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    一、　辅助阳极的基本要求
    在外加电流阴极保护系统中与直流电源正极相连接的电极称为辅助阳极。它的作用是使外加阴极电流得以从阳极经过介质流到被保护体, 构成电流的回路。辅助阳极的电化学性能、机械性能、工艺性能以及阳极的形状, 布置方法等均对阴极保护的效果有重要的影响, 因此, 必须合理地选用阳极材料。辅助阳极应满足以下要求:
    (1) 具有良好的导电性和较小的表面输出电阻;
    (2) 在高电流密度下阳极极化小, 而排流量大。即在一定的电压下, 阳极单位面积上能通过较大的电流;
    (3) 具有较低的溶解速度, 耐蚀性好, 使用寿命长;
    (4) 具有一定的机械强度、耐磨、耐冲击振动;
    (5) 材料带源方便, 价格便宜, 容易制作。
    目前, 外加电流阴极保护系统中采用的辅助阳极品种甚多, 基本上可分为可溶性阳极和难溶性阳极两大类。下面逐一分别作介绍。
　 二、可溶性阳极材料
    1、废钢铁　废钢铁容易获得, 机械加工性能较好, 而且工作电流密度范围很宽, 在早期的阳极保护系统中使用较多, 是辅助阳极中容易得到的材料。它往往是报废的管道、钢轨、钢桩和机器部件等。但是,废钢铁阳极的溶解速度很大, 在海水中以10A/m2的电流密度使用时消耗率达到10g/A·a。目前, 废钢铁阳极已很少应用, 只有在高电阻介质中才考虑。
    2、 铝和铝合金：铝也是早期的外加电流辅助阳极材料之一, 它材料来源广, 制造容易, 加工方便。铝阳极在使用电流密度50A/m2 时消耗率等于6kg/A·a。过去曾作为保护船舶的“拖牵式”线阳极, 拖在船的尾部海水中, 现已不再使用。铝的腐蚀产物无毒、无色, 工作时不析出氯气, 所以可用于封闭的容器和淡水储罐的保护中。有的研究表明, 用铝作辅助阳极, 其溶解产物还能起到一定的降垢和缓蚀作用。
    三、难溶性阳极材料
    1、石墨：石墨是由炭在电阻炉中通以大电流加热时形成的晶体材料, 具有良好的导电性和化学稳定性。石墨是多孔材料, 作为辅助阳极时表层内部微孔直接氧化, 造成表面软化而损坏。若使用前采用沥青或树脂浸渍, 可提高其抗氧化能力, 延长使用寿命。在NaCl 溶液或海水中工作时, 石墨阳极上同时析出氯气和氧气, 氯气对石墨无害而氧气使石墨氧化, 增大其消耗率, 石墨阳极的平均消耗率约为200g/A·a, 在特殊情况下会超过1kg/A·a。石墨性脆, 易破损, 机械强度低, 不适宜在船舶保护上应用, 它通常用于固定结构的阴极保护, 如地下管线和岸边码头。在土壤中使用石墨阳极, 需要用碳粒填充料做一个地床, 以减小阳极接地电阻。
    2、高硅铸铁：高硅铸铁是指含Si14%～18%的铁合金, 以区别于其他成分的Fe2Si 合金(含Si4%～10% ) , 外加电流阴极保护中用的高硅铸铁辅助阳极含Si14.5% , 为了提高其耐蚀性, 可在合金中加5%Cr 及1%M n, 或加1%～3%Mo。高硅铸铁具有较高的耐蚀性, 尤其耐酸的腐蚀, 因为在它表面上形成含SiO2 的保护膜, 由于SiO2 在碱中是可溶的, 高硅铸铁在碱溶液中耐蚀性不好。高硅铸铁质硬, 性脆易碎, 不易加工, 通常采用一次浇注成型。在海港码头、近海平台、海底管线或在接触淡水、土壤的工程设施中都可以采用这种阳极材料。在海水中工作电流密度为10A/m2时普通高硅铸铁阳极的消耗率为0.2kg/A·a, 而加Mo的阳极消耗率为0.02kg/A·a。在淡水中, 当电阻率大于10Ωm时, 高硅铸铁的消耗率比碳钢低得多, 不超过0.12kg/A·a。当淡水温度高于50℃时, 最好用含铬的高硅铸铁。高硅铸铁在土壤中, 可以单独使用, 或在阳极周围填充炭质填充料。如果土壤中含有相当浓度的氯离子, 最好用含铬高硅铸铁。
