腐蚀,留下海绵状的脆性成分。注意锰青铜是黄铜,不是真正的青铜,如果在水下使用需要电保护。

青铜

铜的青铜合金,含少量锌或不含锌。真正的青铜器坚固耐用,无论在大气中还是在水中都极耐腐蚀。青铜可能含有锡、铝、镍或磷,但最好和最广泛使用的是硅青铜,广泛用于配件和紧固件。

不锈钢

不锈钢是一种应用广泛的耐强腐蚀材料。不锈钢的抗腐蚀性归功于其铬成分,形成了一种抗附着的氧化膜。镍可改善焊接性能。18%的铬和9%的镍是最低等级的304不锈钢,更好的是316级,其中含有钼,提高了耐腐蚀性。

如果不锈钢缺乏氧气(例如,在海豹或藤壶下),它会失去氧化膜而变得活跃,并很快就会被腐蚀。这种情况也可能发生在微观裂缝中,导致几乎看不见的腐蚀发生,从而导致材料突然失效。不锈钢适用于甲板配件,不建议在水下使用,除非有阴极保护。

玻璃钢/复合材料船体

对于玻璃纤维/复合材料船体,建议在水线以下使用硅酮青铜紧固件。警告:碳(石墨)纤维是导电的,可能导致结构中的金属部件之间的电偶腐蚀。

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