什么是铝合金牺牲阳极

阳极材料按用途主要分为三类：

1.铝合金牺牲阳极：多用于海洋或容器（储罐）内阴极保护

2.锌合金牺牲阳极：多用于土壤环境,应用条件土壤电阻率≤15Ω·m

3.镁合金牺牲阳极：多用于土壤环境,应用条件土壤电阻率≥15Ω·m

工程中常用的牺牲阳极材料主要有镁和镁合金、锌和锌合金、铝合金三大类。在个别工程项目中，由于情况特殊而采用了铁阳极或锰阳极作为牺牲阳极进行阴极保护。

镁基牺牲阳极因具有很负的开路电位和很大的驱动电压等性能而广泛的应用于土壤、海水、海泥及工业水中对金属结构物进行阴极保护。但它的电流效率低，是一大缺点。锌基牺牲阳极的开路电位不如镁基阳极那么负，驱动电压不大，但它仍能在低电阻率土壤、海水、海泥环境中广泛用于牺牲阳极保护。铝基牺牲阳极的开路电位比锌基阳极略负，它的理论电容量远高于锌基和镁基阳极，具有独特的性能。但是它是易于钝化的金属材料，在其表面容易产生致密、附着性好的连续氧化膜，甚至产生一层高电阻硬壳，阻碍金属的活化溶解。目前铝基阳极广泛应用于海水中保护船舶、平台、码头等海洋结构物，在海泥（海底管道）、盐水系统也获得了成功的应用，但尚不能应用于土壤环境中。

镁是典型的轻金属，原子序数12，相对原子质量24.31，密度1.74g/cm，化合价2，熔点651℃.镁的标准电极电位-2.37（SHE）。镁的特点是：密度小具有较高的化学活泼性；电极电位很负；极化率低；驱动电位大，对铁的驱动电位可达0.6V以上；理论电容量大。在镁阳极表面不易形成屏蔽性保护膜。镁和镁合金系列牺牲阳极，电流效率很低一般只有50%左右。在镁表面易形成较为强烈的腐蚀原电池作用，导致自溶解速率较大。此外，这种材料如遇碰撞易产生火花等特点，也限制了它在高安全区性能区域的应用，例如：油轮、敏感的易燃易爆区等特定场所。

锌是一种普通的重金属，原子序数30，相对原子质量65.37，密度7.14g/cm，化合价2，熔点420℃。锌的标准电极电位为-0.76V（SHE），高纯锌在海水中的稳定电位为-0.82V（SHE）。这是一种较活泼的金属，相对于钢铁及常用的金属结构材料而言是负电性的。锌阳极在高电阻的土壤中或淡水中不太适用，通常多用于海水，、某些化学介质和低电阻率的土壤或滩涂地。锌和锌合金阳极理论发电量较小，但它作为牺牲阳极的电流效率是很高的，在海水中可达95%，在土壤中也可达到65%以上。

铝也是一种典型的轻金属，原子序数13，相对原子质量26.98，密度2.7g/cm，熔点660℃。铝的标准电极电位为-1.66V（SHE），海水中的稳定电位约为－0.53（SHE）。铝的理论电容量为2970A·h/kg，是锌的3.6倍，镁的1.35倍。铝的原料易得，制作工艺较简单价格低廉，是发展牺牲阳极的良好材料。

牺牲阳极法就是在凝汽器水室内安装一块金属作为阳极，它的电位低于被保护物（管板、管端、水室），而使整个水室、管板和管端成为阴极。在溶液（冷却水）的浸泡下，电化学腐蚀就只腐蚀装上的金属板，就是牺牲阳极保护了管板等金属免受腐蚀。受腐蚀的金属板阳极可以定期更换，材料为高纯度锌板、锌合金或纯铁。

广泛用于海洋工程中的牺牲阳极是后两者。锌合金阳极的电流效率高，使用寿命长。

铝合金阳极重量轻，电位低，发生的电流大，近年来添加了铟、镓、锡等元素使其性能显着改善，已广泛应用。常用的牺牲阳极材料有3种，即锌基、铝基和镁基合金。

牺牲阳极法用途十分广泛，海船上或海洋设施所使用的绝大部分金属都可用这种方法进行保护。

初级定义：

定义1：阳极随着流出的电流而逐渐消耗，所以，称为牺牲阳极，这种阳极消耗快，安设位置及方法必须便于更换。低电位金属材料有镁、镁合金、纯锌、锌合金、铝合金等。

定义2：这种方法称牺牲阳极法阴极保护这类活泼金属或合金则称为牺牲阳极。牺牲阳极法阴极保护是应用最早的一种电化学保护技术。

定义3：得到阳极的保护，阳极逐步被消耗，故称为牺牲阳极。

以上内容参考：百度百科-牺牲阳极

一种防止金属腐蚀的方法。

牺牲阳极的阴极保护法，又称牺牲阳极保护法，是一种防止金属腐蚀的方法，即将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。

