鎂合金犧牲陽極的工作電位是其電化學性能的核心參數,直接影響保護電流的大小和穩定性。其工作電位并非固定值,而是受環境因素、陽極自身特性、安裝條件等多方面影響:
一、環境介質特性
環境是決定工作電位的核心,不同介質的物理化學性質會顯著改變陽極表面的腐蝕狀態和電位。
1. 介質電阻率(導電性):介質電阻率越高,電流通過時的歐姆壓降越大,陽極工作電位會向“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CSE)。
2. 介質 pH 值(酸堿度):氫離子濃度高,陽極表面易發生劇烈的化學腐蝕,導致工作電位暫時變負,但長期會因腐蝕產物難以穩定附著,電位波動較大。堿性環境易形成致密的Mg(OH)₂鈍化膜,阻礙陽極溶解,工作電位向正方向偏移,甚至可能因鈍化導致保護電流驟降。中性環境電位最穩定,通常為鎂合金的理想工作區間。
3. 介質中的離子濃度:氯離子:常見于海水、鹽漬土,會破壞陽極表面的鈍化膜,使陽極保持活性,工作電位更負;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,導致電位正移。
4. 溶解氧含量:氧含量高的環境會加速陽極的“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;缺氧環境中,氧化膜難以形成,陽極更易溶解,工作電位相對更負。
二、陽極自身特性
陽極的材質、成分及表面狀態會影響其電化學活性,進而改變工作電位。
1. 合金成分:有益元素鎂錳合金中,錳可減少鐵、鎳等雜質的有害影響,使陽極表面腐蝕更均勻,工作電位波動小;有害雜質含量超標時,會在陽極表面形成高電位的金屬顆粒,引發局部腐蝕,導致工作電位瞬間變正,破壞保護效果。
2. 陽極表面狀態:新制備陽極表面潔凈,無氧化膜,工作電位較負;長期使用后表面覆蓋腐蝕產物,若產物致密,會阻礙溶解,使工作電位正移;若產物疏松脫落,電位會恢復至較負狀態;如酸洗去除氧化膜后,陽極活性增強,工作電位暫時變負。
3. 陽極尺寸與形狀:小尺寸陽極(在高電阻環境中,電流分布集中,表面電流密度大,易形成局部高電位區;大尺寸陽極或組合陽極,電流分布更均勻,工作電位更穩定。
三、安裝與運行條件
陽極與被保護體的連接方式、回路電阻等會直接影響工作時的電位。
1. 連接點接觸不良會導致回路電阻增大,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,若保護電流為1A,歐姆壓降從0.1V 增至1V,工作電位可能因此升高0.9V。
2. 陽極與被保護體距離過遠,會增大土壤/介質的電阻,導致回路中歐姆壓降增大,工作電位正移;距離過近,可能導致局部電流密度過高,陽極表面腐蝕不均,電位波動。
3. 工作電流密度增大時,陽極表面溶解速率加快,易形成“活化狀態”,工作電位略向負方向偏移;電流密度過高,可能導致表面出現“過鈍化”,反而使電位正移。
四、溫度
低溫環境介質黏度增加,離子擴散速率減慢,陽極溶解速率降低,工作電位略向正方向偏移;高溫環境加速陽極表面反應,腐蝕產物易脫落,陽極活性增強,工作電位更負。
