镁合金牺牲阳极的工作电位是其电化学性能的核心参数,直接影响保护电流的大小和稳定性。其工作电位并非固定值,而是受环境因素、阳极自身特性、安装条件等多方面影响:
一、环境介质特性
环境是决定工作电位的核心,不同介质的物理化学性质会显著改变阳极表面的腐蚀状态和电位。
1. 介质电阻率(导电性):介质电阻率越高,电流通过时的欧姆压降越大,阳极工作电位会向“正方向偏移”。例如:镁合金在电阻率100Ω・m 的干燥土壤中,工作电位可能比在10Ω・m 的湿润土壤中高0.05~0.1V(相对CSE)。
2. 介质 pH 值(酸碱度):氢离子浓度高,阳极表面易发生剧烈的化学腐蚀,导致工作电位暂时变负,但长期会因腐蚀产物难以稳定附着,电位波动较大。碱性环境易形成致密的Mg(OH)₂钝化膜,阻碍阳极溶解,工作电位向正方向偏移,甚至可能因钝化导致保护电流骤降。中性环境电位最稳定,通常为镁合金的理想工作区间。
3. 介质中的离子浓度:氯离子:常见于海水、盐渍土,会破坏阳极表面的钝化膜,使阳极保持活性,工作电位更负;硫酸根在高浓度下可能与镁离子形成难溶的MgSO₄・7H₂O,覆盖阳极表面,导致电位正移。
4. 溶解氧含量:氧含量高的环境会加速阳极的“耗氧腐蚀”,使阳极表面形成氧化膜,工作电位略向正方向偏移;缺氧环境中,氧化膜难以形成,阳极更易溶解,工作电位相对更负。
二、阳极自身特性
阳极的材质、成分及表面状态会影响其电化学活性,进而改变工作电位。
1. 合金成分:有益元素镁锰合金中,锰可减少铁、镍等杂质的有害影响,使阳极表面腐蚀更均匀,工作电位波动小;有害杂质含量超标时,会在阳极表面形成高电位的金属颗粒,引发局部腐蚀,导致工作电位瞬间变正,破坏保护效果。
2. 阳极表面状态:新制备阳极表面洁净,无氧化膜,工作电位较负;长期使用后表面覆盖腐蚀产物,若产物致密,会阻碍溶解,使工作电位正移;若产物疏松脱落,电位会恢复至较负状态;如酸洗去除氧化膜后,阳极活性增强,工作电位暂时变负。
3. 阳极尺寸与形状:小尺寸阳极(在高电阻环境中,电流分布集中,表面电流密度大,易形成局部高电位区;大尺寸阳极或组合阳极,电流分布更均匀,工作电位更稳定。
三、安装与运行条件
阳极与被保护体的连接方式、回路电阻等会直接影响工作时的电位。
1. 连接点接触不良会导致回路电阻增大,欧姆压降升高,使阳极工作电位正移。例如:连接电阻从 0.1Ω增至1Ω时,若保护电流为1A,欧姆压降从0.1V 增至1V,工作电位可能因此升高0.9V。
2. 阳极与被保护体距离过远,会增大土壤/介质的电阻,导致回路中欧姆压降增大,工作电位正移;距离过近,可能导致局部电流密度过高,阳极表面腐蚀不均,电位波动。
3. 工作电流密度增大时,阳极表面溶解速率加快,易形成“活化状态”,工作电位略向负方向偏移;电流密度过高,可能导致表面出现“过钝化”,反而使电位正移。
四、温度
低温环境介质黏度增加,离子扩散速率减慢,阳极溶解速率降低,工作电位略向正方向偏移;高温环境加速阳极表面反应,腐蚀产物易脱落,阳极活性增强,工作电位更负。