牺牲阳极的阴极保护法实际上是牺牲负极的正极保护法，因为负极和阳极都是失电子，发生氧化反应，而正极和阴都是得电子发生还原反应，而为了不让一种金属被腐蚀就要用比他活泼的金属充当负极（阳极），所以就是牺牲阳极的阴极保护。

牺牲阳极材料：

用于牺牲阳极的材料要么是相对纯的活性金属，如锌或镁，要么是专门开发用于牺牲阳极的镁合金或铝合金。如果牺牲阳极被埋入地下，需要用一种特殊的回填材料包裹在阳极周围，以确保阳极能产生所需的电流。

牺牲阳极是通过引入另一个具有更负的电位和阳极性更强的金属来工作的，电流将从新引入的阳极流出，受保护的金属变成阴极，形成原电池。阳极表面发生氧化反应，阴极表面发生还原反应。

以上内容参考：百度百科-牺牲阳极阴极保护

产生腐蚀的特点：

1．铝及铝合金是一种高导电、导热的金属材料,在自然状态下表面极易钝化,在潮湿的酸性条件下表面氧化生成A1203、3H20,水合氧化铝本身较稳定,所以铝及铝合金制成的门窗型材是一种高性能防腐的材料.因而铝合金门窗的防腐部位主要是在五金件,五金件的电偶腐蚀不单是在本身,更受铝型材的电极影响.在一定条件下腐蚀会不间断的进行.所以,铝合金门窗用五金件在设计过程中要考虑到材质、表面保护的特殊性.

2．塑钢型材是一种非金属高绝缘材料,不会对五金件的腐蚀产生电极现象,塑钢门窗的防腐主要集中在五金件,只要五金件各零部件选材得当,再进行较好的表面保护处理,就能达到经久耐用的目的.

腐蚀机理概念

1．一般讲铝合金门窗五金件的锈蚀是一个化学反应和电化学反应过程,也是一个多种物质的多种形式的反应,很难用一种或两种反应方式进行解释,但造成铝合金门窗五金件锈蚀损坏的原因,在自然条件下主要是电化学腐蚀.

2．铝合金门窗一般是由铝(型材)、不锈钢(组件)、锌合金(组件)、碳素钢(组件)等组成.这些不同电极电位又相互接触的金属在腐蚀介质中组成原电池,从而发生电化学腐蚀.尤其在海洋大气、工业大气中,铝合金门窗的这种材质结构就决定了发生电化学腐蚀的必然性.其中铝合金型材由于本身易于钝化,电位相对其它材料讲由负变正,从而减缓或停止腐蚀,而电位较负的钢制零件会加剧腐蚀,造成五金件的损坏.

3．影响五金件腐蚀的气象因素

(1)湿度：由于空气中的水分凝聚成液态水膜是形成腐蚀原电池的必要条件,因此空气的湿度是主要因素,当湿度达到某一临界值时表面形成水膜,腐蚀速度加剧.

(2)温度：高温高湿时,气温升高加速腐蚀.温度交变由高温骤降时(晚问),使大气中的水汽凝聚成膜,也可加速腐蚀过程.潮湿时间愈长,腐蚀也愈严重.一般讲昼夜温差大于6度,气温在550度的范围内变化时,只要相对湿度达到65-75％就会出现凝雾现象.

(3)大气污染：正常情况下,空气中的腐蚀介质很少,只有氧对金属的腐蚀是经常性的,但随着各国工业企业的不断崛起,空气中的有害气体和粉尘也大量增加,如煤、煤油、柴油燃烧后生成的二氧化碳、二氧化硫等气体.有大量的尘埃,如烟雾、煤灰、氯化物和其它酸、碱、盐颗粒等也散布到大气中,有的本身就具有腐蚀性,有的是凝在水珠中对金属具有腐蚀作用.

