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锌合金牺牲阳极的工作原理河南雅克特种设备制造有限公司技术部：徐园日期：2025.11

锌合金牺牲阳极的工作原理

河南雅克特种设备制造有限公司

技术部：徐园

日期：2025.11.3

COVEROFPROJECTPLANREPORT

锌合金牺牲阳极的工作原理基于电化学腐蚀中的原电池原理，通过牺牲自身（锌合金）来保护其他金属结构（如钢铁）免受腐蚀。以下是其工作原理的详细分步解释：

1.原电池的形成

当锌合金牺牲阳极与被保护的金属结构（如钢铁管道、船舶外壳）通过导线连接，并同时浸入电解质环境（如海水、土壤）时，会形成一个原电池：

阳极（锌合金）：作为活泼金属，锌合金优先失去电子，发生氧化反应，逐渐被腐蚀。

阴极（被保护金属）：作为不活泼金属，接收电子，发生还原反应，从而抑制自身的腐蚀。

2.电化学反应过程

阳极反应（锌合金的腐蚀）

锌合金中的锌（Zn）失去电子，被氧化为锌离子（Zn2?），进入电解质环境：

Zn→Zn2++2e?

这一过程导致锌合金逐渐消耗，因此称为“牺牲阳极”。

阴极反应（被保护金属的还原）

在阴极（被保护金属）表面，电解质中的氧化性物质（如氧气或水中的氢离子）接收电子，发生还原反应：

在中性或碱性环境中（如海水）：

O2?+2H2?O+4e?→4OH?

氧气被还原为氢氧根离子（OH?）。

在酸性环境中（如某些土壤）：

2H++2e?→H2?↑

氢离子被还原为氢气。

总反应

锌合金的氧化与阴极的还原反应结合，形成完整的电化学腐蚀过程：

Zn+O2?+2H2?O→Zn(OH)2?

（或生成其他锌的腐蚀产物，如ZnO）

3.保护机制

电子转移：锌合金作为阳极，持续向被保护金属提供电子，使阴极的电子浓度保持高位，从而抑制阴极金属失去电子（即抑制腐蚀）。

电位差驱动：锌合金的电位比被保护金属更负（如锌的电位为-1.05V，钢铁为-0.55V），形成电位差，驱动电子从阳极流向阴极，形成保护电流。

电流分布：保护电流均匀覆盖被保护金属表面，使整个结构处于阴极保护状态。

4.合金元素的作用

锌合金中通常添加铝（Al）、镉（Cd）、镁（Mg）等元素，以优化性能：

铝：提高阳极的电流效率，增强在海水中的溶解性。

镉：改善阳极的表面活性，促进均匀腐蚀。

镁：降低阳极的电位，适用于高电阻率环境（如土壤）。

这些合金元素通过形成稳定的腐蚀产物层，减缓阳极的局部腐蚀，延长使用寿命。

5.应用场景与优势

适用环境

海水：船舶、海洋平台、码头设施。

土壤：埋地管道、储罐基础。

淡水：桥梁桩基、水闸结构。

优势

无需外部电源：依靠自身电化学活性工作，适合偏远或无电源区域。

安装简便：直接与被保护金属连接，无需复杂设备。

维护成本低：定期更换阳极即可，无需停机维护。

环保性：锌合金腐蚀产物（如ZnO）对环境影响较小。

6.局限性

电流输出有限：单个阳极的保护范围和电流有限，需根据结构大小和环境电阻率设计阳极数量和布局。

寿命受环境影响：高温、高流速或含氯离子环境可能加速阳极消耗。

不适用于所有金属：对活性高于锌的金属（如镁）无效，需选择电位更负的牺牲阳极。

7.实际案例

船舶防腐：锌合金阳极安装在船体外侧，保护船体钢板免受海水腐蚀。

埋地管道：沿管道每隔一定距离安装锌合金阳极，形成连续保护电流。

储罐底部：在储罐底部铺设锌合金阳极，防止土壤腐蚀。