镁合金牺牲阳极及其在防腐蚀工程中的应用分析

程会芹 郭金狮

（1.北京华电海外技术有限公司，2.华电运营发电集团有限公司，北京 100053）

镁合金牺牲阳极及其在防腐蚀工程中的应用分析

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（1.北京华电海外技术有限公司，2.华电运营发电集团有限公司，北京 100053）

国民经济建设离不开金属材料，对金属材料的腐蚀防护是促进国民生产经济发展的重要环节，这也成为了学者们研究的重点之一。本文由镁的基本特点引出镁作为金属阳极的电化学指标，并对以镁合金材料为牺牲阳极的研究和应用作出分析，以期对未来牺牲阳极材料的研究做出贡献。

镁合金；牺牲阳极；防腐蚀；应用

随着科技的发展，人们的日常生活生产已经由依靠铜、铁等重金属材料制作的工具到不断发展铝合金，镁合金等轻金属材料工具。镁、铝合金的低密度和良好的强度、刚性、尺寸稳定性和导热性使得制造业的发展越来越前景广阔，但除了用于制造业以外，镁合金由于主要成分镁的属性活泼，能与大多数金属元素发生氧化还原反应，加上目前电化学防腐技术的进步，人们便利用镁合金的属性活泼且原材料储量大等特点将其作为牺牲阳极保护阴极金属及设备，并将该项技术广泛应用于防腐蚀工程中。

1 镁的基本特点及存在形式

镁是一种活泼的金属元素，广泛存在于地表和海水中，世界首份纯净金属镁是1808年由英国科学家戴维通过还原氧化镁制得的，现在工业上通常利用电解熔融氯化镁制得金属镁，这种银白色的轻碱土金属具有如下特点：①化学性质活泼，能与酸发生反应产生氢气，但与水和碱都不发生反应，常用作还原剂去置换较不活泼的金属如钛、铀、铍等；②镁具有一般金属的光泽和延展性，常用于制造轻金属合金并应用于飞机导弹等制造业；③活泼金属在空气中极易被氧化形成氧化物，在氧气中燃烧时反应剧烈并放出大量热能，镁也是如此，人们利用镁在氧气中剧烈燃烧发出白光制作烟火、闪光粉、照明弹等；④镁还能与二氧化碳发生燃烧反应，因此镁燃烧不能使用二氧化碳灭火器。除此以外，镁是动植物生命发展必不可缺的大量元素。

由于其活泼的属性，镁在自然界中无法以单质状态存在，常以化合物的形式存在，如菱镁矿、白云石，光卤石等。

2 关于镁阳极的电化学性能指标

镁是电化学中牺牲阳极的热门金属材料，纯镁的电化学性能容易受到杂质的影响，不论是以单质形式溶于镁中的Fe、Co、Mn，还是与镁结合形成化合物的Al、Zn、Ni、Cu都会加速镁的自腐蚀，降低电流效率，因此工业生产中多使用镁合金作为牺牲阳极材料。

镁阳极的电化学性能在上世纪末就有了国家标准（表1）。

表1 镁阳极的电化学性能

注:1.所有电位相对饱和甘汞电极；2.土壤介质用填充料配方为：硫酸钙75%、硫酸钠5%、膨润土20%。

3 镁合金牺牲阳极及其在防腐蚀工程中的应用

牺牲阳极的电化学防腐法是根据金属的还原性牺牲与外加电源正极相接的阳极金属，使与外加电源负极相接的阴极金属得到电子从而得到保护。一般作为牺牲阳极的金属首先要求其电极电位要负于受保护金属，其作为阳极电容量大，理论发生电量较大，其次要求阳极金属有较高的电流效率提高阴极金属的受保护率，此外，阳极金属要求是价格低廉储量丰富的金属材料，电解产生的产物应是无毒无污染的。

镁合金是牺牲阳极的主流材料，人们在工业生产中使用较多的有Mg-Mn系合金、Mg-Al-Zn-Mn系合金以及镁包铝、镁包锌的双金属复合材料。锰在镁合金中能够消除杂质对镁自腐蚀速度的影响，相当于“净化剂”的存在，但过量的锰会导致镁合金耐腐蚀性和可塑性能力的降低，有研究表明，在土壤中镁合金的腐蚀速率下降，通过镁合金表面的沉积物可以推断出是由于土壤中的钙盐和镁盐作用，由此在镁合金中加入适量的钙能延缓镁合金的自腐蚀。铝和镁一样都是合金的主要组成元素，但铝的存在会使得镁加速自腐蚀，锌的加入则可以大大减缓腐蚀速率，因此工业生产中常用的镁合金多含有锰、铝、锌等元素。人们可以通过改变各元素含量的实验来得到电流效率最佳的各元素含量配比，即便如此，杂质的含量仍需要控制，减少杂质才能提高电流效率。复合金属材料则可以更好地适应阴极保护所需极化电流的变化，避免了阳极材料的浪费，如胡士信学者研究出的镁包锌复合牺牲阳极便是很好的镁锌混合牺牲阳极替代物。

利用牺牲阳极法能有效地延长阴极金属的受保护期，且成本要小于其他保护措施，因此牺牲阳极法在防腐蚀中工程使用率较高，镁合金牺牲阳极材料也广泛地应用于各类防腐蚀工程中，如城市地下煤气管道和石油运输管道的防腐蚀保护、生物化学工程的设备防腐蚀保护、热电厂和石油化工厂的淡水换热器的防腐蚀保护、江河水库的拦污闸门的防腐蚀保护等。

4 结语

由于镁的储量较大，镁合金制作成本较低，且镁的化学性质较活泼，能与绝大多数金属元素发生置换反应，得到的产物对环境友好，镁合金成为了目前生产中较为热门的牺牲阳极材料，并广泛应用于各类防腐蚀工程如地下管道维护、生化设备维护和特殊环境的设备维护中。随着人们对其研究的深入，目前已经有了在生产中较为主流的镁合金元素组成含量比，但仍需要我们继续研究镁合金的电化学性能，开发出经济效益更大、更能实现人们防腐蚀目标的环保的镁合金材料。

[1]马丽杰,郭忠诚,宋曰海等.镁合金牺牲阳极及其在防腐蚀工程中的应用[J].2003,6(3):38-42.

[2]何荣.阴极保护在城市煤气管道上的应用[J].腐蚀与防护,1988,(4):34-38.