4．普通碳素钢五金件锈蚀的机理及形态.铝合金窗安装碳素钢五金件属于大阴极面积和小阳极面积的组合,当腐蚀开始时总会出现这样的现象,锈蚀产物总是在五金件与门窗型材接触的边缘部位出现,而且最初是围绕接触点的周边,而后连成一片,这是为什么?这是因为铝型材与碳素钢五金件之间的电位差通过接触构成原电池,在冷凝水膜的介入下接触部位产生铁的氧化反映F2,非接触部位发生氧的还原反应出现OH-1,在电场的驱动下两者向中间移动,在边缘相遇生成人们可以见到的腐蚀产物.其实腐蚀的最严重区在接触面,只是见不到腐蚀产物罢了.由于大气中氯、二氧化硫等介质的加入,会促进碳素钢材的溶解,从而加快五金件的损坏速度.

五金件表面保护的难点

(1)当温度超过700(2以上时,锌就会变成阴极,从而对五金件失去电化学保护作用.

(2)当五金件被海水浸湿或有氯离子等多种有害离子组成的冷凝水膜覆盖时,镀锌层也会削弱或失去对五金件的保护作用.

2．涂装.涂非金属膜层可以阻断铝型材与五金件之间产生腐蚀原电池,避免五金件产生电化学腐蚀,但由于非金属涂层硬度一般都很低(H4-8),耐磨性差,在五金件的使用过程中往往因磨损而使钢铁基体部分暴露,裸露的部分在工业大气中与铝型材组成原电池,从而产生电化学腐蚀.

铝合金门窗五金件防腐抑制措施

1．采用与铝型材电位差相近的材料或采用耐蚀性较好的材料是最佳选择之一.如采用铝合金制作执手、铰链及各种连接件.这种同金属组合是避免产生自偶电池的理想设计

.但也有许多零件因为强度或制作难度的原因,不易采用铝及铝合金,那么耐蚀性较好的不锈钢也应是首选材料之一,不锈钢一般都具有防锈效果,只要钢中的Cr大于12.但在钢中只含有Cr一种单一元素的不锈钢,其耐蚀性能并不十分好,也易生锈.只有钢中含有钛,促使碳化物稳定,才具有较高的抗腐蚀性能,如1Crl8Ni9Ti.

耐蚀性好的不锈钢一般是在钢中含有铬、镍、钛等成分构成,其本身就是一个复杂的原电池结构,故而化学稳定性好.在许多酸、碱、盐的溶液中,在有机酸、蒸汽及湿空气中耐腐蚀性高,采用不锈钢会减少或避免型材产生电偶腐蚀的危害性.

2．锌合金由于制作工艺简单,成本低,在门窗五金件中被广泛采用.锌合金在酸、碱、盐溶液中易被腐蚀,只是在大气中表面易钝化而抗氧化性能好.锌合金件的表面保护一般采用金属镀膜或非金属涂膜,典型的处理工艺包括锌合金钝化处理、镀锌钝化、涂漆、喷塑粉等,其中前者的耐磨性好,钝化膜有一定的耐酸碱性能,可以延长零件的耐腐蚀时间；后者属非金属膜层,具有较好的绝缘性,可以避免出现电偶腐蚀.目前市场上有一种表面处理方法电镀珍珠铬.珍珠铬膜层硬度高,耐磨性好,更具有不锈的防腐蚀性能,外观文雅、大方、漂亮.

笔者认为不论从防腐蚀的角度还是从外观的选择看,珍珠铬都是铝合金门窗用五金件目前最好的表面处理方法之一.

3.裸露的普通碳素钢五金件一般不会被价格采用,因为碳钢本身不具备表面钝化的性能,在遇化学腐蚀过程中是铝合金门窗中的牺牲阳极.较好的措施是表面镀覆金属膜层后,在与铝型材接触部位增加绝缘材料或非金属涂层,以避免或减少点偶腐蚀对五金件的破坏性.--来源：新豪轩门窗

镁的电极电位为-2.375V

铝的电极电位为-1.706V

锌的电极电位为-0.763V

铁的电极电位为-0.409V

铜的电极电位为+0.340V

锌铝合金的话就只能以较高的-0.763V考虑，那么如果以锌铝合金为牺牲阳极，那么可以用来保护铁和铜等金属，但不能保护镁。

以下是所参考的电极电位数据表：