    3、 磁性氧化铁：磁性氧化铁, 即Fe3O4, 为一种矿物。由于结晶结构中有缺陷, 所以具有电子导电性。它具有较高的耐蚀性。在100A/m2 的电流密度下, 磁性氧化铁阳极的消耗率约为1.5g/A·a, 在160A/m2 时, 消耗率仍很小, 为2.5g/A ·a。这种阳极材料可用于海水、低盐度水、淡水及土壤中。但是,由于磁性氧化铁性脆、铸造困难、电阻较大(0.8Ωm ) , 国内在阴极保护中应用很少, 在瑞典, 磁性氧化铁阳极广泛用于土壤、海水和淡水中, 在日本则主要用于土壤中。在那些石墨阳极和高硅铸铁阳极失效的环境介质中, 如高含量氯化物和硫酸盐的土壤,磁性氧化铁的应用却令人满意,这种阳极结构为中空有底的园柱形, 长920mm、壁厚5～10mm、外径约60mm。为增加导电性能, 园筒内壁要镀上一层铜, 导线连接在内壁的上端部位。
    4、铅银合金：铅银合金是在海水中用得较多的微溶性阳极材料, 通电后在其表面形成一层导电的PbO2保护膜。纯铅在海水中不能用作阳极, 因为其表面生成一层高阻抗的氧化铅, 导致电极材料的腐蚀破坏, 在铅中加入1%～3%合金元素银, 可明显抑制氧化铅的生成。
    目前, 铅银合金在国内外广泛用作海水介质中外加电流阴极保护的辅助阳极, 具有较长的使用寿命和较稳定的阳极极化电位。铅银合金在深海处工作时, 消耗率增大, 例如在200m 深的海水中以150A/m2的电流密度通电时消耗率要比正常情况增加一倍多。船用铅银合金阳极形状有长条形和园盘形, 详细型号规格参见国标。为了提高铅银合金阳极的工作稳定性和增大排流量, 可在铅银合金表面镶嵌铂丝, 制成铅银微铂阳极。微量铂能够大大提高铅银合金表面的电催化活性, 使得这类阳极的含银量可降到1%。铅铂面积比为500～1000∶1.
    5、铂系阳极：铂是化学稳定性很高的贵金属,在各种环境介质中作辅助阳极都具有极高的耐蚀性, 因此又被称为不溶性阳极。但是, 铂是价格昂贵且稀有的金属材料, 不可能在阴极保护中大规模应用。目前在外加电流阴极保护系统中使用的铂系阳极都是以钛、铌或钽为基体, 复盖一层铂的薄膜制成的, 这样既可节省铂, 而又保持了铂的优良性能。制备铂复盖层的方法有电镀, 爆炸成型, 挤压成型等。
    下面分别进行介绍:
    1) 镀铂钛　在钛基体上电镀一层铂, 铂层厚度一般为2.5～10μm。镀铂钛是舰船保护中使用较多的一种阳极材料, 使用寿命可达5a 以上。由于体积小(φ144mm 盘) , 排流量大, 深受军用舰艇外加电流阴极保护系统的青睐。镀铂钛阳极的推广应用受到钛基体上氧化膜击穿电位的限制。当阳极电位达到12V 时, 钛上的氧化膜易被破坏并引起局部腐蚀。所以, 这种阳极只能用在导电好的海水中。
    2) 铂钛复合阳极　采用爆炸成型法制备, 包铂层厚度≥10υm, 形状为长条形, 尺寸920mm×180mm×40mm。该阳极在电流≤50A下使用寿命可达20a。与镀铂钛阳极一样, 铂钛复合阳极适合在海水介质中应用。
    3) 铂铌复合阳极　采用挤压成型法制备, 有丝状、棒状和板状多种形状, 包铂层厚度≥10μm。船用铂铌复合阳极的型号规格见国标。该阳极允许使用的工作电压可超过40V , 因此除了海水还可在导电较差的介质中应用。据报道, 在北海油田某平台阴极保护中采用了直径20mm , 长1000mm 的棒状铂铌复合阳极, 取得了满意的效果。铌是稀有金属,价格昂贵, 所以用得有限。
    4) 铂钽复合阳极　采用挤压成型法制备, 为长条网状电极。上海宝钢原料码头阴极保护采用日本进口铂钽复合阳极, 尺寸为1960mm×20mm×0.125mm , 包铂层厚度为6μm。每支阳极输出大约3A 的电流, 为了保护阳极不受碰撞, 外套PVC管,其尺寸为<89×2100mm。整座码头共安装铂钽复合阳极2280 支。经过十余年使用, 最近对阳极普查结果表明, 大部分包铂层完好。一部分铂钽阳极失效是由于电缆与阳极端部连接损坏所造成的, 与包铂层本身无关。由于这类阳极的工作电压可超过80V , 在电阻率高的淡水中仍表现出优良的电化学性能和很高的耐蚀性。但是, 钽是稀有金属、不易获得, 价格昂贵, 不可能大量推广应用。
    5、 钛基金属氧化物　：钛基金属氧化物是20 世纪60 年代后发展起来的一类难溶性阳极材料。因其耐蚀性和电化学性能可与金属铂媲美, 而价格要便宜得多, 所以受到冶金、化工、环保以及防腐蚀各行业的重视。

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